Cos’è l’Hyper-Threading?

L’idea di base dell’Hyper-Threading è di elaborare, con un unico microprocessore, più thread contemporaneamente. Se prima si poteva gestire un thread per processore, è possibile, adesso, attraverso la tecnologia Intel® Hyper-Threading, dividere un processore in due nuclei logici (virtuali) che elaborano simultaneamente più hyperthread. Scopriamo di seguito come l’Hyper-Threading può migliorare le prestazioni della CPU.

Quello che potrebbe apparire come un film di fantascienza corrisponde, in realtà, a un antico adagio popolare secondo il quale quattro mani sono meglio di due, il che può essere trasposto in informatica come Hyper-Threading. La tecnologia Intel® Hyper-Threading nasce dal settore server dove vengono utilizzati, normalmente, più processori fisici contemporaneamente allo scopo di aumentare le prestazioni del computer.

Nell’Hyper-Threading abbiamo, invece, un unico processore fisico che si comporta come se fossero due. Questo viene reso possibile dal fatto che il processore, dividendosi in due core logici (virtuali), anche detti kernel, elabora più thread in parallelo. In questo modo è possibile elaborare più code di comandi, dividere i processi tra i due core logici e migliorare l’utilizzo della CPU.

L’origine della tecnologia Hyper-Threading (HT) è da ricondurre al produttore di processori e CPU, Intel®. La tecnologia Hyper-Threading era già in uso tra gli sviluppatori e, dal 14 novembre 2002, cominciarono a usufruirne anche gli utenti dei computer domestici, traendone dei benefici. Intel® portò definitivamente la tecnologia HT sul mercato con il Pentium 4, inclusivo di Northwood B core. Già con i modelli successivi, Pentium D e Core 2 Duo, l’azienda, però, ritirò la tecnologia Hyper-Threading usando al suo posto processori dual-core.

Ciò che funziona, tuttavia, a lungo andare si impone e così l’Hyper-Threading viene nuovamente utilizzato nei microprocessori Intel Atom e nella serie Intel Core i. L’Hyper-Threading è una tecnologia che, nella sua forma, viene utilizzata esclusivamente nei processori Intel.

Chi sente parlare di Hyper-Threading per la prima volta è portato a pensare, giustamente, che ogni processore debba disporre di questa tecnologia. Fortunatamente l’Hyper-Threading è attivo, purché supportato, grazie a un’impostazione predefinita nel core della CPU. Può, comunque, essere attivato e disattivato in ambiente BIOS alla voce “Tecnologia Hyper-Threading” attraverso i comandi “Abilita” o “Disabilita”.

Nel caso in cui la tecnologia Hyper-Threading non sia supportata dal processore, un core elabora più processi logici solo sequenzialmente, cioè uno dopo l’altro. Si può facilmente controllare se l‘Hyper-Threading è attivo o viene supportato nella Gestione dispositivi. Se per esempio avete un computer con due core CPU ma, alla voce “Processori” ne vedete quattro, questo significa che l’Hyper-Threading è attivo.

Senza dubbio il vantaggio maggiore della tecnologia Hyper-Threading consiste nel fatto che la sua implementazione nei microprocessori risulta più economica rispetto all’impiego di due microprocessori. Poiché oggi la maggior parte dei computer è dotato di processori multicore, questo vantaggio può essere sfruttato solo se le CPU con Hyper-Threading possiedono lo stesso numero di processori “fisici” dei computer che non supportano questa tecnologia.

Ma il vantaggio reale dell’Hyper-Threading consiste nell’efficiente utilizzo delle risorse. L’avere due core logici in un unico core fisico non significa automaticamente che tutti i dati vengano elaborati alla doppia velocità; tuttavia, il carico di calcolo da elaborare per i diversi processi viene suddiviso non solo sequenzialmente, ma soprattutto simultaneamente tra i due core logici. Così facendo si possono evitare tempi di inattività e i processi verranno elaborati continuativamente; semplicemente i thread non dovranno attendere l’esecuzione di altri thread in elaborazione ma verranno presi in carico dal secondo core.

Il vantaggio di un processore multicore è senz’altro il fatto che un core fisico non deve dividere le sue risorse. Le CPU con, ad esempio, dieci core fisici sono preferibili a quelle con cinque core fisici implementati con tecnologia Hyper-Threading, poiché ogni core può sfruttare tutte le risorse disponibili nell’elaborazione dei processi. I core logici, a loro volta, sfruttano la stessa potenza di calcolo dei core fisici per gestire set di registri paralleli. In ogni caso è utile, al giorno d’oggi, lavorare con CPU con minimo due o più core fisici.

Il Multithreading e l’Hyper-Threading sono, a prima vista, molto simili: entrambi hanno il compito di elaborare e dividere i thread nei core della CPU. L’Hyper-Threading è, comunque, una sottocategoria del procedimento Multithreading e viene anche chiamato multithreading simultaneo (SMT). Per comprendere cosa sia il Multithreading è importante sapere che i thread sono stringhe o code di comandi che, a seconda dell’hardware o del software, vengono elaborati in modi differenti.

Con il Multithreading vengono elaborate più stringhe o code di comandi nello stesso tempo. Ma, mentre in procedimenti multithreaded come multithreading Switch-on-Event e multithreading Time-Slice, si può parlare solo di pseudo-simultaneità, poiché i thread non funzionano in parallelo, con il multithreading simultaneo (SMT), ossia con l’Hyper-Threading, i thread vengono elaborati veramente in simultanea. Inoltre, l’Hyper-Threading è una tecnologia SMT che viene supportata dall’hardware, mentre il Multithreading è supportato esclusivamente dal software.

Quando si parla di tecnologia Intel® Hyper-Threading, la domanda che ci si pone frequentemente è se questa in confronto ai processori multicore privi di Hyper-Threading, porti dei vantaggi effettivi. La risposta è: dipende! Per esempio, è fondamentale sapere quale sia l’hardware che abbiamo a disposizione e a quale uso è destinato. Non è in discussione il fatto che l’Hyper-Threading ottimizzi l’elaborazione dei thread attraverso pipeline separate e set di registri paralleli; per esempio il super computer Cray MTA è in grado di gestire ben 128 thread con un solo kernel CPU.

Soprattutto nel settore gaming si sente spesso parlare di SMT, ovvero di Hyper-Threading. Proprio tra i giocatori viene richiesta grande potenza di calcolo quando sono in funzione contemporaneamente giochi, musica e forse addirittura una registrazione di uno streaming su Twitch. Che l’Hyper-Threading migliori la performance nel gaming è tuttavia discutibile. Alcuni giocatori affermano addirittura che l’Hyper-Threading rallenti le prestazioni della CPU, mentre altri sostengono che questa tecnologia abbia più senso nel caso in cui i giochi supportino quattro o più core.