Hvordan Intel Thread Director gifter sig med Alder Lake med Windows 11

Forholdet mellem processor og operativsystem er afgørende. Hvis et OS ikke korrekt kan administrere de opgaver, der er sat før det, er det lige meget, hvor hurtigt CPU'en kører.

Ved en privat presse- og analytikerbegivenhed kendt som Architecture Day afslørede Intel funktionen på hardwareniveau, der ville give den en fordel i forhold til sine rivaler og fuldt ud udnytte fordelene ved Alder Lakes hybridarkitektur. Det kaldes Thread Director, en måde at skabe en hidtil uset forbindelse mellem processoren og operativsystemet - eller i dette tilfælde Alder Lake og Windows 11.

Thread Director er ikke den første af sin slags, og det er den heller ikke Alder Sø hybrid computermodel. Dog ved at tilføje Windows 11 i blandingen lover Intel forbedret ydeevne og effektivitet på tværs af næsten alle arbejdsbelastninger. Dette er nyt for en stor del af markedet for stationære og bærbare computere, og det vil være et stort fokus for Intel fremover, så lad os komme op i fart.

Behovet for skemalægning

Når du bruger din computer, behøver du aldrig at tænke på de tusindvis af forskellige opgaver, den håndterer. Det er fordi OS gør det for dig. Selv bare jeg skriver dette indlæg med nogle ekstra faner åbne, kører min pc omkring 3.500 tråde på samme tid, hvoraf ingen jeg behøver at overvåge eller tænke på.

OS gør det for mig gennem en skemalægger. En planlægger tildeler ressourcer til opgaver (såsom en tråd til en kerne), og indtil dette tidspunkt har den været afhængig af visse statisk information - såsom om opgaven er i forgrunden eller baggrunden - og gætværk for at tildele opgaver til højre kerne. Intels nye Thread Director-teknologi ændrer det.

Rajshree Chabukswar er en Intel-klientarkitekt, der hjalp med at designe Thread Director, og jeg havde en chance for at tale med hende lidt mere om, hvordan teknologien fungerer, og hvorfor den er nødvendig. Denne "særlige og unikke" teknologi, som Chabukswar udtrykte det, er nøglen til at låse op for ydeevnen mellem en processor og et OS, og den afhænger af en hybrid CPU-arkitektur.

"Tænk på, hvad der kører på vores bærbare computere" sagde Chabukswar. "Der sker en masse baggrundsaktivitet, forskellige opgaver med forskellige præstationsforventninger. Det giver ikke mening at have en cookie-cutter tilgang."

En cookie-cutter-tilgang ville være de samme kerner, der kører opgaver, uanset hvilken måde OS'et beslutter, men Alder Lake er anderledes. Dens hybridarkitektur kombinerer højtydende og højeffektive kerner sammen, svarende til mange ARM-processorer i mobile enheder. Og Thread Director giver OS synlighed i, hvilke af disse kerner der er bedre til en given opgave.

"Vores Thread Director-hardware ser på forskellige kombinationer af forskellige ydelsesovervågningsenheder og giver derefter et nummer eller et tip til driften system." OS tager så det hint og anvender sin egen beslutning oven i købet og beslutter i sidste ende, om en opgave skal gå til en præstationskerne eller en effektivitet en.

Selvom Alder Lake ikke er den første hybride CPU, og Thread Director ikke er det første hardware planlægningsværktøj, er kombinationen af ​​dem noget unikt, ifølge Intel. Chabukswar opsummerede det pænt: "Tråddirektør kan opdage [ineffektivitet] og sige 'hej, jeg kan se, at det ikke gør det nyttigt arbejde, så jeg vil ikke prioritere det for den mest ydende kerne, fordi jeg har noget andet arbejde klar til at."

Thread Director er dog kun en brik i puslespillet. For fuldt ud at udnytte hardwareplanlægning skal den integreres med OS's indbyggede skemalægger. Og for Windows 11 er det præcis, hvad Microsoft og Intel gør.

En samlet front med Windows 11

For omkring to år siden besluttede Intel og Microsoft at udvide deres "mange, mange, mange" års tætte partnerskab for at få Alder Lake og Windows 11 til at fungere som en enkelt enhed. "Målet var klart: Hvordan får vi den bedste præstation ud af Alder Lake?"

Det er ikke svært at forestille sig, at Microsoft har et lignende mål for Windows 11. Selvom de arbejder med andre CPU-udbydere som AMD og Qualcomm, er Intel uden tvivl den vigtigste partner Microsoft har. Hvis Intel var all-in på den hybride computermodel, ville opmuntrende og understøttende funktioner som Thread Director være en problemfri.

Hovedsoftwareingeniør hos Microsoft, Chris Kleynhans, beskrev forholdet på denne måde:

"Tidligt i udviklingen af ​​Windows 11 henvendte Intel sig til os med et forslag til en grænseflade, der ville tillade CPU'en at guide operativsystemet planlægger ved at give information om, hvor meget en specifik arbejdsbyrde ville have gavn af at blive planlagt til en præstationskerne i stedet for en effektivitet kerne."

Ifølge ham startede forslaget et dybt samarbejde i de tidlige faser af Windows 11's udvikling, og inkorporerede Thread Director-feedback direkte i trådplanlæggeren. Selvom Microsoft siger sine ændringer til Windows 11 vil hjælpe hybride CPU'er generelt (inklusive processorer fra Intels rivaler), er det klart, at Intels implementering er noget særligt. Indsatsen var høj for Intel, og det krævede en hardwareløsning indbygget i Alder Lake, hvis de skulle udnytte det fulde udbytte af, hvad hybrid computing kan.

Heldigvis har processorer allerede information om, hvilken slags instruktioner hver opgave kræver, og ved at tilbyde Windows 11 indsigt i det, er Intel i stand til at give den indbyggede planlægningsinformation om, hvilke instruktioner der er mest vigtig.

"Hardware har naturligvis den information tilgængelig," forklarede Intels Chabukswar. "Det er i vores præstationsovervågningsenhed, så det gav mening at indkapsle det i hardware og give det hint til operativsystemet."

Ifølge Chabukswar faldt brikkerne, som de skulle. Hybrid gav mening for de stigende krav til kraft og ydeevne, og planlægningstip på hardwareniveau gav mening for et OS for at udnytte hver af kernerne fuldt ud. Nylige ARM-processorer gør allerede noget lignende på tværs af forskellige platforme, så det giver også mening for traditionelle desktop- og bærbare scenarier.

Det var en "naturlig overgang", da Intel begyndte at tale om Alder Lake og dens hybridarkitektur. Efter at have præsenteret Alder Lake ser det ud til, at Microsoft ikke havde nogen betænkeligheder med Thread Director, og hvordan det kunne gavne det kommende Windows 11. "Microsoft forstod værdiforslaget og blev straks bragt ind i det."

Windows 11 er i fokus for Thread Director, og under min snak med Chabukswar var det klart, at OS og Thread Director skal arbejde sammen for fuld optimering. Windows 10 burde dog også drage fordel af Thread Director, og ned ad linjen vil andre operativsystemer også se en fordel.

"I fremtidige revisioner vil vi tilføje flere muligheder," fortalte Chabukswar mig.

Optimering af kraft og ydeevne

ARM var pionerer i det store. LITTLE hybridarkitekturdesign og ARM-processorer udnytter også OS-planlæggeren til at forbedre ydeevnen. Det lyder dog som om den nuværende implementering fungerer lidt anderledes end Thread Director. I ARMs tilfælde kender operativsystemet hver kernes beregningskraft og tildeler dem arbejde baseret på flere justerbare tærskler.

Tråddirektør træffer beslutninger baseret på de instruktioner, den aktuelle opgave kræver i forbindelse med alle kørende opgaver. En opgave med en A.I. instruktionssæt ville for eksempel have brug for en højtydende kerne. Givet det samme sæt instruktioner på tværs af opgaver, gør Thread Director faktisk ingenting, da der ikke er nogen forskel på de opgaver, der udføres.

Målet med Thread Director var at skabe en dynamisk planlægningsfunktion, der kunne tilpasse sig arbejdsbelastninger på nanosekundniveau. "Vores tilgang her var 'hvordan gør vi det ikke-statisk?' Det er virkelig dynamisk i mit sind."

Tidligere har dynamisk planlægningsoptimering mest fokuseret på effektivitet, hvilket giver mening. ARM, som har skubbet denne idé, designer hovedsageligt chips til enheder, der kræver lang batterilevetid og høj effektivitet. Alder Lake er på den anden side en skalerbar arkitektur, som Intel har til hensigt at bruge fra højtydende desktops til højeffektive indlejrede mobile løsninger.

"Målet med Alder Lake var ikke kun energieffektivitet. Hvis du ser på den typiske hybridimplementering, der er i økosystemet lige nu, fremsætter de påstande om, hvad der vil være bedst på strøm på bekostning af ydeevne. Vi ønskede ikke at ofre."

Selvom Thread Director hjælper med at forbedre ydeevnen, kan den også hjælpe med at øge effektiviteten. Det kommer ned til Thread Director, såvel som en Quality-of-Service (QoS) Application Programming Interface (API), som Microsoft har haft i et par år. Denne API giver udviklere mulighed for at indstille reguleringspolitikker for processer, hvilket i det væsentlige tillader uvigtige opgaver at forbruge mindre strøm.

Med API'et er Thread Director i stand til at give bedre instruktioner til OS. Chabukswar gav to eksempler, hvor dette er nyttigt. Du kan for eksempel have flere faner åbne i en webbrowser, og en af ​​disse faner har en animation, der ikke er vigtig. Det er ikke på skærmen, så det behøver ikke prioriteres, når du planlægger opgaver.

På samme måde er en baggrundsanimation i et spil, måske en der er statisk og ikke påvirker ydeevnen, ikke en opgave med høj prioritet. Udviklere kan allerede indstille disse opgaver til at forbruge mindre strøm, og nu kan de gøre det på tværs af en hybrid arkitektur. "Udviklere kan nu fortælle operativsystemet 'Jeg ved, at denne tråd gør dette, men prioriter den ikke til nogen effektive tråde'."

Microsoft Edge i Windows 11 har allerede denne API i gang, og Microsoft siger, at den er i gang med at optimere endnu mere software. "Vi kan forbedre beslutningerne fra Thread Director ved at bruge denne QoS API," sagde Chabukswar.

Et paradigmeskifte?

Alder Lake er spændende for Intel - og det skal den være, med de sidste par generationer på vej ned i forhold til konkurrenterne. Med det lovede Intel en banebrydende x86-arkitektur, og ved at udnytte hardware-guidet planlægning og et hybridt CPU-design kunne det meget vel være det.

Forskellige betyder dog ikke altid bedre. Det er rigtigt, at Alder Lake er et stort skift for Intel, især sammenlignet med de seneste generationer, der er afledt af dem, der kom før. Hvad angår om det skift vil gøre en forskel, når Alder Lake endelig lanceres, må vi bare vente og se.

Redaktørens anbefalinger

• Windows 11 er ved at gøre RGB-ydre enheder meget nemmere at bruge
• Intel Alder Lake BIOS-kildekode blev lækket - skulle du være bekymret?
• Intel Alder Lake-HX viser kun marginale præstationsgevinster
• Intel Alder Lake-HX bringer avanceret ydeevne til bærbare computere
• Spectre-fejlen er tilbage - og Intel Alder Lake er ikke sikker