Cos'è un teraflop? Capire il nuovo termine grafico

Un trilione di operazioni in virgola mobile al secondo (TFLOPS) è un'unità di misura della potenza di un sistema informatico. In sostanza, indica quanti calcoli il sistema può eseguire in un secondo utilizzando un particolare tipo di matematica nota come calcolo in virgola mobile.

In breve, illustra la velocità e la potenza di un computer nel risolvere problemi complessi. La nostra guida copre tutto ciò che riguarda i teraflop per aiutarvi a comprenderne le complessità e il loro utilizzo nella tecnologia moderna.

Capire FLOP

Prima di addentrarci nel TFLOP, è importante capire cosa sia " FLOP ".

Le operazioni in virgola mobile al secondo (FLOP) sono un indicatore chiave delle prestazioni di un computer. Riflettono la velocità con cui un'unità di elaborazione centrale (CPU) o un'unità di elaborazione grafica (GPU) è in grado di eseguire calcoli che coinvolgono numeri in virgola mobile, ovvero numeri che contengono una virgola decimale.

Qual è la formula per calcolare i FLOPS?

Per calcolare i FLOPS, puoi usare la seguente formula:

FLOPS = Numero di core × Velocità di clock (in gigahertz) × Istruzioni per ciclo (IPC)

In questo formato, " numero di core " si riferisce al numero di core shader nell'unità di elaborazione grafica (GPU) (core CUDA di NVIDIA, processori di streaming di AMD) o ai core nell'unità di elaborazione centrale (CPU). " Frequenza di clock " indica la velocità massima a cui operano questi core, mentre " IPC " denota il numero di operazioni che ciascun core può eseguire in un singolo ciclo.

Un numero maggiore di FLOPS implica prestazioni più elevate?

Sì! Un numero maggiore di flopp indica che il dispositivo può eseguire più operazioni al secondo, rendendolo più potente. Per quanto riguarda i videogiochi, una GPU (unità di elaborazione grafica) con un numero maggiore di flopp avrà teoricamente migliori capacità di fornire una grafica dettagliata e realistica, migliorando l'esperienza di gioco. Approfondiremo questo aspetto più avanti.

Questo ci porta alla domanda: cos'è un teraflop? Un teraflop equivale a mille miliardi di FLOP.

I computer e l'hardware moderni sono diventati così veloci che le loro prestazioni si misurano in teraflop (TFLOPS) anziché in flop (FLOPS). Dopo aver superato la barriera del teraflop nel 2008 , quando AMD ha lanciato la prima scheda grafica in grado di raggiungere tale cifra, il settore non ha mai fatto passi indietro.

Le moderne schede grafiche e console per videogiochi sono notevolmente più potenti, offrendo una potenza di calcolo di gran lunga superiore a quella delle GPU più vecchie. Ad esempio, la GPU più veloce al mondo attualmente disponibile, la RTX 4090 , vanta oltre 83 teraflop di potenza grafica , una cifra che può essere effettivamente aumentata a 100 teraflop con un overclocking spinto.

Confrontiamo questi dati con quelli dell'ultimo MacBook Pro di Apple , dotato di processore M2 Max , che vanta una GPU in grado di raggiungere i 13.6 TFLOPS . Per quanto riguarda le console, la PS5 offre una GPU da 10.3 TFLOPS, mentre la Xbox Series X si distingue per una GPU da 12 teraflop . Analizzeremo in seguito come questi valori si traducono in prestazioni reali.

Microsoft è stata la prima a utilizzare ampiamente questo termine nel 2017, quando ha annunciato che la sua console allora nuova, Xbox One X , aveva una potenza grafica di 6 teraflops , lasciando tutti a chiedersi cosa significasse. Per confronto, la PS4 Pro aveva solo 4.2 teraflops.

L'effetto di TFLOPS sulle prestazioni

Quando si parla di prestazioni nei moderni sistemi informatici, il ruolo dei TFLOPS non può essere sopravvalutato. Un sistema con un valore di TFLOPS più elevato possiede teoricamente velocità di elaborazione e capacità grafiche superiori, a parità di tutti gli altri fattori. Tuttavia, è fondamentale ricordare che le prestazioni pure e proprie non sono determinate esclusivamente dai TFLOPS.

Nei giochi, dove la grafica è un aspetto fondamentale, un valore TFLOPS più elevato corrisponde in genere alla capacità di gestire una grafica più dettagliata e realistica, migliorando così l'esperienza di gioco. Ciò è dovuto al semplice fatto che un valore TFLOPS più elevato consente un numero maggiore di calcoli in virgola mobile al secondo, con conseguente rendering più rapido di immagini e grafica complesse.

Nell'informatica scientifica e nell'intelligenza artificiale, valori elevati di TFLOPS possono portare a un'elaborazione dei dati e a calcoli più rapidi. Le attività che coinvolgono grandi set di dati, come l'addestramento tramite machine learning o simulazioni complesse, traggono grandi vantaggi da valori elevati di TFLOPS, consentendo di elaborare una quantità di dati significativamente maggiore in meno tempo.

Tuttavia, la relazione tra TFLOPS e prestazioni non è sempre diretta. Le prestazioni effettive sono influenzate anche da altri fattori, come la velocità del core, il numero di processori, i frame buffer e l'ottimizzazione software (driver). Pertanto, sebbene un dispositivo con un valore TFLOPS più elevato sia teoricamente più veloce e performante, le sue prestazioni reali potrebbero non corrispondere sempre al suo numero di TFLOPS.

Le prestazioni di un dispositivo possono essere limitate da altri componenti hardware che non operano con la stessa efficienza o allo stesso livello della GPU o della CPU, creando un collo di bottiglia . Ad esempio, un sistema con un elevato numero di TFLOPS della GPU potrebbe comunque presentare prestazioni scadenti se abbinato a una quantità insufficiente di RAM, a una CPU lenta o se il software non è completamente ottimizzato per sfruttare la potenza di calcolo disponibile.

Pertanto, sebbene TFLOPS sia effettivamente una metrica preziosa per misurare la capacità computazionale teorica di un sistema, dovrebbe essere considerato insieme ad altri indicatori di prestazione per fornire un quadro più completo delle potenziali prestazioni effettive del sistema nel mondo reale.

Non confondeteli: terabyte vs. teraflop

La maggior parte degli appassionati di tecnologia ne sa abbastanza di storage da capire cos'è un terabyte, tanto che potrebbe confondere il termine con teraflop a causa della somiglianza. Sebbene entrambi i termini siano utilizzati in informatica, si riferiscono ad aspetti distinti.

Il termine " terabyte " misura la capacità di archiviazione, rappresentando la quantità di dati che un dispositivo può memorizzare. D'altra parte, " TFLOPS " misura la potenza di calcolo, indicando il numero di trilioni di operazioni in virgola mobile che un sistema informatico può eseguire al secondo. Questi due termini non sono sinonimi e non sono correlati.

TFLOPS nei giochi

Nel gaming, i TFLOPS possono essere importanti perché influenzano la risoluzione grafica e le prestazioni che il sistema può raggiungere. I giochi moderni richiedono una potenza di calcolo significativa per riprodurre grafica dettagliata e realistica, simulare fenomeni fisici, gestire l'intelligenza artificiale ed eseguire altri calcoli complessi.

Ma ancora una volta, è importante ricordare che i teraflop non determinano esclusivamente le prestazioni di un sistema. Diamo un'occhiata a un confronto tra le due principali console di gioco di ultima generazione, PlayStation 5 e Xbox Series X, per vedere come questo si traduce in prestazioni reali.

Dibattito sui teraflop tra PlayStation 5 e Xbox Series X

Come accennato in precedenza, PlayStation 5 ha una potenza di calcolo GPU di 10.28 teraflop, mentre Xbox Series X può raggiungere i 12 teraflop. Sulla carta, si tratta di una differenza significativa, e ci si aspetterebbe che si traduca in differenze reali tra i giochi, ma è vero il contrario.

Le immagini seguenti sono tratte da due diversi test di prestazioni condotti da Digital Foundry su Devil May Cry 5: SE , un gioco multipiattaforma. Questo è stato di fatto il primo vero titolo di nuova generazione a sfruttare appieno le specifiche avanzate di entrambe le console.

La prima immagine mostra il gioco in esecuzione in modalità " normale ", dove la Series X ha un leggero vantaggio in termini di fotogrammi al secondo (FPS). Tuttavia, nella seconda immagine, che mostra il gioco in esecuzione in modalità " frame rate elevato ", la PS5 offre prestazioni nettamente superiori, nonostante abbia una GPU meno potente e un numero inferiore di TFLOPS.

Ora, osservate l'immagine qui sotto, che mostra un gioco più recente e molto più impegnativo, Elden Ring , in esecuzione su entrambe le console. Anche in questo caso, potete notare come la PS5 esegua il gioco leggermente meglio, con un frame rate (FPS) più elevato e costante, a dimostrazione che la sua GPU da 10.3 TFLOPS (come qualsiasi altra GPU) non è un indicatore delle reali prestazioni nel mondo reale.

È importante tenere presente che le diverse impostazioni delle console di gioco e la natura dell'upscaling, che spesso crea l'illusione di una risoluzione più elevata, giocano un ruolo significativo in tutta questa discussione. Pertanto, i risultati possono variare anche leggermente con piccole modifiche, sottolineando ulteriormente che una singola metrica computazionale da sola non è sufficiente.

Limitazioni TFLOPS

Questo ci porta facilmente a comprendere quanto sia utile il termine teraflop. Abbiamo spiegato in tutto l'articolo come i TFLOPS non rappresentino le prestazioni effettive, quindi approfondiamo ora i problemi intrinseci che ci spiegano perché non dovremmo considerare i teraflop come un numero definitivo.

1. Ambito limitato:

Teraflops si concentra esclusivamente sulle operazioni in virgola mobile, trascurando altri importanti aspetti computazionali come le operazioni intere o l'elaborazione vettoriale. Questa portata limitata potrebbe non rappresentare accuratamente le piene capacità computazionali del sistema.

2. Prestazioni della memoria:

I teraflop ignorano fattori di prestazione della memoria come larghezza di banda e latenza, che sono cruciali per uno scambio dati efficiente. Un valore elevato di teraflop non garantisce prestazioni di memoria ottimali, il che può influire sull'efficienza complessiva del sistema.

3. Considerazioni sui componenti:

I teraflop non tengono conto della velocità e delle capacità di altri componenti del sistema, come l'unità di elaborazione centrale (CPU), l'unità di elaborazione grafica (GPU) o lo storage. Componenti sbilanciati o con colli di bottiglia possono impedire al sistema di sfruttare appieno il suo potenziale di teraflop.

4. Riscaldamento e raffreddamento:

I teraflop non tengono conto dell'impatto del calore e del raffreddamento sulle prestazioni sostenute. Un raffreddamento inadeguato può portare a un throttling termico, limitando la capacità del sistema di raggiungere il suo massimo potenziale prestazionale.

5. Differenze specifiche delle applicazioni:

Applicazioni diverse hanno requisiti computazionali distinti. I teraflop forniscono una metrica generale, che potrebbe non essere in linea con le esigenze di applicazioni specifiche. Alcune applicazioni possono trarre grandi vantaggi da numeri di teraflop più elevati, mentre altre danno priorità ad aspetti computazionali diversi.

6. Prestazioni reali:

I teraflop misurano le massime prestazioni teoriche, ma potrebbero non riflettere le prestazioni effettive in scenari reali. Fattori come l'ottimizzazione del software, i modelli di accesso alla memoria, la configurazione del sistema e le preferenze dell'utente possono influenzare le prestazioni ottenute.

Altre applicazioni per TFLOPS

I TFLOPS non sono correlati solo ai giochi, ma ci sono molti altri ambiti in cui questa metrica può essere utilizzata.

• La cosa più importante, con l'emergere intelligenza artificiale (AI)L'uso della metrica TFLOP è notevolmente aumentato. Poiché l'intelligenza artificiale richiede deep learning, addestramento di reti neurali e inferenza, che richiedono enormi quantità di operazioni in virgola mobile, i TFLOPS vengono utilizzati per misurare le prestazioni e l'efficienza di acceleratori hardware come unità di elaborazione grafica (GPU) e processori AI specializzati.
• Simulazione richiesta Fluidodinamica computazionale (CFD) Utilizzate anche TFLOPS. Questa simulazione prevede la suddivisione del campo fluido in piccole celle o elementi e la risoluzione di un insieme di equazioni matematiche per simulare il comportamento del fluido. I calcoli possono includere milioni o addirittura miliardi di equazioni che devono essere risolte iterativamente, ed è per questo che viene utilizzato TFLOPS.

Conclusione

Il teraflop è un'unità di misura utilizzata per definire la potenza di calcolo ed è rilevante in diversi settori, dal gaming all'intelligenza artificiale. La sua natura intuitiva lo ha reso un termine di marketing sempre più diffuso nel mondo tecnologico odierno.

Sebbene rappresenti un massimo teorico, le prestazioni reali dipendono da diversi altri fattori, come l'ottimizzazione del software e l'architettura del sistema. Pertanto, i teraflop non dovrebbero essere considerati la misura assoluta della potenza di un sistema di elaborazione.

Se apprezzi la completezza di questa guida, non dimenticare di dare un'occhiata alla nostra analisi del ray tracing rispetto alla stereoscopia tradizionale.