Processador multicore: o que é e para que serve

A tendência geral é encontrar um processador multicore dentro de um computador pessoal; portanto, se você ainda não sabe do que estamos falando, é hora de conhecer esses processadores. De fato, eles estão conosco há quase uma década, dando-nos cada vez mais poder e maior capacidade de lidar com informações, transformando nossa máquina em verdadeiros data centers com desktops.

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Os processadores multinúcleo revolucionaram o mercado, primeiro para o consumo de grandes empresas e data centers e, depois, para usuários normais, entrando em uma nova era de equipamentos de alto desempenho. Até o nosso Smartphone possui processadores multicore.

Qual é a função do processador em um computador

Mas antes de começarmos a ver o que é isso nos processadores com vários núcleos, vale a pena atualizar um pouco de memória, definindo para que serve realmente um processador. Talvez pareça bobagem a essa altura, mas nem todo mundo conhece esse componente essencial na era atual, e está na hora.

O processador, CPU ou Unidade Central de Processamento, consiste em um circuito eletrônico projetado a partir de transistores, portas lógicas e linhas com sinais elétricos capazes de executar tarefas e instruções. Essas instruções são geradas por um programa de computador e pela interação (ou não) de um ser humano ou mesmo de outros programas. Dessa forma, somos capazes de executar tarefas produtivas baseadas em dados através de computadores.

Um computador e qualquer outro dispositivo eletrônico não poderiam ser concebidos sem a presença de um processador. Pode ser mais ou menos complexo, mas qualquer dispositivo capaz de realizar uma tarefa específica precisa desta unidade para converter sinais elétricos em dados e até em tarefas físicas, como linhas de montagem úteis para seres humanos.

Qual é o núcleo de um processador

Como qualquer outro componente, um processador é composto de diferentes elementos dentro dele. Chamamos essa combinação de arquitetura de elementos, e a que temos atualmente no processador do computador é x86, um conjunto de códigos, parâmetros e componentes eletrônicos que, combinados, são capazes de calcular essas instruções simplesmente executando operações lógicas e aritméticas.

Estrutura interna da CPU

O núcleo ou núcleo de um processador é a unidade ou circuito integrado responsável pelo processamento de todas essas informações. Composto por milhões de transistores equipados com uma estrutura lógica funcional, é capaz de manipular as informações que entram, na forma de operandos e operadores, para gerar os resultados que permitem que os programas funcionem. É, então, a entidade básica de um processador.

Para fazer você parecer, o núcleo de um processador é composto pelos seguintes elementos principais:

• Unidade de controle (UC): é responsável por dirigir de forma síncrona a operação do processador, neste caso o núcleo. Dá ordens na forma de sinais elétricos aos diferentes componentes (CPU, RAM, periféricos) para que funcionem de forma síncrona. Unidade aritmético-lógica (ALU): é responsável por executar todas as operações lógicas e aritméticas com números inteiros com os dados que recebe. Registradores: os registradores são as células que permitem armazenar as instruções que estão sendo executadas e os resultados da operação realizada..

Para que servem mais núcleos?

A corrida dos fabricantes para ter o produto mais poderoso e rápido que já existiu e, na eletrônica, não é diferente. Na época, foi um marco criar um processador com uma frequência superior a 1 GHz. Caso você não saiba, o GHz mede o número de operações que um processador é capaz de executar

GHz: o que é e o que é um gigahertz na computação

A corrida para ter mais GHz

O primeiro processador a atingir 1 GHz foi o DEC Alpha em 1992, mas quando se trata de CPU para computadores pessoais, não foi até 1999 quando a Intel, com seu Pentium III e AMD, com seu Athlon, construiu processadores que atingiram esses números.. Nesse momento, os fabricantes tinham apenas uma coisa em mente: "quanto mais GHz, melhor ", pois mais operações poderiam ser realizadas por unidade de tempo.

Depois de alguns anos, os fabricantes encontraram um limite no número de GHz de seus processadores, por quê? porque devido à enorme quantidade de calor que foi gerada em seu núcleo, colocando a integridade dos materiais e dos dissipadores de calor usados ​​no limite. Da mesma forma, o consumo foi acionado para cada Hz em que a frequência foi aumentada.

A corrida para ter mais núcleos

Nesse limite, os fabricantes tiveram que fazer uma mudança de paradigma, e foi assim que o novo objetivo surgiu: "quanto mais núcleos, melhor ". Vamos pensar que, se o núcleo estiver encarregado de realizar as operações, aumentando o número de núcleos, podemos dobrar, triplicar… o número de operações que podem ser realizadas. Obviamente, é assim que, com dois núcleos, podemos realizar duas operações ao mesmo tempo e, com quatro, podemos executar quatro dessas operações.

Intel Pentium Extreme Edition 840

A meta estabelecida pela Intel para atingir 10 GHz com sua arquitetura NetBurst foi deixada para trás, algo que até agora não foi alcançado, pelo menos não com os sistemas de refrigeração disponíveis para usuários normais. Portanto, a melhor maneira de obter boa escalabilidade em potência e capacidade de processamento era essa, com processadores com um certo número de núcleos e também com uma certa frequência.

Processadores de núcleo duplo começaram a ser implementados, fabricando dois processadores individuais, ou muito melhor, integrando dois DIE (circuitos) em um único chip. Assim, economizando muito espaço nas placas-mãe, embora exija maior complexidade para a implementação de sua estrutura de comunicação com os outros componentes, como memória cache, barramentos, etc.

Os primeiros processadores com mais de um núcleo

Neste ponto, é bastante interessante saber quais foram os primeiros processadores multicore a aparecer no mercado. E como você pode imaginar, o início foi como sempre, para uso corporativo em servidores, e também como sempre IBM. O primeiro processador multicore foi o IBM POWER4 com dois núcleos em um único DIE e uma frequência base de 1, 1 GHz, fabricado em 2001.

Mas não foi até 2005, quando os primeiros processadores de núcleo duplo para consumo em massa dos usuários surgiram em seus computadores desktop. A Intel roubou a carteira da AMD algumas semanas antes com o Intel Pentium Extreme Edition 840 com HiperThreading, publicando posteriormente o AMD Athlon X2.

Depois disso, os fabricantes correram e começaram a introduzir núcleos indiscriminadamente, com a consequente miniaturização dos transistores. Atualmente, o processo de fabricação é baseado em transistores de apenas 7 nm implementados pela AMD em sua terceira geração Ryzen e 12 nm implementados pela Intel. Com isso, conseguimos introduzir um número maior de núcleos e circuitos no mesmo chip, aumentando assim o poder de processamento e reduzindo o consumo. De fato, temos até 32 processadores no mercado, que são os Threadrippers da AMD.

O que precisamos para tirar proveito dos núcleos de um processador

A lógica parece muito simples, insere núcleos e aumenta o número de processos simultâneos. Mas, a princípio, isso era uma verdadeira dor de cabeça para os fabricantes de hardware e, especialmente, para os criadores de software.

E é que os programas foram projetados (compilados) apenas para trabalhar com um kernel. Não apenas precisamos que um processador seja fisicamente capaz de executar várias operações simultâneas, mas também que o programa que gera essas instruções possa fazê-lo através da comunicação com cada um dos núcleos disponíveis. Até os sistemas operacionais tiveram que mudar sua arquitetura para poder usar eficientemente vários núcleos simultaneamente.

Dessa maneira, os programadores começaram a trabalhar e começaram a compilar os novos programas com suporte a vários núcleos, para que atualmente um programa seja capaz de usar com eficiência todos os núcleos disponíveis no computador. Assim, multiplicando os encadeamentos de execução pela quantidade necessária. Porque se, além dos núcleos, o conceito de thread de execução também aparecesse.

Em um processador multicore, é essencial paralelizar os processos que um programa executa, isso implica que cada núcleo consegue executar uma tarefa em paralelo com outro e consecutivamente, um após o outro. Esse método de criar tarefas diferentes simultaneamente a partir de um programa é chamado de threads de processo, threads de trabalho, threads ou simplesmente Threads em inglês. O sistema operacional e os programas devem ser capazes de criar encadeamentos de processos paralelos para aproveitar toda a energia do processador. É alto que o design de CAD, edição de vídeo ou programas funcionem muito bem, enquanto os jogos ainda têm um caminho a percorrer.

Quais são os threads de um processador? Diferenças com núcleos

HyperThreading e SMT

Como resultado acima, as tecnologias dos fabricantes de processadores aparecem. O mais famoso deles é o HyperThreading que a Intel começou a usar em seus processadores, e mais tarde a AMD o utilizaria primeiro com a tecnologia CMT e depois com a evolução para o SMT (Simultaneous Multi-Threading).

Essa tecnologia consiste na existência de dois núcleos em um, mas eles não serão núcleos reais, mas lógicos, algo que na programação é chamado de processamento de threads ou threads. Já falamos sobre isso antes. A idéia é dividir, mais uma vez, a carga de trabalho entre núcleos, segmentando cada uma das tarefas a serem executadas em encadeamentos para que sejam executadas quando um núcleo estiver livre.

Existem processadores que possuem apenas dois núcleos, por exemplo, mas possuem 4 threads graças a essas tecnologias. A Intel o utiliza principalmente em seus processadores Intel Core de alto desempenho e em laptops, enquanto a AMD o implementou em toda a sua gama de processadores Ryzen.

O que é o HyperThreading?

Como saber quantos núcleos meu processador possui

Já sabemos o que são os núcleos e o que são os threads e sua importância para um processador multicore. Portanto, a última coisa que nos resta é saber quantos núcleos nosso processador possui.

Você deve saber que o Windows às vezes não diferencia entre núcleos e threads, pois eles aparecerão com o nome de núcleos ou processadores, por exemplo, na ferramenta "msiconfig". Se abrirmos o Gerenciador de Tarefas e formos para a seção de desempenho, podemos ver uma lista em que a contagem de núcleos e processadores lógicos da CPU aparece. Mas os gráficos que serão mostrados para nós serão diretamente os dos núcleos lógicos, exatamente como os que aparecem no Monitor de desempenho, se o abrirmos.

Como saber quantos núcleos meu processador possui

Conclusão e links interessantes

Chegamos ao fim e esperamos ter explicado dignamente o que é um processador multicore e os conceitos mais importantes relacionados ao assunto. Atualmente, existem monstros reais com até 32 núcleos e 64 threads. Porém, para que um processador seja eficaz, é importante não apenas o número de núcleos e sua frequência, mas também como ele é construído, a eficiência de seus barramentos de dados e a comunicação e a maneira de trabalhar de seus núcleos, e aqui a Intel segue uma passo à frente da AMD. Em breve, veremos o novo Ryzen 3000s que promete superar os mais poderosos processadores de desktop da Intel; portanto, fique atento às nossas análises.

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