El ICP de un procesador (Instrucciones por Ciclo) es una medida de la capacidad que tiene un modelo para realizar determinados número de cálculos y procesamiento de datos por ciclo de reloj.
El ICP es una medida importante a tener en cuenta a la hora de evaluar el rendimiento de diferentes procesadores de distinta generación. Por lo general, cuanto mayor sea el IPC de un procesador, mejor será su rendimiento en aplicaciones que requieren gran cálculo y procesamiento, como son programas de diseño gráfico, edición de video, juegos u otras aplicaciones exigentes.
Es importante tener en cuenta que el valor de IPC de cada generación de procesadores no son valores de factor único que determine su rendimiento, ya qe otros factores, como la cantidad de núcleos e hilos, frecuencia de reloj, tamaño de memoria caché, así como la arquitectura del procesador, así como también la plataforma en cuestión que afecta así mismo al rendimiento general del sistema.
Como se calculan las instrucciones por ciclo
El número de instrucciones por ciclo (IPC) de un procesador se calcula dividiendo el número total de instrucciones que puede ejecutar en un ciclo por el número de ciclos que tarda en ejecutarlas.
Pero es importante saber antes como funciona un procesador y como está construido a nivel físico, que es a base de miles de millones de transistores (interruptores en abierto o cerrado) que con la aparición de cada nueva generación supuestamente ha duplicado su capacidad como se predijo en la famosa Ley de Moore.
Así por ejemplo, un Intel i9-13900K dispone de 14.200 millones de transistores, siendo la evolución de los procesadores Intel, su número de transistores y tecnología de fabricación:
| Modelo de procesador | Número de transistores | Año de arquitectura | Tecnología de fabricación nm (nano micras) |
|---|---|---|---|
| Pentium 4 (Northwood) | 55 millones | 2002 | 130 |
| Pentium 4 (Prescott) | 125 millones | 2004 | 90 |
| Core 2 Duo (Conroe) | 291 millones | 2006 | 65 |
| Core 2 Quad (Kentsfield) | 582 millones | 2006 | 65 |
| Core i7 (Bloomfield) | 731 millones | 2008 | 45 |
| Core i7 (Nehalem) | 731 millones | 2008 | 45 |
| Core i7 (Sandy Bridge) | 995 millones | 2011 | 32 |
| Core i7 (Ivy Bridge) | 1,400 millones | 2012 | 22 |
| Core i7 (Haswell) | 1,400 millones | 2013 | 22 |
| Core i7 (Broadwell) | 1,900 millones | 2014 | 14 |
| Core i7 (Skylake) | 1,750 millones | 2015 | 14 |
| Core i7 (Kaby Lake) | 1,750 millones | 2016 | 14 |
| Core i7 (Coffee Lake) | 1,760 millones | 2017 | 14 |
| Core i9 (Skylake-X) | 4,800 millones | 2017 | 14 |
| Core i9 (Cascade Lake-X) | 18,000 millones | 2018 | 14 |
| Core i9 (Comet Lake-S) | 10,000 millones | 2020 | 14 |
| Core i9 (Rocket Lake-S) | 14,000 millones | 2021 | 14 |
| Core i9 (Tiger Lake) | 8,000 millones | 2020 | 10 |
Es importante tener en cuenta que el IPC no es una medida constante para un procesador por varios motivos, ya que depende del tipo de instrucción y del programa que se esté ejecutando, así, algunas instrucciones pueden tardar más ciclos en ejecutarse que otras debido a la complejidad de la operación respecto a otras.
También diferentes programas pueden tener diferentes IPC, incluso si se ejecutan en el mismo procesador, debido a las diferencias en el tipo de instrucciones y en la forma en que se ejecutan.
Por último, no todos los procesadores aún siendo un mismo modelo, tienen la misma «calidad de construcción«, ya que no hay dos iguales y unos desempeñan mejor que otros según la calidad del «silicio» de la oblea.
Así el IPC es una medida importante para evaluar el rendimiento de un procesador, ya que indica cuántas instrucciones puede ejecutar en un ciclo y como he mencionado anteriormente, no será el único factor que determina el rendimiento de un procesador, siendo estas otros factores como:
- La velocidad de reloj (frecuencia).
- La cantidad de núcleos.
- La memoria caché.
- Y también el rendimiento general del sistema puede afectar.
Instructions Per Cycle formula
La fórmula para calcular las instrucciones por ciclo (IPC) de un procesador es dividir el número total de instrucciones que puede ejecutar en un ciclo por el número de ciclos que tarda en ejecutarlas.
Por lo tanto, la fórmula para IPC es:
IPC = número de instrucciones / número de ciclos
Como influye la mejora de IPC en los nuevos modelos de procesadores
El tamaño de transistor y el avance en investigación y desarrollo en las nuevas generaciones de procesadores tienen un gran impacto en la mejora del IPC.
A medida que los transistores se vuelven más pequeños, se pueden integrar mayor número de transistores en un solo chip, lo que permite a los procesadores ejecutar más instrucciones en cada ciclo de reloj. Esto suele llevar aparejado una mejora significativa en el IPC año tras año.
Además, a medida que los investigadores y desarrolladores avanzan en la tecnología, pueden encontrar formas adicionales de mejorar la arquitectura y el diseño de los procesadores para hacerlos más eficientes en la ejecución de instrucciones.
Esto puede incluir:
- Mejoras en la predicción de ramas.
- Mejor gestión de caché.
- Nuevas instrucciones.
- Ejecución fuera de orden.
Estas mejoras pueden aumentar aún más el IPC y mejorar el rendimiento general del procesador.
También es importante tener en cuenta que el IPC no es la única medida de rendimiento de un procesador y otros factores como la velocidad de reloj, la cantidad de núcleos y la memoria caché influyen en el rendimiento general del sistema.
Como saber el IPC de un procesador
Para saber el IPC de un procesador puedes buscar en las especificaciones técnicas del fabricante.
Por lo general las especificaciones del procesador incluyen información sobre el número de núcleos, la velocidad de reloj y el tamaño de la memoria caché, así como también sobre el IPC.
También puedes encontrar pruebas y análisis en línea que proporcionan información sobre el IPC de diferentes procesadores. Estas pruebas a menudo miden el rendimiento del procesador en diferentes aplicaciones y cargas de trabajo, y pueden incluir información detallada sobre el IPC.
Es importante tener en cuenta que el IPC no es la única medida de rendimiento de un procesador, y que otros factores, como la velocidad de reloj y la cantidad de núcleos, también pueden afectar el rendimiento general del sistema.
Al comparar diferentes procesadores, es importante considerar una variedad de factores y evaluar el rendimiento en una amplia gama de aplicaciones y cargas de trabajo.
La Historia de la Ley de Moore
La Ley de Moore fue formulada en 1965 por el cofundador de Intel, Gordon Moore.
Esta ley establece que la cantidad de transistores en un circuito integrado se duplicaría cada dos años.
En otras palabras, la tecnología se volvería más pequeña, más rápida y más potente con el tiempo.
La Ley de Moore si bien siempre llega a su límite, se ha mantenido ciertamente válida hasta ahora, y ha sido el motor principal de la innovación en la tecnología de la información durante décadas
Tecnología de 10nm
La tecnología de 10nm de Intel es una de las novedades que se presentaron en los últimos procesadores en 2022.
Como sabemos, a mejor tecnología de fabricación en la producción de transistores más pequeños que son más eficientes energéticamente, permitiendo:
- Mayor rendimiento.
- Menor consumo de energía.
- Menor temperatura.
La tecnologías de construcción como esta de 10nm, reduce además los costes de producción y mejora en la eficiencia de fabricación.
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