Процессорный майнинг: соотношение производительности CPU и GPU

Что выбрать: майнинг на процессоре или видеокарте? В чем разница в эффективности майнингового оборудования на базе CPU и GPU?

Конечно, извлечение новых хеш-значений вполне возможно, используя как резервы вычислительной мощности центрального процессора компьютера, так и резервы видеокарт. Однако главная проблема здесь — вопрос физической и экономической целесообразности. Для этого вам необходимо понимать, какие процессы происходят внутри каждого типа процессора.

Майнинг с помощью процессора

«Проц» или «кристалл» — это главное управляющее устройство в компьютерном комплексе. Человеческая психика одноканальна. Иногда кажется, что компьютер является полной противоположностью и может одновременно запускать несколько программ. Это неправда: процессор одновременно выполняет только одну операцию. Просто, в отличие от человека, сознание которого не может измениться очень быстро, процессор может прерываться с одной скоростью… да, по крайней мере, миллион раз в секунду. Оказывается, несколько вычислительных процессов выполняются одновременно (хотя и медленнее, чем если бы они выполнялись последовательно). Кроме того, эти программы различаются еще и функциональностью:

• например, текст — в изображении на мониторе;
• o перезаписать файл на жестком диске;
• сортировка процессов на компьютере.

Кроме того, эти действия также включают процессы, которые не воспринимаются нами (как пользователями), поскольку они направлены на обеспечение работы самой машины:

• резервы вычислительной мощности делятся между выполнением прикладных программ и поддержанием функционирования самого программного комплекса;
• сохраняется актуальность программ, имеющих аналоги (т.е устаревших) — тем самым обеспечивается принцип совместимости и преемственности;
• поддерживается условное разбиение агрегированного массива памяти на логические диски.

Этот функционал может показаться пользователям простым и примитивным, но для компьютера это далеко не такая простая задача.

Производительность компьютера в этом случае зависит от количества транзисторов в процессоре. Элементарные узлы, выполняющие алгоритм «если — то»

Чем их больше, тем больше операций в секунду может выполнять процессор. Логически элементарные компоненты процессора объединены в ядра. Эта агрегация увеличивает производительность «кристалла» — тактовую частоту.

Для сравнения имеет смысл проанализировать такой параметр, как количество 32-битных алгоритмов-инструкций, выполняемых процессором компьютера за полученный временной интервал — пусть это будет 1 такт. Стандартное ядро ​​ЦП имеет максимум 8 обрабатываемых 32-битных инструкций.Если мы посмотрим только на последние модели Crystal, количество ядер в них достигает 12, а тактовая частота составляет 3 ГГц (или 3 миллиарда циклов в секунду). Следовательно, общее количество алгоритмов-инструкций в секунду:

Для чего нужна эта деталь? Потому что майнинг — это очень специализированная процедура, но в то же время чрезвычайно простая, то есть простая грубая сила. Срыв и отправка здесь нужны не более чем горки и шерсть для верблюдов в Московском зоопарке. Нет необходимости в частом переключении, а также в управлении различными процессами, но вам нужно отсортировать возможные значения, сделать это быстро и последовательно.

То есть для майнинга важна такая особенность, как способность процессора выполнять как можно больше алгоритмов за секунду. Но возможность быстрого переключения между операциями (а также достижения скорости звука при перехвате) здесь отнюдь не требуется. В целом майнинг на процессоре и видеокарте, конечно, технически вполне осуществим.

Это тоже процессор, он только что создан для выполнения узкоспециализированных функций. Задача GPU — адаптировать сигналы, полученные от центрального процессора, и построить изображение на экране. Каждому пикселю дается команда:

• относительно полученного цвета;
• интенсивность излучения (яркость);
• наличие сигнала в принципе.

Все очень скучно и однообразно. Перерывы и отправка не нужны. Мы берем команды от ЦП и «переводим» их на понятный пикселям язык: то есть просто передаем разность потенциалов (напряжение) контактам микросхемы, питающей каждый пиксель, или нет. Есть макроустройство, прекрасно демонстрирующее такую ​​схему работы — это переходник. Это только для целей майнинга (т.е.для простого перечисления безумного количества значений), такой адаптер идеален.

Попробуем привести пример в цифрах: если взять в качестве опоры видеокарту AMD, ее тактовая частота составит 0,755 ГГц. Однако гораздо важнее, сколько 32-битных инструкций данная карта может выполнить за определенный период времени. А у AMD этот показатель до 3200. Получается:

Это в 10 раз больше, чем майнинг потенциальной криптовалюты на устройстве с ЦП. Но не стоит без разбора критиковать возможности центрального процессора. Процессор для майнинга тоже подойдет. Просто результаты его работы будут незаметны на фоне активности GPU из-за того, что производительность процессоров CPU на порядок ниже, потому что это устройство просто занято другими задачами. Он раздает инструкции всем компьютерным устройствам, находящимся под его контролем, а не только более короткой грубой силой.

Однако, если вы начнете майнить «молодую» криптовалюту с минимальным показателем сложности, то «приложение» в размере 10% от хешрейта, получаемого центральным процессором, может оказаться очень полезным.

Выше был пример простых альткойнов. Что касается «старых» (например, Bitcoin или Ethereum), использование CPU здесь не так неэффективно, а просто невозможно в принципе (на данный момент). Сложность майнинга с момента создания самого Биткойна увеличилась на 5,0 триллиона раз! Поэтому в течение разумного периода времени вы, скорее всего, не сможете получить какие-либо блоки. Но это не значит, что процессор не будет перегружен и не будет потреблять большее количество энергии (за что придется платить).

Видеокарты не справляются с производством «мяча» (экономический результат — один цент). Биткойн сейчас добывают исключительно из ASIC — их можно сравнить с «концентратом GPU». Любой процессор содержит логические ядра. Это узлы, в которых, собственно, и происходит выполнение действия. В случае с графическим процессором — формирование команды на пиксель (хорошо или анализ стоимости на пригодность). ASIC были удалены из задачи построения любого типа изображения, сбивая с толку только грубой силой (получилось еще более узкое устройство). А для большей эффективности в микросхемы уже добавили чисто технологические транзисторы и сердечники. Реализован высокопроизводительный тип масштабирования.

Тактовая частота графического процессора (GPU), наряду с пропускной способностью памяти, являются наиболее важными характеристиками современных видеокарт.

Две средние видеокарты вместо одной топовой / Видеокарты

Судя по тестам современных адаптеров с двумя топовыми GPU (Radeon HD 7990, GeForce GTX 690) или аналогичными конфигурациями на основе отдельных карт, технологии NVIDIA SLI и AMD CrossFireX вообще прошли болезненный период своего созревания. Во многих играх двухпроцессорная система демонстрирует почти двукратное преимущество перед тем же одиночным графическим процессором, в то время как в других можно рассчитывать на бонус в диапазоне 50-70%. По крайней мере, так обстоит дело с играми AAA. Менее популярные игрушки обычно ускользают от внимания ИТ-изданий, и мы не можем судить, насколько они оптимизированы для SLI и CrossFireX. Более того, в целом оптимистичный имидж омрачается неудачами в отдельных играх, где производительность не совсем совпадает или разработчики увлекаются одной из конкурирующих технологий, игнорируя другую.

В целом видеокарты с двумя GPU уже доказали свое право на существование в топе модельных линеек NVIDIA и AMD. Между тем, разъемы SLI и CrossFireX теперь также устанавливаются на более слабые стандартные адаптеры для геймеров, такие как Radeon HD 7770 и GeForce GTX 650 Ti BOOST. И всякий раз, когда в руки попадает очередная бюджетная видеокарта с поддержкой SLI или CrossFireX, возникает желание проверить: как поживает парочка таких детишек? С одной стороны, интерес чисто академический. Процессоры в младших игровых видеокартах по количеству функциональных блоков составляют примерно половину лучших GPU. Вот еще один способ проверить эффективность технологий, распараллеливающих вычислительную нагрузку между двумя графическими процессорами: попытаться получить производительность двух половин, близкую к 100% от результата топового процессора.

⇡#А оно нам надо?

Но попробуем найти в таком эксперименте долю практической пользы. Теоретически слабый тандем видеокарт может быть более выгодным приобретением, чем более совершенный адаптер. Старые модели AMD теперь — это постоянная Radeon HD 7970 и ее разогнанная коллега HD 7970 GHz Edition. Среди продуктов NVIDIA аналогичной парой можно считать GeForce GTX 680 и GTX 770. Что ж, роль их примерных половинок — Radeon HD 7790 и HD 7850 (для AMD), GTX 650 Ti BOOST и GTX 660 (для NVIDIA).

Сравним розничные цены на эти модели. Radeon HD 7790 со стандартным объемом памяти 1 ГБ в интернет-магазинах Москвы можно купить за 4100 рублей, HD 7850 2 ГБ за 4800 рублей. При этом Radeon HD 7970 стоит 9800 рублей, что всего на 200 рублей дороже пары HD 7850. А вот версию HD 7970 GHz дешевле, чем 14000 рублей найти уже сложно.

Следовательно, CrossFireX на двух дешевых картах AMD кажется сомнительным подвигом хотя бы потому, что Radeon HD 7850, хотя и вдвое уступает HD 7970 по количеству активных вычислительных блоков в GPU, значительно меньше последнего с точки зрения тактовой частоты ядра и памяти. HD 7790 использует процессор на частоте 1 ГГц, что частично компенсирует его более скромную конфигурацию по сравнению с HD 7850, но слабым местом HD 7790 является 128-битная шина памяти и, прежде всего, ее емкость 1 ГБ, которая позволит безусловно сказывается на производительности в тяжелом графическом режиме (специально для них мы подбираем такой тандем).

С точки зрения чистого эксперимента, не обремененного финансовыми соображениями, с точки зрения конфигурации вычислительных блоков и частоты GPU, суммарная мощность пары бюджетных адаптеров AMD, способных работать в режиме CrossFireX (мы не считайте Radeon HD 7770, сборка двух таких была бы совсем нелепой), чуть ниже флагманской отметки. Не будем забывать об этом при обсуждении результатов тестов. Однако 256-битная шина памяти играет в пользу пары HD 7850, чего NVIDIA не может предложить в этом ценовом сегменте.

Модель Radeon HD 7790 Radeon HD 7850 HD 7970 HD 7970 GHz Edition

Распределение цен между видеокартами NVIDIA более благоприятно для сборки тандема из двух низкопроизводительных SKU, чем для одного мощного адаптера. GeForce GTX 650 Ti BOOST можно приобрести по цене от 5200 рублей, GeForce GTX 660 — от 5800 рублей. Оба — с двумя гигабайтами встроенной памяти. При этом цены на GeForce GTX 680 и новую GTX 770, которая фактически является обновленной версией GTX 680, начинаются от 13000 рублей. Согласно спецификациям, GTX 650 Ti BOOST — самый молодой графический ускоритель в линейке NVIDIA, поддерживающий SLI — соответствует половине GTX 680 (GTX 770), а также имеет большое количество ROP, работает только на более низких частотах. GTX 660 с той же частотой, что и GTX 650 Ti BOOST, более плотно оснащена ядрами CUDA и текстурными блоками. Обе модели обременены относительно узкой 192-битной шиной памяти.

GeForce GTX 650 Ti BOOST Модель GeForce GTX 660 GTX 680 GTX 770

⇡#Обманчивые гигабайты

Существенной проблемой в любой конфигурации с несколькими графическими процессорами является размер памяти видеокарт. Дело в том, что ОЗУ отдельных видеокарт не составляет большого массива. Вместо этого их содержимое дублируется. Таким образом, даже несмотря на то, что объединенная вычислительная мощность двух обрезанных графических процессоров сравнима с мощностью одного флагманского ядра, тандем имеет буфер кадра, равный размеру памяти карты. А режимы с тяжелой графикой, как вы знаете, могут быть чрезвычайно интенсивными по памяти. Возьмем игры, известные своей жаждой лишних мегабайт, которые мы используем в качестве эталона. Metro 2033 в разрешении 2560×1440 на максимальных настройках занимает до 1,5 ГБ ОЗУ, Far Cry 3 — 1,7 и Crysis 3 — почти 2 ГБ.

Что ж, поскольку именно для таких игр и таких настроек мы готовы прибегнуть к такому странному решению, как две относительно дешевые карты в конфигурации SLI / CrossFireX, то видеоадаптеры с объемом оперативной памяти менее 2Гб нам не подходят. В этом отношении продуктам NVIDIA повезло немного больше, поскольку GeForce GTX 650 Ti BOOST, согласно официальным спецификациям, также поставляется в варианте с 2 ГБ памяти, не говоря уже о GTX 660. Кроме того, GTX тоже. 680 больше не имеет памяти (только для GTX 770 приемлемы версии 4GB GDDR 5).

Radeon HD 7790 спроектирован как адаптер только с 1 ГБ памяти, хотя партнеры AMD производят собственные модели с двойным буфером кадра. Напротив, версия HD 7850 с 1 ГБ памяти официально перестала существовать в связи с появлением HD 7790. И главное, флагман Radeon HD 7970 GHz Edition оснащен 3 ГБ памяти, что в полтора раза выше «среднего» AMD.

В общем, перестанем гадать. Честно говоря, производительность сборки двух игровых видеокарт среднего уровня в SLI или CrossFireX трудно предсказать, основываясь на простой теории. Надо постараться, и мы готовы к любым сюрпризам. Но прежде чем перейти к практической работе, давайте обсудим еще один аспект нашего экзотического проекта: энергопотребление. Исходя из типичной выходной мощности адаптеров AMD, тандем HD 7850 не должен потреблять намного больше энергии, чем одиночный Radeon HD 7970: 2×130 против 250 Вт соответственно. Сборка HD 7790 обойдется еще дешевле: это удвоенные 85 Вт.

Карты NVIDIA с сопоставимой производительностью потребляют больше энергии. GeForce GTX 650 Ti BOOST и GTX 660 имеют одинаковый TDP — 140 Вт. В паре эти адаптеры намного превосходят GeForce GTX 680 (195 Вт) и даже GTX 770 (230 Вт).

⇡#Участники тестирования

Наша задача собрать четыре двухпроцессорных конфигурации: на базе GeForce GTX 650 Ti BOOST и GeForce GTX 660, с одной стороны, и на Radeon HD 7790 и HD 7850, с другой, и затем сравнить их производительность с производительностью мощные адаптеры на одном графическом процессоре.

• 2 x GeForce GTX 660 (980/6008 МГц, 2 ГБ)
• 2 x GeForce GTX 650 Ti BOOST (980/6008 МГц, 2 ГБ)
• 2 x Radeon HD 7850 (860/4800 МГц, 2 ГБ)
• 2 x Radeon HD 7790 (1000/6000 МГц, 1 ГБ)

И в качестве конкурентов были выбраны такие модели:

• AMD Radeon HD 7970 ГГц Edition (1050/6000 МГц, 3 ГБ)
• AMD Radeon HD 7970 (925/5500 МГц, 3 ГБ)
• AMD Radeon HD 7950 (800/5000 МГц, 3 ГБ)
• NVIDIA GeForce GTX 780 (863/608 МГц, 3 ГБ)
• NVIDIA GeForce GTX 770 (1046/7012 МГц, 2 ГБ)
• NVIDIA GeForce GTX 680 (1006/608 МГц, 2 ГБ)
• NVIDIA GeForce GTX 670 (915/608 МГц, 2 ГБ)