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.