Что такое Терафлоп? Понимание нового модного словечка в области графики

Триллион операций с плавающей запятой в секунду (TFLOPS) — это способ измерить мощность компьютерной системы. По сути, он сообщает нам, сколько вычислений система может выполнить за одну секунду, используя специальную математику, называемую арифметикой с плавающей запятой.

В двух словах, это говорит нам, насколько быстро и способен компьютер решать сложные проблемы. В нашем руководстве рассказывается все о терафлопсах, чтобы помочь вам понять их тонкости и то, как эта мера используется в современных технологиях.

Графический процессор NVIDIA AD102 может достигать 100 терафлопс | NVIDIA

Понимание Флопа

Прежде чем мы углубимся в TFLOP, важно сначала понять, что такое «FLOP».

Число операций с плавающей запятой в секунду (FLOP) является ключевым показателем производительности компьютера. Он отражает, насколько быстро процессор или графический процессор могут выполнять вычисления, включающие числа с плавающей запятой – числа, включающие десятичную точку.

По какой формуле рассчитывается FLOPS?

Для расчета FLOPS можно использовать следующую формулу:

FLOPS = количество ядер × тактовая частота (в ГГц) × количество инструкций за цикл (IPC).

В этой формуле «количество ядер» относится к количеству шейдерных ядер в графическом процессоре (ядер CUDA для NVIDIA, потоковых процессоров для AMD) или ядер в процессоре. «Тактовая частота» указывает максимальную скорость, с которой работают эти ядра, а «IPC» означает количество операций, которые каждое ядро ​​может выполнить за цикл.

Большее количество FLOP означает более высокую производительность?

Да! Более высокое количество FLOP предполагает, что оборудование может выполнять больше операций в секунду, что делает его более производительным. Что касается игр, графический процессор с более высоким FLOPS технически будет иметь лучшие возможности для обеспечения детальной и реалистичной графики, улучшая игровой процесс. Подробнее об этом позже.

Самый быстрый суперкомпьютер в мире имеет производительность более 1 миллиарда терафлопс | Наш мир в данных

Это подводит нас к вопросу: что такое Терафлоп? Один терафлоп — это один триллион флопов.

Современные компьютеры и оборудование стали настолько быстрыми, что их производительность измеряется не в FLOPS, а в терафлопсах (TFLOPS). Преодолев барьер в один TFLOP в 2008 году, когда AMD представила первую видеокарту с поддержкой TFLOP, индустрия ни разу не сделала ни шагу назад.

Современные видеокарты и игровые консоли значительно мощнее, обеспечивая в несколько раз больше терафлопс, чем устаревшие графические процессоры. Например, самый быстрый в настоящее время массовый графический процессор в мире, RTX 4090, имеет графическую производительность более 83 терафлопс, и это число фактически можно увеличить до 100 терафлопс с серьезным разгоном.

ASUS ROG STRIX RTX 4090 поставляется с производительностью 84 терафлопс | Асус

Сравните это с последним MacBook Pro от Apple, оснащенным M2 Max, который имеет графический процессор, способный развивать производительность до 13,6 терафлопс. Что касается консолей, PS5 имеет графический процессор с производительностью 10,3 терафлопс, а Xbox Series X может похвастаться графическим процессором с производительностью 12 терафлопс. Позже мы рассмотрим, как эти цифры влияют на реальную производительность.

Печально известно, что именно Microsoft впервые обнародовала это слово в 2017 году, заявив, что их новая консоль того времени, Xbox One X, имела 6 терафлопс графического мастерства, что заставило всех задуматься, что это вообще означает. Для сравнения, у PS4 Pro было всего 4,2 терафлопс.

Влияние терафлопс на производительность

Когда дело доходит до производительности современных вычислительных систем, роль TFLOPS невозможно переоценить. Система с более высоким значением TFLOPS теоретически обладает превосходной скоростью вычислений и графическими возможностями при прочих равных условиях. Однако важно помнить, что чистая производительность определяется не только количеством терафлопс.

В играх, где графика является ключевым моментом, более высокое значение терафлопс обычно соответствует способности обрабатывать более детализированную и реалистичную графику, тем самым улучшая игровой процесс. Это сводится к тому простому факту, что более высокое количество терафлопс позволяет выполнять больше вычислений с плавающей запятой в секунду, что приводит к более быстрому рендерингу сложных изображений и графики.

В научных вычислениях и искусственном интеллекте высокие значения терафлопс могут привести к более быстрой обработке данных и вычислениям. Задачи, включающие большие наборы данных, такие как обучение машинному обучению или сложное моделирование, значительно выигрывают от высокого значения терафлопс, которое позволяет им обрабатывать больше данных за меньшее время.

Новые процессоры AMD Z1 имеют смехотворно высокое количество терафлопс для мобильных чипов | АМД

Однако взаимосвязь между TFLOPS и производительностью не всегда однозначна. На реальную производительность также влияют другие факторы, такие как частота ядра, количество процессоров, кадровые буферы и оптимизация программного обеспечения (драйверы). Таким образом, хотя устройство с более высоким значением TFLOPS теоретически является более быстрым и производительным, его реальная производительность может не всегда соответствовать количеству TFLOPS.

Производительность устройства может быть ограничена другими аппаратными компонентами, которые не работают с той же эффективностью или уровнем, что графический процессор или процессор, что приводит к возникновению узких мест. Например, система с графическим процессором с высоким значением TFLOPS может по-прежнему работать хуже, если она сочетается с недостаточным объемом оперативной памяти, медленным процессором или если программное обеспечение не полностью оптимизировано для использования доступной вычислительной мощности.

Таким образом, хотя TFLOPS действительно является ценным показателем при измерении теоретической вычислительной мощности системы, его следует рассматривать в сочетании с другими показателями производительности, чтобы получить более полную картину потенциальной реальной производительности системы.

Не запутайтесь: Терабайт против Терафлопа

Большинство технически подкованных людей знают достаточно о хранилище, чтобы понять, что такое терабайт, настолько, что могут спутать этот термин с терафлопом, поскольку оба они звучат очень похоже. Хотя оба термина используются в компьютерных технологиях, они относятся к разным аспектам.

«Терабайт» измеряет емкость хранилища, показывая, сколько данных может хранить устройство. С другой стороны, «TFLOPS» измеряет вычислительную мощность, указывая количество триллионов операций с плавающей запятой, которые компьютерная система может выполнить в секунду. Они не одинаковы и не связаны друг с другом.

Карта MicroSD емкостью 1 терабайт | Машабельный

Тфлопс в играх

В играх TFLOPS могут быть важны, поскольку они связаны с графической точностью и производительностью, которых может достичь система. Современные игры требуют значительных вычислительных мощностей для визуализации детальной и реалистичной графики, моделирования физики, работы с искусственным интеллектом и выполнения других сложных вычислений.

Но еще раз важно помнить, что терафлопс не определяет исключительно производительность системы. Давайте посмотрим на сравнение двух основных консолей текущего поколения, PlayStation 5 и Xbox Series X, чтобы увидеть, как это проявляется в реальной жизни.

Дебаты PS5 и Xbox Series X о терафлопсах

Как обсуждалось ранее, PS5 рассчитана на 10,28 терафлопс, а Xbox Series X может достигать 12 терафлопс вычислительной производительности графического процессора. На бумаге это довольно заметная разница, и можно было бы ожидать, что она приведет к реальным расхождениям между играми, но на самом деле дело обстоит как раз наоборот.

Прикрепленные ниже изображения взяты из двух разных тестов, проведенных Цифровая литейная мастерская о кроссплатформенной игре Devil May Cry 5: SE. На самом деле это была первая настоящая игра следующего поколения, в которой были использованы преимущества высококлассных характеристик обеих консолей.

96 кадров в секунду против 88 кадров в секунду в обычном режиме (слева), 87 кадров в секунду против 112 кадров в секунду в режиме с высокой частотой кадров (справа) | Цифровая литейная мастерская

На первом изображении показана игра, работающая в «Нормальном» режиме, где Series X имеет небольшое преимущество в FPS. Но на втором изображении, показывающем игру, работающую в режиме «Высокая частота кадров», PS5 лидирует с приличным преимуществом, несмотря на более слабый графический процессор с меньшим количеством терафлопс.

Теперь посмотрите на изображение ниже, показывающее более свежую и гораздо более требовательную игру «Elden Ring», работающую на обеих консолях. Еще раз вы видите, как PS5 на самом деле запускает игру немного лучше, с более стабильно более высоким FPS, доказывая, что ее графический процессор в 10,3 терафлопс (как и любой другой графический процессор) не является показателем реальной производительности.

Elden Ring демонстрирует разницу в 2 кадра в секунду между двумя консолями в режиме трассировки лучей | Цифровая литейная мастерская

Важно иметь в виду, что различные режимы на консолях и их характер почти всегда масштабируют контент, чтобы создать иллюзию более высокого разрешения, очевидно, играют важную роль в всей дискуссии. Таким образом, результаты могут быть другими, если настройки были немного изменены, что еще раз подчеркивает, что одного вычисления показателя недостаточно.

Ограничения терафлопс

Это хорошо подводит нас к пониманию того, насколько полезен термин «терафлопс». На протяжении всей статьи мы разъясняли, почему терафлопс не отражает реальную производительность, поэтому теперь давайте углубимся в присущие ему проблемы, которые говорят нам, почему не следует рассматривать терафлопс как определенную цифру.

1. Ограниченная сфера применения:

Терафлопсы сосредоточены исключительно на операциях с плавающей запятой, игнорируя другие важные вычислительные аспекты, такие как целочисленные операции или векторная обработка. Этот ограниченный объем может неточно отражать полные вычислительные возможности системы.

2. Производительность памяти:

Терафлопсы не учитывают такие факторы производительности памяти, как пропускная способность и задержка, которые имеют решающее значение для эффективного обмена данными. Высокий рейтинг терафлоп не гарантирует оптимальную производительность памяти, что потенциально влияет на общую эффективность системы.

3. Компоненты:

Терафлопсы не учитывают скорость и возможности других компонентов системы, таких как ЦП, графический процессор или хранилище. Несбалансированные или узкие компоненты могут помешать системе полностью использовать потенциал терафлопса.

4. Тепло и охлаждение:

Терафлопсы не учитывают влияние температур и охлаждения на устойчивую производительность. Недостаточное охлаждение может привести к тепловому дросселированию, ограничивающему способность системы достичь максимального потенциала производительности.

5. Варианты для конкретного применения:

Различные приложения имеют разные вычислительные требования. Терафлопсы представляют собой обобщенный показатель, который может не соответствовать потребностям конкретных приложений. Некоторые приложения могут значительно выиграть от более высокого количества терафлопс, в то время как другие отдают приоритет различным вычислительным аспектам.

6. Реальная производительность:

Терафлопсы измеряют теоретическую пиковую производительность, но могут не отражать фактическую производительность в реальных сценариях. Такие факторы, как оптимизация программного обеспечения, шаблоны доступа к памяти, конфигурация системы и предпочтения пользователя, могут повлиять на достигнутую производительность.

SoC Xbox Series X, питающий консоль | Майкрософт

Другие применения TFLOPS

TFLOPS связан не только с играми, есть еще несколько областей, где этот показатель можно использовать.

• Самое главное, что с появлением искусственного интеллекта (ИИ) резко возросло использование показателя TFLOP. Поскольку ИИ требует глубокого обучения, обучения нейронных сетей и вывода, которые требуют огромного количества операций с плавающей запятой, терафлопс используются для измерения производительности и эффективности аппаратных ускорителей, таких как графические процессоры и специализированные процессоры ИИ.
• Моделирование вычислительной гидродинамики (CFD) также требует использования терафлопс. Эти симуляции включают в себя разделение области жидкости на небольшие ячейки или элементы и решение набора математических уравнений для моделирования поведения жидкости. Расчеты могут включать миллионы или даже миллиарды уравнений, которые необходимо решать итеративно, поэтому используются TFLOP.

Заключение

Терафлопс — это единица, используемая для количественной оценки вычислительной мощности, актуальная в различных областях, от игр до искусственного интеллекта. Это легко усваиваемые цифры, благодаря которым они стали более маркетинговым термином в современном мире технологий.

Хотя они представляют собой теоретический максимум, реальная производительность зависит от ряда других факторов, таких как оптимизация программного обеспечения и архитектура системы. Поэтому терафлопс не следует рассматривать как окончательную меру возможностей вычислительной системы.

Если вам понравился всеобъемлющий характер этого руководства, обязательно ознакомьтесь с нашей разбивкой трассировки лучей по сравнению с традиционной растеризацией.