Meer fps zonder HyperThreading? Intel Core i9 9900K in games mét en zonder HT

Zo werkt SMT/HyperThreading

HyperThreading kwam in 2002 voor het eerst voor consumenten beschikbaar in de Pentium 4 3,06 GHz, die weliswaar slechts over één fysieke core beschikte, maar in totaal twee threads richting het besturingssysteem presenteerde. Alle moderne besturingssystemen zijn SMT aware: ze 'weten' welke threads fysiek en virtueel zijn, en zullen prioriteit geven aan de 'echte' cores. Destijds betekende HyperThreading een doorbraak, aangezien programma's tot dan toe om en om aanspraak moesten maken op dezelfde core. Voor multi-tasking was de toevoeging van een virtuele core een belangrijke stap richting echte dual-core processors, die pas in april 2005 op de markt kwamen.

Om te begrijpen hoe SMT precies werkt, is het voorbeeld van toen met een single-core processor verhelderend: sindsdien is hetzelfde concept eigenlijk alleen maar uitgebreid maar meer cores. Zoals gezegd kon een processor toen met maar één proces tegelijk bezig zijn, en werden er om de beurt berekeningen van de lopende processen gepland door de scheduler. Het kan echter zijn dat er door een cache miss of andersoortige afhankelijkheid even gewacht moet worden: op zo'n moment kan een core met HyperThreading altijd nog doorgaan met de berekeningen van de tweede, virtuele thread. Tegelijkertijd is het zo dat één proces vrijwel nooit alle individuele eenheden binnen een core (zoals integer- en floatingpoint-units) volledig belast. Er is dus sowieso vaak plek om binnen dezelfde kloktik extra instructies te plannen.

Slide met een grafische weergave van SMT van The George Washington University.

Hardwarematig hoeft eigenlijk alleen de front-end van een core geschikt te zijn gemaakt voor SMT. Die moet twee stromen van instructies tegelijkertijd kunnen decoderen en de uitvoering ervan zo efficiënt mogelijk inplannen. De rest van de core blijft ongewijzigd: een hyperthreaded core heeft geen extra execution units, pipelines of cache, ze worden alleen beter benut om gemiddeld meer instructies per klokslag te verwerken.