Hyper-Threading: cos’è e perché Intel se ne vuole liberare

Introdotta nel lontano 2002 nella gamma di CPU Intel Xeon e, poco dopo, nei Pentium 4, Hyper-Threading è una tecnologia concepita per migliorare le prestazioni attraverso l’ottimizzazione dell’uso delle risorse del processore. L’obiettivo consiste nel migliorare l’efficienza e le performance aumentando il numero di thread che un singolo core del processore può gestire contemporaneamente.

Cos’è Hyper-Threading

Hyper-Threading è una tecnologia SMT (simultaneous multithreading) che permette a un singolo core fisico della CPU di gestire due thread di esecuzione indipendenti simultaneamente. Consente di ottimizzare l’uso delle risorse del processore, sfruttando le sue capacità in modo più efficiente. La gestione di più thread su un singolo core non significa che il processore abbia effettivamente due core fisici, ma piuttosto che uno stesso core “simula” di avere due unità di elaborazione separate, operando su due thread in parallelo.

Se in Windows premete la combinazione di tasti CTRL+MAIUSC+ESC per aprire il Task Manager, accedete alla modalità di visualizzazione estesa quindi cliccate su Prestazioni, nel riquadro CPU vedrete, in basso, l’indicazione Cores e Processori logici. Il primo valore indica il numero dei core fisici effettivamente presenti; il secondo il numero dei core logici o thread gestibili.

Cliccando con il tasto destro sul grafico di utilizzo della CPU quindi scegliendo Cambia grafico in, Processori logici, è possibile verificare il carico di lavoro in tempo reale sui singoli core logici.

Ovviamente, se il numero di Cores e Processori logici risulta identico, significa che il processore in uso non supporta la tecnologia Hyper-Threading o, in generale, SMT.

Come funziona Hyper-Threading

Ogni singolo core della CPU ha varie unità funzionali, come l’ALU (Arithmetic Logic Unit), l’unità di decodifica delle istruzioni, i registri, e la cache: ne abbiamo parlato nell’articolo su come funziona un processore. Durante l’esecuzione di un thread, alcune di queste risorse possono rimanere sotto-utilizzate, in quanto alcune operazioni sono in attesa di altre (ad esempio, per via dell’accesso alla memoria o a causa della latenza introdotta da altre operazioni).

L’Hyper-Threading sfrutta questa sotto-utilizzazione delle risorse facendo in modo che un secondo thread possa essere eseguito sulle stesse risorse, quando una parte del processore non è occupata dal primo thread. In pratica, la tecnologia Hyper-Threading aumenta il throughput delle unità di esecuzione, permettendo a un singolo core di processare più istruzioni in un dato intervallo di tempo.

Il sistema operativo deve essere consapevole della presenza dell’Hyper-Threading per poter sfruttare correttamente i thread aggiuntivi. Il processore espone i thread al sistema operativo, che è responsabile della loro distribuzione tra core fisici e logici.

Hyper-Threading: pilastro dell’ottimizzazione o limite all’innovazione?

La tecnologia Hyper-Threading è la versione Intel di SMT (AMD la chiama semplicemente così nel caso dei suoi chip…). Se l’obiettivo è massimizzare l’utilizzo delle risorse disponibili, riducendo i tempi morti nella pipeline della CPU, Hyper-Threading comporta comunque alcuni svantaggi:

• Aumento del consumo energetico. Sebbene i core virtuali condividano le unità di esecuzione, Hyper-Threading richiede comunque risorse aggiuntive, incrementando il consumo di energia.
• Occupazione di spazio sul die. I registri e le unità necessarie per implementare l’Hyper-Threading occupano spazio prezioso a livello di silicio, che potrebbe essere impiegato, invece, per introdurre altre migliorie.
• Benefici limitati con tanti core. Nelle CPU più moderne, l’aumento del numero di core fisici portare a una significativa riduzione dei vantaggi dell’Hyper-Threading.

La rimozione di Hyper-Threading con Lunar Lake e Arrow Lake

Intel ha sempre avuto un rapporto altalenante con la sua tecnologia Hyper-Threading. Alcuni chip, come il Core i7-9700K, ne erano privi; i processori Atom non l’hanno mai adottata; AMD,  di contro, ha mantenuto una politica più costante nell’uso del SMT.

Presentati nel 2024, i processori di 15esima generazione Lunar Lake (Core Ultra 200V) e Arrow Lake (Core Ultra 200H, per laptop; Core Ultra 200S, per desktop) utilizzano un’architettura ibrida con core ad alte prestazioni (P-core) e core ad alta efficienza (E-core). Tuttavia, Lunar Lake tipicamente utilizza una configurazione 4P + 4E, mentre Arrow Lake può avere configurazioni più “generose”, come 8P + 16E. Non supportano l’Hyper-Threading, sebbene i chip Lunar Lake siano progettati per l’efficienza energetica mentre gli Arrow Lake si concentrino su prestazioni elevate senza multithreading.

I chip sono inoltre basati su un design a tiles, in cui ogni componente è fabbricato con un processo diverso. Questa soluzione permette a Intel di ottimizzare la produzione, migliorando l’efficienza e le prestazioni.

In generale, con Lunar Lake e Arrow Lake, Intel ha adottato un approccio incentrato sull’efficienza: ridurre il consumo energetico e ottimizzare le prestazioni senza dipendere da Hyper-Threading, che in passato ha generato dibattiti tra gli utenti più esigenti.

Secondo Robert Hallock, VP Intel, rimuovendo Hyper-Threading dai chip più recenti è possibile risparmiare Watt e aumentare l’efficienza, portando a un miglioramento complessivo delle prestazioni multicore fino al 20%.

Negli ultimi anni, le CPU Intel hanno mostrato un’elevata dissipazione termica. Eliminando Hyper-Threading, Intel punta chiaramente a ridurre il consumo energetico e il calore generato.

Più spazio per nuovi core e tecnologie avanzate

L’assenza dell’Hyper-Threading contribuisce a liberare risorse nel die, consentendo a Intel di aggiungere più core fisici, migliorare la cache o integrare nuove unità di accelerazione dedicate all’AI e al machine learning (NPU, Neural Processing Unit).

Il software si sta evolvendo rapidamente per sfruttare meglio i core fisici rispetto ai core logici. Gli scheduler dei moderni sistemi operativi sono in grado di distribuire i carichi di lavoro in modo più efficiente tra i core, riducendo la necessità di SMT.

Inoltre, molti sviluppatori di software high-performance computing (HPC) e gaming disattivano comunque Hyper-Threading per evitare il fenomeno conosciamo come thread contention, che in alcuni casi può degradare le prestazioni.

Il thread contention si verifica quando più thread competono per le stesse risorse di sistema, come la CPU, la memoria o i lock su dati condivisi. Ciò può causare rallentamenti, inefficienza nell’esecuzione dei processi e latenza elevata, poiché i thread devono aspettare il loro turno per accedere alle risorse contese. In ambito multi-threading, una gestione inefficace delle “contese” può ridurre le prestazioni anziché migliorarle.

Un ritorno alle origini per Intel?

In vista del lancio dei nuovi chip Panther Lake (2025) e Nova Lake (2026), i cambiamenti introdotti con Lunar Lake e Arrow Lake potrebbero rappresentare una decisa rottura con il passato, riportando Intel a una progettazione più razionale e all’ottimizzazione dell’uso delle risorse hardware.

La scelta di Intel segna un cambiamento di paradigma, ma non è detto che sia definitiva. Se in futuro il bilancio tra consumi, prestazioni e spazio sul die cambierà, potremmo vedere un ritorno del SMT. Per ora, Arrow Lake e Lunar Lake rappresentano un nuovo capitolo per l’architettura dei processori Intel, incentrato su efficienza e potenza per Watt.

Va inoltre tenuto in debita considerazione che Lunar Lake, a cui Arrow Lake è direttamente ispirato, è stato descritto come un “esperimento” da Intel (lo dichiarò l’ex CEO Pat Gelsinger), non pensato per essere un prodotto mainstream. Non avrà un successore diretto, poiché il design è stato ritenuto troppo costoso e complesso per essere replicato su larga scala.

Gli Arrow Lake, invece, risultano progettati con maggiore attenzione alla stabilità e alla sostenibilità economica, evitando i limiti incontrati da Lunar Lake.

Le immagini nell’articolo sono di Intel Corporation