Home > News, Nghiên cứu & Thảo luận > Lựa chọn CPU cho máy trạm

Lựa chọn CPU cho máy trạm

Ngày nay nếu phải lựa chọn 1 bộ vi xử lí cho máy trạm (workstation), hẳn bạn sẽ vô cùng bối rối khi đứng trước một danh sách dài những CPU rất khác nhau về số lượng nhân, tốc độ xử lí, bộ nhớ đệm, và các công nghệ đi kèm. Bài viết dưới đây đưa ra một số khuyến nghị cho việc lựa chọn CPU cho lĩnh vực CAD/CAM/CAE dựa trên hai thông số cơ bản là số lượng nhân và tốc độ xung nhịp.

1. Giới thiệu

Nếu vào đầu những năm 2000 bạn sẽ không phải đắn đo nhiều khi lựa chọn bộ vi xử lí vì khi đó, tốc độ xung nhịp gần như là yếu tố duy nhất để đánh giá sức mạnh của CPU. Xung nhịp càng cao, tốc độ xử lí càng nhanh, máy tính càng mạnh (xét trong trường hợp các CPU có cùng bộ nhớ đệm cache). Rất đơn giản ! Chính vì vậy, vào thời điểm đó, cả Intel và AMD đều chạy đua với nhau trong việc nâng cao tốc độ xung nhịp của CPU từ 1.8Ghz > 2.0Ghz > 2.4Ghz > 2.8Ghz > 3.4Ghz … Người dùng chỉ việc chọn một CPU có tốc độ tương ứng với số tiền mà họ sẵn lòng chi trả. Tuy nhiên xung nhịp trên CPU không thể tiếp tục tăng vô hạn do gặp phải những hạn chế liên quan đến việc làm mát cho CPU khi tốc độ xung quá cao. Thế nên vào thời điểm 2004 – 2005, việc thiết kế và sản xuất CPU chuyển sang một hướng mới, cho ra đời những CPU có số lượng nhân nhiều hơn với tốc độ xung nhịp trên từng nhân thấp hơn so với những CPU trước đó.

Việc chuyển đổi từ kiến trúc đơn nhân sang đa nhân có một ý nghĩa lớn trong việc phát triển phần cứng máy tính nhưng cũng đồng thời đặt ra một vấn đề lớn cho những nhà phát triển phần mềm. Đó là làm sao có thể viết ra những phần mềm có thể khai thác tối đa năng lực của những CPU thế hệ mới. Nhìn vào những tài liệu marketing của các hãng phần mềm, các bạn sẽ luôn thấy những thông tin về việc hỗ trợ xử lí song song trên những CPU thế hệ mới có nhiều nhân nhưng trên thực tế, không phải phần mềm nào cũng làm được điều này bởi nó liên quan đến nhiều yếu tố liên quan đến kernel mỗi phần mềm và thuật toán viết nên phần mềm đó.

More_CPU_Cores_Fig1

Hình 1.  Xu hướng phát triển CPU của Intel

Có lẽ đây cũng là một trong những nguyên nhân khiến Intel vẫn duy trì việc thiết kế CPU theo hướng tăng xung nhịp trên những CPU dòng Core i (hiện đã đến thế hế thứ 6). Nếu nhìn vào xu hướng phát triển 2 dòng CPU của Intel bạn sẽ thấy nếu như các CPU dòng Xeon hướng đến việc tăng cường số lượng nhân và giảm tốc độ xung nhịp trên mỗi nhân thì các dòng CPU Core i vẫn phát triển theo hướng tăng xung nhịp trên một số lượng nhân hạn chế. Ở thời điểm hiện tại, CPU Intel Xeon E5-2699v4 có đến 22 nhân với xung nhịp 2.2Ghz và CPU Intel Core i7 6700K có xung nhịp lên đến 4.2 Ghz. Trước nhiều tùy chọn như vậy, nhiệm vụ của các bạn là phải chọn cho được một CPU phù hợp nhất với công việc hiện tại để bảo đảm việc đầu tư mang lại hiệu quả cao nhất, tránh gây lãng phí. Muốn làm được điều này, trước tiên bạn phải xác định rõ công việc chính của mình là thiết kế (CAD) hay lập trình gia công (CAM)  hay phân tích, mô phỏng (CAE), việc tính toán được thực hiện trên máy tính của bạn hay trên một trung tâm tính toán khác.

2. Tình huốn dùng CPU có nhiều nhân

Nếu công việc của bạn liên quan đến tính toán đường chạy dao khi lập trình CAM hay phân tích, mô phỏng CAE thì những CPU nhiều nhân là sự lựa chọn tốt nhất. Lý do là những tác vụ này đòi hỏi rất nhiều năng lực tính toán của CPU và quan trọng là chúng có thể được phân chia ra nhiều luồng để có thể chạy song song với nhau.

Thử nghiệm tính toán đường chạy dao cho chu trình Clean Up của phần mềm Cimatron trên hai máy tính dùng CPU 4 nhân 4.0 Ghz và CPU 8 nhân 3.4 Ghz cho thấy sự khác biệt lên đến 36% (1).

CPU core

Một thử nghiệm khác để đánh giá khả năng tận dụng CPU của phần mềm Moldex3D. Nếu CPU có 8 nhân và trên phần mềm Moldex3D thiết lập chế độ tính toán 8PP, Moldex3D sẽ chia thành việc tính toán thành 8 tiến trình (process) và tất cả các nhân của CPU đều hoạt động ở mức cao (hình 2)

Moldex3D multithread

Hình 2. 8 nhân của CPU đều hoạt động ở mức cao

3. Tình huống dùng CPU có xung nhịp cao

Nếu công việc chính của bạn là thiết kế CAD thì bạn nên chọn những CPU có xung nhịp càng cao càng tốt thay vì chọn những CPU có nhiều nhân. Lí do là quá trình xử lí những tác vụ liên quan đến dựng hình tham số (parametric modeling) – vốn là nền tảng của những phần mềm CAD phổ biến hiện nay – đều có bản chất tuyến tính và hầu như sẽ không thể phân chia luồng tính toán để giảm thời gian thực hiện tác vụ.

Hình 3 cho thấy dù CPU có đến 8 nhân nhưng khi thực hiện tác vụ CAD trên phần mềm Cimatron, chỉ có 1 nhân hoạt động trong khi những nhân còn lại hầu như đều trong tình trạng idle hoặc có tỉ lệ hoạt động ở mức thấp. Rõ ràng trong trường hợp này xung nhịp cao hay thấp của một nhân mới là yếu tố quyết định tốc độ xử lí của CPU chứ không phải số lượng nhân nhiều hay ít mà CPU đó có.

Cimatron thread

Hình 3. Chỉ có 1 nhân hoạt động ở mức cao

Ngoài ra, những tác vụ tương tác với máy tính trong quá trình làm việc như phóng to, thu nhỏ, xoay, di chuyển các mô hình cũng không khai thác được sức mạnh của CPU nhiều nhân nên trong trường hợp công ty của bạn có nhiều người cùng làm công việc lập trình gia công hay phân tích CAE và những phần mềm đó hỗ trợ việc gửi dữ liệu cần tính toán phân tích sang một máy tính khác, bạn nên cân nhắc việc đầu tư một máy trạm “siêu khủng” với CPU nhiều nhân để chuyên thực hiện việc tính toán và những máy tính có CPU ít nhân tốc độ cao để làm công việc thiết kế hay chuẩn bị dữ liệu CAM và CAE.

Nói như vậy không có nghĩa là khuyên bạn mua một CPU chỉ có một nhân bởi hiện tại các CPU bán ra trên thị trường đều có tối thiểu 4 nhân và điều này cũng hoàn toàn hợp lí vì bên cạnh công việc thiết kế CAD, bạn vẫn có những nhu cầu khác cần xử lí đồng thời như soạn thảo văn bản, duyệt web, check mail hay thậm chí nghe nhạc.

4. Kết luận

Ngày nay cả phần mềm lẫn phần cứng đều phát triển rất nhanh và mang đến cho người dùng vô số lựa chọn. Hiểu được đặc thù công việc và theo sát sự phát triển của công nghệ là hai yếu tố chính để việc đầu tư mang lại hiệu quả cao nhất. Nếu chỉ xét ở yếu tố bộ vi xử lí, có thể tóm tắt như sau:

  • Nếu công việc chính của bạn là CAD kèm theo những tác vụ văn phòng như soạn thảo văn bản, lướt web, duyệt email thì CPU 4 nhân là sự lựa chọn phù hợ Tốc độ xung trên từng nhân là bao nhiêu sẽ tùy thuộc vào ngân sách của bạn.
  • Nếu công việc chính của bạn là CAM hay phân tích, mô phỏng CAE thì bạn cần 1 CPU tối thiểu 8 nhân và số CPU và số nhân có thể tăng thêm càng nhiều càng tốt nếu như ngân sách của bạn cho phép.

Sau cùng, dù CPU là “bộ não” của máy trạm nhưng tự nó không đủ để thiết lập nên một cấu hình máy tính tối ưu cho một công việc nhất định bởi điều này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như bộ nhớ, card đồ họa, ổ cứng … và tính tương thích khi kết hợp chúng lại với nhau. Vấn đề này sẽ được tiếp tục giới thiệu trong những bài viết sau.

 

Hoàng Khương

Tham khảo

  1. More CPU Core or Faster CPU Clock – Herrera, Cadalyst Magazine Vol 32, Fall 2015
  2. How to select a right workstation – Alex Shown, Performance Engineering Dell INC, 2014
  3. http://ark.intel.com/#@Processors

 

(1)  Intel® Core™ i7-6700K có 4 luồng và 8 nhân. Khi mở đủ 4 nhân vào 8 luồng, thời gian tính toán nói trên giảm chỉ còn 16 phút.

  1. No comments yet.
  1. No trackbacks yet.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: