تعداد هسته‌ها و حافظه کش پردازنده‌ها چگونه روی اجرای بازی‌ها تاثیر می‌گذارند؟

ممکن است تا به حال شنیده باشید که برای تجربه مناسب بازی روی رایانه به حداقل ۶ یا ۸ هسته نیاز دارید. چنین تفکری معمولا به دلیل وجود ۸ هسته پردازشی در کنسول‌های نسل جدید ایجاد شده و پشتوانه محکمی ندارد. عملکرد کلی پردازنده تنها یک عامل است که می‌تواند تجربه بازی روی یک دستگاه را در کنار کارت گرافیک و سایر قطعات مشخص کند. اگرچه عملکرد تعریف ثابتی دارد؛ اما به طور معمول سوءبرداشت‌های زیادی از آن صورت می‌گیرد و موجب گیج شدن بسیاری از کاربران می‌شود.

• هرآنچه باید درباره پردازنده‌های AMD بدانید
• مقایسه DLSS 2.0 و FSR: فناوری‌های انویدیا و AMD برای بهبود تجربه بازی‌ها
• نه اینتل، نه AMD: با معماری‌های پردازنده جایگزین در نقاط مختلف جهان آشنا شوید

استفاده از تعداد هسته‌های یک پردازنده به عنوان معیاری برای سنجش قدرت آن، امری بسیار ساده است اما شاید چندان کاربردی نباشد. با توجه به چنین تعریفی، طیف وسیعی از پردازنده‌های دو هسته‌ای و حتی چهار هسته‌ای به کنار رانده می‌شوند؛ درحالی که ممکن است از توان پردازشی کافی برای اجرای بسیاری از بازی‌ها بهره‌مند باشند. البته بیشتر بازی‌های مدرن و چالش برانگیز به بیشتر از چهار هسته پردازشی نیاز دارند؛ حتی اگر پردازنده از قابلیت SMT یا چندریسمانی همزمان پشتیبانی کند.

با این حال تعداد هسته‌های پردازنده نباید به عنوان معیاری برای سنجش قدرت آن مورد استفاده قرار بگیرد و عملکرد کلی پردازنده توسط موارد دیگری تعیین می‌شود. برای مثال می‌توان اشاره کرد که هیچ پردازنده چهار هسته‌ای وجود ندارد که بتواند قدرتی معادل دو محصول شش هسته‌ای اینتل Core i5 11600K یا AMD رایزن 5600X ارائه دهد. در سوی دیگر بسیاری از پردازنده‌های هشت هسته‌ای نیز نمی‌توانند به گرد پای مدل‌های گفته شده برسند. در نهایت می‌توان نتیجه گرفت که تعداد هسته‌ها نباید به عنوان شاخصی ثابت برای ارزیابی عملکرد پردازنده مورد استفاده قرار بگیرد.

بنچمارک‌ها چه می‌گویند؟

برای مقایسه می‌توان به مدل 2700X AMD از سری رایزن ۷ اشاره کرد که با وجود بهره‌گیری از ۸ هسته و ۱۶ رشته، به طور معمول در جایگاه چندان بالایی از سوی گیمرها قرار نمی‌گیرد. در سوی دیگر مدل 5600X قادر است حدود ۱۰ درصد سریع‌تر عمل کند و تاخیر کمتری را نیز از خود نشان دهد؛ درحالی که تنها از ۶ هسته بهره می‌برد. پس تقلیل عملکرد پردازنده به تعداد هسته‌های آن می‌تواند امری گمراه‌کننده برای خریداران رایانه‌ها باشد و آن‌ها را به پرداخت مبلغی بیشتر از بودجه خود برای تصاحب پردازنده‌ای غیر کاربردی سوق دهد. همچنین در بیشتر مواقع توصیه می‌شود تا چنین هزینه‌ای روی کارت گرافیک سرمایه‌گذاری شود تا سیستم بتواند با گذر زمان همچنان عملکرد مناسبی از خود نشان دهد. ذخیره هزینه‌های اضافی برای ارتقا سیستم در آینده یکی دیگر از راه‌های پیشنهادی است. در موارد خاصی مانند مثال بالا نیز خریداری پردازنده گران قیمت‌تر با تعداد هسته بیشتر الزاماً‌ به معنی بهره‌گیری از قدرت بالاتر نخواهد بود.

بنچمارک‌های صورت گرفته از مدل‌های مختلف اینتل نشان می‌دهند که محصولات این شرکت به صورت کلی از قاعده بهبود عملکرد با افزایش تعداد هسته‌ها تا سقف ۱۰ عدد پشتیبانی می‌کنند؛ اگرچه به طور معمول بازی‌ها به چنین تعداد هسته‌ای نیاز نخواهند داشت. اما مسئله برای محصولات AMD کمی متفاوت است و عملکرد سری Zen 3 در بازی‌ها از ۶ هسته یا ۱۶ هسته تقریباً ثابت بوده است و تنها بازی‌های معدودی شامل افزایش عملکرد با افزودن به تعداد هسته‌ها شده‌اند.

با مشاهده به اطلاعات بدست آمده از پردازنده‌های سری Zen 3 همراه با کارت گرافیک انویدیا جی‌فورس GTX 3090 می‌توان فهمید که پردازنده ۱۶ هسته‌ای 5950X از سری رایزن ۹ به طور میانگین تنها ۵ درصد سریع‌تر از مدل ۶ هسته‌ای 5600X عمل کرده است؛ درحالی که این برتری برای مدل ۸ هسته‌ای 5800X تنها ۳ درصد بوده است. 

ممکن است برخی افراد ادعا کنند که در چنین تست‌هایی کارت گرافیک عامل محدودکننده بوده است؛ اما بررسی‌های صورت گرفته در رزولوشن 1080p بوده و عناوین موجود در تست‌ها نیز وابستگی زیادی به پردازنده داشته‌اند.

اگر تست مشابهی همراه با کارت گرافیک انویدیا جی‌فروس GTX 3090 در رزولوشن 1080p با پردازنده‌های نسل دهم اینتل انجام شود، نتایج کاملاً‌ متفاوتی بدست خواهند آمد. پردازنده ۸ هسته‌ای Core i7 10700K حدود ۹ درصد سریع‌تر از Core i5 10600K خواهد بود و این برتری برای مدل قدرتمند 10900K حتی به ۱۶ درصد نیز می‌رسد. به طور معمول دارندگان محصولات اینتل ادعا می‌کنند که با ارتقا پردازنده خود به نسخه‌ای با تعداد هسته بیشتر، عملکرد بهتری را در بازی‌ها تجربه کنند و نتایج بدست آمده نیز گواه همین ماجراست. اما آیا اختلاف میان مدلی مثل Core i7 8700K با Core i9 10900K تنها محدود به تعداد هسته می‌شود یا عوامل دیگری نیز در این بین دخیل هستند؟

تاثیر حافظه کش روی اجرای بازی‌ها

برای پاسخ به سوال بالا باید به مقایسه نحوه ساخت پردازنده‌های اینتل و AMD بپردازیم. پردازنده‌های سری Zen 3 همگی از ۳۲ گیگابایت حافظه کش L3 به ازای هر مدار بهره می‌برند. این مسئله باعث شده تا حافظه کش کلی L3 در سری رایزن ۵ و رایزن ۷ به ۳۲ مگابایت برسد درحالی که این مقدار برای رایزن ۹ به ۶۴ مگابایت افزایش پیدا می‌کند. اما چنین روندی در پردازنده‌های اینتل به صورت ثابت دیده نمی‌شود و با تغییر تعداد هسته‌ها، مقدار حافظه کش اختصاص داده شده نیز کم و زیاد می‌شود. مدل‌های Core i5 نسل دهم از ۱۲ مگابایت حافظه کش L3 بهره می‌برند، درحالی که سری Core i7 به ۱۶ مگابایت و سری Core i9 به ۲۰ مگابایت حافظه از این نوع مجهز شده‌اند.

پس می‌توان دید که تفاوت میان 10600K و 10900K نه تنها به اختلاف ۶۷ درصدی آن‌ها در تعداد هسته‌ها ختم می‌شود، بلکه به همان میزان در حافظه کش L3 نیز با یکدیگر فاصله دارند. با این حال هنوز بسیاری از بازی‌ها نمی‌توانند به صورت کامل تمامی ۶ هسته موجود در 10600K را اشغال کنند؛ در نتیجه آیا نقش حافظه کش بیشتر از تعداد هسته‌ها است؟

برای یافتن پاسخی برای پرسش قبلی می‌توانیم با غیرفعال کردن هسته‌ها در هر پردازنده، اقدام به مقایسه میزان تاثیر حافظه کش بر عملکرد کلی کنیم. برای انجام چنین تستی از مادربرد گیگابایت Z590 Aorus Xtreme همراه با رم دو کاناله DDR4 CL14 با فرکانس ۳۲۰۰ مگاهرتز استفاده شده است. هر سه پردازنده نیز روی فرکانس ۴.۵ گیگاهرتز قفل شده‌اند؛ در نتیجه با ثابت بودن تعداد هسته‌های فعال، تنها اختلاف محدود به حافظه کش می‌شود. همچنین باید توجه داشت که غیرفعال کردن یک هسته، تاثیری روی مقدار کلی حافظه کش ندارد و برای مثال این عدد در پردازنده 10900K همچنان ۲۰ مگابایت باقی خواهد ماند. در تست‌ها از کارت گرافیک رادئون RX 6900 XT در رزولوشن 1080p استفاده شده است.

اگر به نتایج بدست آمده در بازی Rainbow Six Siege دقت کنیم، می‌توانیم متوجه شویم که افزایش تعداد هسته‌ها از ۶ به ۸ عدد موجب ارتقا ۱۵ درصدی عملکرد شده است. این تغییر با مهاجرت از ۸ هسته به ۱۰ هسته نیز ۹ درصد افزایش پیدا کرده است. در نتیجه می‌توان انتظار داشت که با تغییر پردازنده از 10600K به 10900K باید بهبود ۲۵ درصدی را تجربه کنیم. اما آیا تمامی چنین بهبودی مدیون ۴ هسته پردازشی بیشتر است؟

با دقت بیشتر در اعداد بخش ۸ هسته‌ای متوجه خواهیم شد که افزایش حافظه کش L3 از ۱۶ مگابایت به ۲۰ مگابایت موجب شده است تا ۵ درصد بهبود در عملکرد کلی را شاهد باشیم و افزودن دو هسته بیشتر به معادله تنها ۳ درصد روی عملکرد تاثیر داشته است. در سوی دیگر عملکرد بخش ۶ هسته‌ای نشان می‌دهد که ۱۰ درصد از برتری ۱۵ درصدی 10700K نسبت به 10600K ناشی از حافظه کش بیشتر است که از ۱۲ به ۱۶ مگابایت رسیده است. پس به صورت تئوری می‌توان مطرح کرد که اگر 10600K از ۲۰ مگابایت حافظه کش مانند 10900K بهره می‌گرفت، می‌توانست عملکرد بهتری نسبت به 10700K از خود نشان دهد. همچنین با حذف عامل حافظه کش، عملکرد 10900K با تمامی ۱۰ هسته فعال تنها ۶ درصد بهتر از برادر کوچک‌تر ۶ هسته‌ای خود خواهد بود.

به بیانی دیگر می‌توان گفت که افزایش ۶۷ درصدی در تعداد هسته‌ها تنها می‌تواند عملکرد نهایی را ۶ درصد بهبود ببخشد؛ درحالی که افزایش ۶۷ درصدی حافظه کش قادر است عمکرد را تا ۱۸ درصد تحت تاثیر خود قرار دهد. پس نتیجه می‌گیریم اگر مقدار حافظه کش برای مدل‌های مختلف از یک معماری برابر باشد، ۶ هسته پردازشی برای بیشتر گیمرها کافی خواهد بود.

در عناوینی که اتکای کمتری بر پردازنده دارند و به راحتی روی پردازنده‌های ۶ هسته‌ای اجرا می‌شوند، افزودن به تعداد هسته‌ها یا حافظه کش، تاثیر کمی بر عملکرد دارد و کارت گرافیک در این میان نقش بسیار مهم‌تری از خود نشان می‌دهد. در واقع شرایط گفته شده برای بیشتر بازی‌ها حاکم است؛ حتی عناوینی که در یکسال اخیر منتشر شده‌اند.

Watch Dogs Legion یکی از بازی‌هایی است که به پردازنده‌ای قدرتمندتر از Core i5 10600K نیاز ندارد و همان طور که مشاهده می‌شود، اجرای آن با 10900K در رزولوشن 1080p تنها ۷ درصد اختلاف در عملکرد را به همراه دارد. البته تاثیر حافظه کش در این مقدار تنها ۲.۵ درصد به نظر می‌رسد و حدود ۴ درصد دیگر مربوط به افزایش تعداد هسته‌ها می‌شود. در نهایت اما اختلاف کلی قابل چشم‌پوشی است.

داده‌های بدست آمده از سایبرپانک ۲۰۷۷ کمی جالب‌ترند. ارتقا پردازنده از 10600K به 10900K موجب بهبود ۱۵ درصدی عملکرد در کمینه نرخ فریم شده است و به نظر می‌رسد که عامل اصلی آن به تنهایی افزایش مقدار حافظه کش باشد و افزایش تعداد هسته‌ها بی‌تاثیر بوده است.

عنوان دیگری که در آن افزایش تعداد هسته‌ها تاثیر چندانی به همراه نداشته، F1 2020 بوده است. اگر 10900K را با ۱۰ هسته فعال با 10600K مقایسه کنیم، عملکرد ۱۰ درصد سریع‌تر را مشاهده خواهیم کرد. اگر تست مشابه با ۶ هسته فعال از 10900K تکرار شود، باز هم دیده می‌شود که اختلاف در حدود ۱ درصد جابه‌جا خواهد شد و این مسئله نشان‌دهنده نقش مهم مقدار حافظه کش L3 در فراتر از ۶ هسته است.

بازی Shadow of the Tomb Raider به عنوان یکی از موارد متکی بر پردازنده شناخته می‌شود که بار پردازشی خود را به خوبی میان هسته‌ها تقسیم می‌کند. نتایج بدست آمده از این بازی نسبت به سایر تست‌ها بسیار متعادل‌تر است و نشان می‌دهد که افزایش تعداد هسته در کنار افزایش مقدار حافظه کش موفق به بهبود عملکرد نهایی شده‌اند. عملکرد 10900K در فرکانسی مشابه با 10600K حدود ۱۸ درصد سریع‌تر بوده است و این مقدار برای کمینه نرخ فریم به ۳۲ درصد نیز می‌رسد که جهشی چشمگیر محسوب می‌شود. می‌توان ۱۶ درصد از این برتری را به حافظه کش بیشتر و ۱۴ درصد از آن را به افزودن تعداد هسته‌ها نسبت داد.

نتیجه‌گیری

نتایج بالا به ما نشان داد که اگر پردازنده Core i7 8700K خود را به Core i7 10700K ارتقا دهید، احتمالاً بهبود عملکرد نهایی ناشی از افزایش تعداد هسته‌ها نخواهد بود و حافظه کش بیشتر، نقش مهم‌تری را بازی می‌کند. البته این دو عامل در کنار یکدیگر حرکت می‌کنند؛ مخصوصاً در محصولات اینتل که افزایش حافظه کش به افزایش تعداد هسته‌ها بستگی دارد. در نهایت توصیه می‌شود که حافظه کش به عنوان عاملی پررنگ‌تر در هنگام خرید پردازنده برای بازی در نظر گرفته شود.

تاثیر بیشتر حافظه کش بر اجرای بازی‌ها موجب شده است تا نتایج بدست آمده از پردازنده‌های سری Zen 3 شرکت AMD بسیار یکپارچه باشد، زیرا بیشتر مدل‌های آن از مقدار مشابهی حافظه کش L3 بهره می‌برند. همچنین تست‌ها ثابت کردند که استفاده از تعداد هسته‌ها برای ارزیابی عملکرد کلی پردازنده امری نادرست است.

در نهایت نیازهای کاربران عامل اصلی تعیین‌کننده در انتخاب پردازنده مناسب است. با این حال توجه داشته باشید که خرید پردازنده‌هایی مانند 2700X از سری رایزن ۷ چندان هوشمندانه نیست و عملکرد محصولاتی مانند 5600X یا 5800X بهتر خواهد بود. چنین پردازنده‌هایی می‌توانند پاسخ‌دهنده نیازهای بیشتر کاربران باشد و توصیه می‌شود تا بودجه زیادتری صرف خرید کارت گرافیک شود.