Processador ou CPU - todas as informações que você precisa saber

Todo fã de computadores e jogos precisa conhecer o hardware interno de seu PC, especialmente o processador. O elemento central da nossa equipe, sem ele, não poderíamos fazer nada. Neste artigo, apresentamos todos os conceitos mais importantes sobre o processador, para que você tenha uma idéia geral sobre seu uso, peças, modelos, histórico e conceitos importantes.

Índice de conteúdo

O que é um processador

O processador ou CPU (Central Processing Unit) é um componente eletrônico na forma de um chip de silício que está dentro de um computador, instalado especificamente na placa-mãe através de um soquete ou soquete.

O processador é o elemento encarregado de realizar todos os cálculos aritméticos lógicos gerados pelos programas e pelo sistema operacional alojado no disco rígido ou no armazenamento central. A CPU segue as instruções da memória RAM para processá-las e, em seguida, envia a resposta de volta à memória RAM, criando assim um fluxo de trabalho com o qual o usuário pode interagir.

O primeiro microprocessador baseado em transistor semicondutor foi o Intel 4004, em 1971, que podia trabalhar com 4 bits de cada vez (cadeias de 4 zeros e uns) para adicionar e subtrair. Esta CPU está longe dos 64 bits que os processadores atuais podem suportar. Mas é que antes disso, tínhamos enormes salas cheias de tubos de vácuo que serviam como transistores, como o ENIAC.

Como um processador funciona

Arquitetura do processador

Um elemento muito importante que precisamos conhecer sobre um processador é sua arquitetura e seu processo de fabricação. São conceitos mais orientados à forma como são fabricados fisicamente, mas estabelecem as diretrizes para o mercado e esse é outro elemento do marketing.

A arquitetura de um processador é basicamente a estrutura interna que esse elemento possui. Não estamos falando sobre a forma e o tamanho, mas como estão localizadas as diferentes unidades lógicas e físicas que compõem um processador, estamos falando sobre a ULA, registros, unidade de controle etc. Nesse sentido, atualmente existem dois tipos de arquitetura: CISC e RISC, duas maneiras de trabalhar com base na arquitetura de Von Neuman, a pessoa que inventou o microprocessador digital em 1945.

Embora seja verdade que arquitetura não significa apenas isso, uma vez que atualmente os fabricantes preferem o conceito com interesse comercial, para definir as diferentes gerações de seus processadores. Mas uma coisa que devemos ter em mente é que todos os processadores de desktop atuais são baseados na arquitetura CISC ou x86. O que acontece é que os fabricantes fazem pequenas modificações nessa arquitetura incorporando elementos como mais núcleos, controladores de memória, barramentos internos, memória cache de diferentes níveis, etc. É assim que ouvimos denominações como Coffee Lake, Skylake, Zen, Zen 2, etc. Vamos ver o que é isso.

Processo de fabricação

Por outro lado, temos o que é chamado de processo de fabricação, que é basicamente o tamanho dos transistores que compõem o processador. Desde as válvulas de vácuo dos primeiros computadores até os transistores FinFET atuais, fabricados pela TSMC e pela Global Foundries com apenas alguns nanômetros, a evolução tem sido incompreensível.

Um processador é composto de transistores, as menores unidades encontradas dentro. Um transistor é um elemento que permite ou não permite que a corrente passe, 0 (sem corrente), 1 (corrente). Atualmente, um deles mede 14nm ou 7nm (1nm = 0, 00000001m). Os transistores criam portas lógicas e as portas lógicas criam circuitos integrados capazes de executar diferentes funções.

Principais fabricantes de processadores para desktop

Estes são os elementos básicos para entender como os processadores foram desenvolvidos ao longo da história até hoje. Examinaremos o mais importante e não devemos esquecer os fabricantes, que são Intel e AMD, líderes indiscutíveis dos computadores pessoais atuais.

É claro que existem outros fabricantes, como a IBM, o mais importante de todos por ser praticamente o criador do processador e a referência em tecnologia. Outros, como a Qualcomm, criaram um nicho no mercado praticamente monopolizando a fabricação de processadores para Smartphone. Em breve, isso poderá mudar para computadores pessoais, então prepare Intel e AMD porque seus processadores são maravilhosos.

Evolução dos processadores Intel

Então, vamos revisar os principais marcos históricos da Intel Corporation, a gigante azul, a maior empresa que sempre liderou as vendas de processadores e outros componentes para PC.

• Intel 4004 Intel 8008, 8080 e 8086 Intel 286, 386 e 486 Intel Pentium A era de vários núcleos: Pentium D e Core 2 Quad A era do Core iX

Comercializado em 1971, foi o primeiro microprocessador construído em um único chip e para uso não industrial. Este processador foi montado em um pacote de 16 pinos CERDIP (uma barata de toda a vida). Foi construído com 2.300 transistores de 10.000 nm e tinha uma largura de barramento de 4 bits.

O 4004 foi apenas o começo da jornada da Intel em computadores pessoais, que na época eram monopolizados pela IBM. Foi entre 1972 e 1978 que a Intel fez uma mudança de filosofia na empresa para se dedicar inteiramente à construção de processadores para computadores.

Depois que 4004 chegou o 8008, um processador ainda com encapsulamento DIP de 18 pinos que aumentou sua frequência para 0, 5 MHz e também a contagem de transistores para 3.500. Depois disso, o Intel 8080 aumentou a largura do barramento para 8 bits e uma frequência não inferior a 2 MHz no encapsulamento DIP de 40 pinos. É considerado o primeiro processador verdadeiramente útil capaz de processar gráficos em máquinas como o Altair 8800m ou o IMSAI 8080.

O 8086 é um microprocessador de referência por ser o primeiro a adotar o conjunto de instruções e arquitetura x86, em vigor até o momento. Uma CPU de 16 bits, dez vezes mais poderosa que 4004.

É nesses modelos que o fabricante começou a usar um soquete PGA com um chip quadrado. E sua inovação está em poder executar programas de linha de comando. O 386 foi o primeiro processador multitarefa da história, com um barramento de 32 bits, o que certamente soa muito mais para você.

Chegamos ao Intel 486 lançado em 1989, que também é muito importante por ser um processador que implementou uma unidade de ponto flutuante e memória cache. O que significa isto? Bem, agora os computadores evoluíram da linha de comando para serem usados ​​através de uma interface gráfica.

Finalmente chegamos à era dos Pentiums, onde temos algumas gerações até o Pentium 4 como uma versão para computadores desktop e o Pentium M para computadores portáteis. Digamos que fosse 80586, mas a Intel mudou seu nome para poder licenciar sua patente e para outros fabricantes como a AMD pararem de copiar seus processadores.

Esses processadores baixaram os 1000 nm pela primeira vez em seu processo de fabricação. Eles se estenderam pelos anos entre 1993 e 2002, com o Itanium 2 como um processador criado para servidores e usando um barramento de 64 bits pela primeira vez. Esses Pentiums já eram puramente orientados a desktops e podiam ser usados ​​na renderização multimídia sem problemas, com o lendário Windows 98, ME e XP.

O Pentium 4 já usava um conjunto de instruções direcionadas inteiramente a multimídia como MMX, SSE, SSE2 e SSE3, em sua microarquitetura chamada NetBurst. Da mesma forma, foi um dos primeiros processadores a atingir uma frequência de trabalho superior a 1 GHz, especificamente 1, 5 GHz, razão pela qual os dissipadores de calor de alto desempenho e grandes apareceram mesmo em modelos personalizados.

E então chegamos à era dos processadores multinúcleo. Agora, poderíamos não apenas executar uma instrução em cada ciclo do relógio, mas duas simultaneamente. O Pentium D consiste basicamente de um chip com dois Pentium 4s colocados no mesmo pacote. Dessa maneira, também foi reinventado o conceito de FSB (Front-Side Bus), que servia para a CPU se comunicar com o chipset ou ponte norte, agora também usada para comunicar os dois núcleos.

Depois dos dois, os 4 núcleos chegaram em 2006 sob o soquete LGA 775, muito mais atual e que ainda podemos ver em alguns computadores. Todos eles já adotaram uma arquitetura x86 de 64 bits para seus quatro núcleos, com um processo de fabricação iniciando em 65 nm e depois em 45 nm.

Então chegamos aos nossos dias, onde o gigante adotou uma nova nomenclatura para seus processadores multicore e multithread. Após o Core 2 Duo e o Core 2 Quad, a nova arquitetura Nehalem foi adotada em 2008, onde as CPUs foram divididas em i3 (baixo desempenho), i5 (médio porte) e i7 (processadores de alto desempenho).

A partir daqui, os núcleos e a memória cache usavam o BSB (Back-Side Bus) ou back bus para se comunicar, e também o controlador de memória DDR3 foi introduzido dentro do próprio chip. O barramento frontal também evoluiu para o padrão PCI Express, capaz de fornecer fluxo de dados bidirecional entre periféricos e placas de expansão e CPUs.

A segunda geração do Intel Core adotou o nome Sandy Bridge em 2011 com um processo de fabricação de 32 nm e uma contagem de 2, 4 e até 6 núcleos. Esses processadores oferecem suporte às tecnologias de multithreading HyperThreading e aumento de frequência dinâmica Turbo Boost, dependendo da variedade de processadores no mercado. Todos esses processadores possuem gráficos integrados e suportam 1600 MHz DDR3 RAM.

Logo após, em 2012 , foi apresentada a 3ª geração chamada Ivy Bridge, reduzindo o tamanho dos transistores para 22 nm. Eles não apenas diminuíram, mas tornaram-se 3D ou Tri-Gate, que diminuíram o consumo em até 50% em comparação com os anteriores, oferecendo o mesmo desempenho. Esta CPU oferece suporte ao PCI Express 3.0 e é montada nos soquetes LGA 1155 para a gama de desktops e 2011 na gama de estações de trabalho.

A quarta e a quinta geração são chamadas Haswell e Broadwell, respectivamente, e também não foram exatamente uma revolução da geração anterior. Os Haswells compartilharam um processo de fabricação com Ivy bridge e DDR3 RAM. Sim, o suporte ao Thunderbolt foi introduzido e um novo design de cache foi criado . Processadores com até 8 núcleos também foram introduzidos. O soquete 1150 continuou sendo usado, e 2011, embora essas CPUs não sejam compatíveis com a geração anterior. Em relação aos Broadwells, eles foram os primeiros processadores a cair a 14 nm e, nesse caso, eram compatíveis com o soquete LGA 1150 da Haswell.

Chegamos ao fim com as 6ª e 7ª gerações da Intel, denominadas Skylake e Kaby Lake com um processo de fabricação de 14 nm e adotando um novo soquete LGA 1151 compatível para as duas gerações. Nessas duas arquiteturas, o suporte já era oferecido para DDR4, o barramento DMI 3.0 e o Thunderbol 3.0. Da mesma forma, os gráficos integrados aumentaram de nível, sendo compatíveis com DirectX 12 e OpenGL 4.6 e resolução de 4K a 60 Hz. Enquanto isso, Kaby Lake chegou em 2017 com melhorias nas frequências de clock dos processadores e suporte para USB 3.1 Gen2 e HDCP 2.2.

Evolução dos processadores AMD

Outro dos fabricantes que somos obrigados a conhecer é a AMD (Advanced Micro Devices), a eterna rival da Intel e que quase sempre ficou para trás da primeira até a chegada do Ryzen 3000 hoje. Veremos mais adiante, então vamos revisar um pouco a história dos processadores AMD.

• Chegaram AMD 9080 e AMD 386 AMD K5, K6 e K7 AMD K8 e Athlon 64 X2 AMD Phenom AMD Llano e Bulldozer AMD Ryzen

A jornada da AMD basicamente começa com esse processador, que nada mais é do que uma cópia do 8080 da Intel. De fato, o fabricante assinou um contrato com a Intel para poder fabricar processadores com arquitetura x86 de propriedade da Intel. O próximo salto foi o AMD 29K, que oferece drives gráficos e memórias EPROM para suas criações. Mas logo depois, a AMD decidiu competir diretamente com a Intel oferecendo processadores compatíveis entre si para computadores pessoais e servidores.

Mas é claro que esse acordo para criar "cópias" dos processadores Intel começou a ser um problema assim que a AMD se tornou uma verdadeira concorrência da Intel. Após várias disputas legais, vencidas pela AMD, o contrato foi quebrado com a Intel 386, e já sabemos o motivo pelo qual a Intel foi renomeada Pentium, registrando a patente.

A partir daqui, a AMD não teve escolha senão criar processadores completamente independentes e que não eram apenas cópias. O engraçado é que o primeiro processador independente da AMD foi o Am386, que obviamente lutou com o 80386 da Intel.

Agora sim, a AMD começou a encontrar seu próprio caminho nessa guerra tecnológica com processadores fabricados por ele a partir do zero. De fato, foi com o K7 que a compatibilidade entre os dois fabricantes desapareceu e, consequentemente, a AMD criou suas próprias placas e seu próprio soquete, chamado Socket A. Nele, os novos AMD Athlon e Athlon XP foram instalados em 2003.

A AMD foi o primeiro fabricante a implementar a extensão de 64 bits em um processador de desktop, sim, antes da Intel. Veja o destino, que agora seria a Intel para adotar ou copiar a extensão x64 para a AMD em seus processadores.

Mas isso não parou por aqui, já que a AMD também conseguiu comercializar um processador de núcleo duplo antes da Intel em 2005. O gigante azul, é claro, respondeu-lhe com o Core 2 Duo que vimos antes, e a partir daqui a liderança da AMD termina.

A AMD ficou para trás devido ao salto dramático no desempenho dos processadores Intel de vários núcleos e tentou combatê-lo redesenhando a arquitetura do K8. De fato, o Phenom II lançado em 2010 tinha até 6 núcleos, mas também não seria suficiente para uma Intel liberada. Essa CPU tinha transistores de 45 nm e foi montada inicialmente em um soquete AM2 + e , posteriormente, em um soquete AM3 para oferecer compatibilidade com as memórias DDR3.

A AMD comprou a ATI, a empresa que até agora era uma rival direta da Nvidia para placas gráficas 3D. De fato, o fabricante aproveitou essa vantagem tecnológica para implementar processadores com GPU integrada muito mais poderosa do que a Intel com seu Westmere. O AMD Llano eram esses processadores, baseados na arquitetura K8L do Phenom anterior e, é claro, com as mesmas limitações.

Por esse motivo, a AMD redesenhou sua arquitetura nos novos Bulldozers, embora os resultados tenham sido muito baixos em comparação com o Intel Core. Ter mais de 4 núcleos não era um benefício, pois o software da época ainda era muito verde em seu gerenciamento de multithreading. Eles usaram um processo de fabricação de 32 nm com recursos de cache L1 e L2 compartilhados.

Após o fracasso da AMD com a arquitetura anterior, Jim Keller, o criador da arquitetura K8, mais uma vez revolucionou a marca com a chamada arquitetura Zen ou Summit Ridge. Os transistores caíram para 14 nm, assim como a Intel, e ficaram muito mais poderosos e com um ICP mais alto que os Bulldozers fracos.

Algumas das tecnologias mais identificadoras desses novos processadores foram: o AMD Precision Boost, que aumentou automaticamente a voltagem e a frequência das CPUs. Ou a tecnologia XFR, na qual todos os Ryzen estão com overclock com seu multiplicador desbloqueado. Essas CPUs começaram a ser montadas no soquete PGA AM4, que continua até hoje.

De fato, a evolução dessa arquitetura Zen foi o Zen +, na qual a AMD avançou na Intel implementando transistores de 12nm. Esses processadores aumentaram seu desempenho com frequências mais altas com menor consumo. Graças a um barramento interno Infinity Fabric, a latência entre as transações de CPU e RAM foi dramaticamente aprimorada para competir quase frente a frente com a Intel.

Processadores atuais Intel e AMD

Chegamos aos dias de hoje para nos concentrarmos nas arquiteturas nas quais os dois fabricantes estão trabalhando. Não dizemos que é obrigatório comprar um desses, mas eles certamente são o presente e também o futuro próximo de qualquer usuário que queira montar um PC atualizado para jogos.

Intel Coffee Lake e entrada em 10nm

Atualmente, a Intel está na 9ª geração de processadores para desktop, laptop e estação de trabalho. A 8ª (Coffee Lake) e a 9ª geração (Coffee Lake Refresh) continuam com transistores de 14 nm e um soquete LGA 1151, embora não seja compatível com as gerações anteriores.

Essa geração basicamente aumenta a contagem de núcleos em 2 para cada família, agora com um i3 de 4 núcleos em vez de 2, um i5 de 6 núcleos e um i7 de 8 núcleos. A contagem de faixas do PCIe 3.0 sobe para 24, suportando até 6 portas 3.1 e também 128 GB de RAM DDR4. A tecnologia HyperThreading foi ativada apenas em processadores denominados i9, como processadores de alto desempenho de 8 núcleos, 16 threads e processadores de notebook.

Nesta geração, há também o Intel Pentium Gold G5000, orientado para estações multimídia com 2 núcleos e 4 threads, e o Intel Celeron, o mais básico com núcleos duplos e para MiniPC e multimídia. Todos os processadores desta geração integraram gráficos UHD 630, exceto a denominação F em sua nomenclatura.

Em relação à 10ª geração, existem poucas confirmações, embora seja esperado que as novas CPUs Ice Lake venham com suas especificações para laptops, e não com as de desktops. Os dados dizem que o CPI por núcleo será aumentado em até 18% em comparação com a Skylake. Haverá um total de 6 novos subconjuntos de instruções e eles serão compatíveis com IA e técnicas de aprendizado profundo. A GPU integrada também é nivelada até a 11ª geração e é capaz de transmitir conteúdo em 4K a 120Hz. Finalmente, teremos suporte integrado com Wi-Fi 6 e memória RAM de até 3200 MHz.

AMD Ryzen 3000 e a arquitetura Zen 3 já planejada

A AMD lançou neste 2019 a arquitetura Zen 2 ou Matisse e não apenas avançou a Intel no processo de fabricação, mas também no desempenho puro de seus processadores de desktop. O novo Ryzen é construído em transistores TSMC de 7 nm e conta de 4 núcleos Ryzen 3 a 16 núcleos Ryzen 9 9350X. Todos eles implementam a tecnologia multithreading AMD SMT e têm seu multiplicador desbloqueado. A atualização do AGESA 1.0.0.3 ABBA BIOS foi lançada recentemente para corrigir os problemas que esses processadores precisam para atingir a frequência máxima de estoque.

Suas inovações não chegam apenas aqui, pois suportam o novo padrão PCI Express 4.0 e Wi-Fi 6, sendo CPUs com até 24 pistas PCIe. O aumento médio do ICP em relação ao Zen + foi de 13% graças a uma frequência base mais alta e a melhorias no barramento Infinty Fabric. Essa arquitetura é baseada em chiplets ou blocos físicos nos quais existem 8 núcleos por unidade, juntamente com outro módulo sempre presente para o controlador de memória. Dessa maneira, o fabricante desativa ou ativa um certo número de núcleos para formar seus diferentes modelos.

Em 2020, está prevista uma atualização para o Zen 3 em seus processadores Ryzen, com os quais o fabricante deseja melhorar a eficiência e o desempenho do seu AMD Ryzen. Foi alegado que o design de sua arquitetura já está completo e tudo o que resta é dar luz verde para iniciar o processo de produção.

Eles serão baseados em 7 nm novamente, mas permitindo até 20% mais densidade de transistor do que os chips atuais. A linha EPYC de processadores WorkStation seria a primeira a ser trabalhada, com processadores com 64 núcleos e 128 threads de processamento.

Peças que devemos saber sobre um processador

Após esse banquete de informações que deixamos como leitura opcional e como base para saber onde estamos hoje, é hora de entrar em mais detalhes sobre os conceitos que devemos saber sobre um processador.

Primeiro, tentaremos explicar a estrutura e os elementos mais importantes de uma CPU para o usuário. Esse será o dia-a-dia de um usuário interessado em conhecer um pouco mais sobre esse hardware.

Os núcleos de um processador

Os núcleos são as entidades de processamento de informações. Os elementos formados pelos elementos básicos da arquitetura x86, como a Unidade de controle (UC), o decodificador de instruções (DI), a unidade aritmética (ALU), a unidade de ponto flutuante (FPU) e a pilha de instruções (PI).

Cada um desses núcleos é composto exatamente pelos mesmos componentes internos, e cada um deles é capaz de realizar uma operação em cada ciclo de instrução. Esse ciclo mede em frequência ou Hertz (Hz), quanto mais Hz, mais instruções podem ser executadas por segundo e quanto mais núcleos, mais operações podem ser realizadas ao mesmo tempo.

Hoje, fabricantes como a AMD implementam esses núcleos em blocos de silício, Chiplets ou CCX de maneira modular. Com esse sistema, é alcançada uma melhor escalabilidade na construção de um processador, uma vez que se trata de colocar chiplets até que o número desejado seja alcançado, com 8 núcleos para cada elemento. Além disso, é possível ativar ou desativar cada núcleo para atingir a contagem desejada. Enquanto isso, a Intel ainda reúne todos os núcleos em um único silício.

É errado ativar todos os núcleos do processador? Recomendações e como desativá-las

Turbo Boost e Precision Boost Overdrive

São os sistemas que usam Intel e AMD, respectivamente, para controlar a voltagem de seus processadores de maneira ativa e inteligente. Isso lhes permite aumentar a frequência do trabalho quando, como se fosse um overclock automático, para que a CPU tenha um desempenho melhor quando confrontada com uma grande carga de tarefas.

Esse sistema ajuda a melhorar a eficiência térmica e o consumo dos processadores atuais ou a poder variar sua frequência quando necessário.

Processando threads

Mas é claro, não temos apenas núcleos, também existem threads de processamento. Normalmente, nós os vemos representados nas especificações como Núcleos X / Threads X ou diretamente XC / X T. Por exemplo, um Intel Core i9-9900K possui 8C / 16T, enquanto um i5 9400 possui 6C / 6T.

O termo Thread vem de Subprocess, e não é algo que faz parte fisicamente do processador, que sua funcionalidade é puramente lógica e é feita através do conjunto de instruções do processador em questão.

Ele pode ser definido como o fluxo de controle de dados de um programa (um programa é composto de instruções ou processos), que permite gerenciar as tarefas de um processador, dividindo-as em partes menores chamadas threads. Isso é para otimizar os tempos de espera para cada instrução na fila de processos.

Vamos entender da seguinte maneira: existem tarefas mais difíceis do que outras, por isso levará um kernel mais ou menos tempo para concluir uma tarefa. Com os threads, o que é feito é dividir essa tarefa em algo mais simples, para que cada peça seja processada pelo primeiro núcleo livre que encontramos. O resultado é sempre manter os núcleos sempre ocupados, para que não haja tempo de inatividade.

Quais são os threads de um processador? Diferenças com núcleos

Tecnologias multithreading

Por que vemos em alguns casos que existe o mesmo número de núcleos que existem threads e em outros não? Bem, isso se deve às tecnologias de multithreading que os fabricantes implementaram em seus processadores.

Quando uma CPU possui o dobro de threads que os núcleos, essa tecnologia é implementada nela. Basicamente, é a maneira de executar o conceito que vimos antes, dividindo um núcleo em dois fios ou "núcleos lógicos" para dividir tarefas. Essa divisão é sempre feita em dois threads por núcleo e não mais, digamos que é o limite atual com o qual os programas podem trabalhar.

A tecnologia da Intel é chamada HyperThreading, enquanto a da AMD é chamada SMT (Simultaneous Multithreading). Para fins práticos, ambas as tecnologias funcionam da mesma forma e, em nossa equipe, podemos vê-las como núcleos reais, por exemplo, se renderizarmos uma foto. Um processador com a mesma velocidade é mais rápido se tiver 8 núcleos físicos do que se tivesse 8 núcleos lógicos.

O que é o HyperThreading? Mais detalhes

O cache é importante?

De fato, é o segundo elemento mais importante de um processador. A memória cache é muito mais rápida que a RAM e está diretamente integrada ao processador. Enquanto uma RAM DDR4 de 3600 MHz pode atingir 50.000 MB / s na leitura, um cache L3 pode atingir 570 GB / s, um L2 a 790 GB / s e um L1 a 1600 GB / s. Figuras completamente insanas registradas nos nevos Ryzen 3000.

Essa memória é do tipo SRAM (RAM estática), rápida e cara, enquanto a usada na RAM é DRAM (RAM dinâmica), lenta e barata, pois precisa constantemente de um sinal de atualização. No cache, os dados que serão usados ​​imediatamente pelo processador são armazenados, eliminando assim a espera se retirarmos os dados da RAM e otimizarmos o tempo de processamento. Nos processadores AMD e Intel, existem três níveis de memória cache:

• L1: É o mais próximo dos núcleos da CPU, o menor e o mais rápido. Com latências inferiores a 1 ns, essa memória está atualmente dividida em duas, a L1I (instruções) e a L1D (dados). Tanto na 9ª geração do Intel Core quanto no Ryzen 3000, eles têm 32 KB em cada caso e cada núcleo tem o seu. L2: L2 é o próximo, com latências em torno de 3 ns, também é atribuído independentemente em cada núcleo. As CPUs Intel têm 256 KB, enquanto a Ryzen tem 512 KB. L3: Essa é a maior memória dos três e é alocada de forma compartilhada nos núcleos, normalmente em grupos de 4 núcleos.

A ponte norte agora dentro das CPUs

A ponte norte de um processador ou placa-mãe tem a função de conectar a memória RAM à CPU. Atualmente, os dois fabricantes implementam esse controlador de memória ou PCH (Platform Conroller Hub) dentro da própria CPU, por exemplo, em um silício separado, como acontece na CPU baseada em chiplets.

Essa é uma maneira de aumentar significativamente a velocidade das transações de informações e simplificar os barramentos existentes nas placas-mãe, permanecendo apenas com a ponte sul denominada chipset. Este chipset é dedicado ao roteamento de dados de discos rígidos, periféricos e alguns slots PCIe. Os processadores de desktop e laptop de ponta são capazes de rotear até 128 GB de RAM de canal duplo a uma taxa de 3200 MHz nativa (4800 MHz com perfis JEDEC com o XMP ativado). Este barramento se divide em dois:

• Barramento de dados: carrega os dados e instruções dos programas Barramento de endereços: os endereços das células onde os dados são armazenados circulam através dele.

Além do próprio controlador de memória, os núcleos também precisam usar outro barramento para se comunicar e com a memória cache, chamada BSB ou Back-Side Bus. O que a AMD usa em sua arquitetura Zen 2 é chamado Infinity Fabric, o que é capaz de trabalhar em 5100 MHz, enquanto a Intel é chamada de Intel Ring Bus.

O que é o cache L1, L2 e L3 e como ele funciona?

IGP ou gráficos integrados

Outro elemento que cobra bastante importante, não tanto nos processadores voltados para jogos, mas nos menos poderosos, são os gráficos integrados. Atualmente, a maioria dos processadores existentes possui vários núcleos destinados a trabalhar exclusivamente com gráficos e texturas. Intel, AMD e outros fabricantes, como Qualcomm com seu Adreno para Smartphone, ou Realtek para Smart TV e NAS possuem esses núcleos. Chamamos esse tipo de processador de APU (Accelerated Processor Unit)

O motivo é simples: separar esse trabalho árduo do restante das tarefas típicas de um programa, pois elas são muito mais pesadas e lentas se um barramento de maior capacidade, por exemplo, 128 bits não for usado nas APUs. Como núcleos normais, eles podem ser medidos em quantidade e na frequência com que trabalham. Mas eles também têm outro componente, como as unidades de sombreamento. E outras medidas, como TMUs (unidades de texturização) e ROPs (unidades de renderização). Todos eles nos ajudarão a identificar o poder gráfico do conjunto.

Os IGPs atualmente usados ​​pela Intel e AMD são os seguintes:

• AMD Radeon RX Vega 11: É a especificação mais poderosa e usada nos processadores Ryzen 5 2400 e 3400 de 1ª e 2ª geração. São um total de 11 núcleos Raven Ridge com arquitetura GNC 5.0, trabalhando no máximo em 1400 MHz. Eles têm no máximo 704 unidades de shader, 44 TMUs e 8 ROPs. AMD Radeon Vega 8: é a especificação mais baixa do que as anteriores, com 8 núcleos e funcionando a uma frequência de 1100 MHz, com 512 unidades de sombreamento, 32 TMUs e 8 ROPs. Eles são montados nas Ryzen 3 2200 e 3200. Intel Iris Plus 655: esses gráficos integrados são implementados nos processadores Intel Core de 8ª geração da faixa U ​​(baixo consumo) para laptops e são capazes de atingir 1150 MHz, com 384 unidades de sombreamento, 48 TMUs e 6 ROPs. Seu desempenho é semelhante aos anteriores. Intel UHD Graphic 630/620 - Estes são os gráficos incorporados em todas as CPUs de 8a e 9a gerações de desktop que não carregam o F em seu nome. Eles são gráficos mais baixos do que o Vega 11 que é renderizado em 1200 MHz, com 192 unidades de sombreamento, 24 TMUs e 3 ROPs.

O soquete de um processador

Agora, saímos de quais são os componentes de uma CPU para ver onde devemos conectá-la. Obviamente, é o soquete, um grande conector localizado na placa-mãe e equipado com centenas de pinos que farão contato com a CPU para transferir energia e dados para o processo.

Como sempre, cada fabricante tem seus próprios soquetes e também pode ser de vários tipos:

• LGA: Land Grid Array, que possui os pinos instalados diretamente no soquete da placa e a CPU possui apenas os contatos planos. Ele permite maior densidade de conexão e é usado pela Intel. Os soquetes atuais são o LGA 1151 para CPUs de desktop e LGA 2066 para CPUs orientadas a estações de trabalho. Também é usado pela AMD para seus Threadrippers denominados em TR4. PGA: Pin Grid Array, exatamente o oposto, agora os pinos estão na própria CPU e o soquete possui furos. Ele ainda é usado pela AMD para todo o seu desktop Ryzen com o nome BGA: Ball Grid Array, basicamente é um soquete no qual o processador é soldado diretamente. É usado em laptops de nova geração, tanto da AMD quanto da Intel.

Dissipadores de calor e IHS

O IHS (Integrated Heat Spreader) é o pacote que possui um processador na parte superior. Basicamente, é uma placa quadrada construída em alumínio que é colada ao substrato ou PCB da CPU e, por sua vez, ao DIE ou silicone interno. Sua função é transferir calor para o dissipador de calor e também atuar como uma capa de proteção. Eles podem ser soldados diretamente ao DIE ou colados com pasta térmica.

Os processadores são elementos que trabalham com uma frequência muito alta; portanto, eles precisarão de um dissipador de calor que capte esse calor e o expulse para o ambiente com a ajuda de um ou dois ventiladores. A maioria das CPUs vem com um estoque mais ou menos ruim, embora os melhores sejam da AMD. De fato, temos modelos baseados no desempenho da CPU:

• Wrait Stealth: o menor, embora ainda maior que o da Intel, para Ryzen 3 e 5 sem denominação X Intel: não tem nome e é um pequeno dissipador de calor de alumínio com um ventilador muito barulhento que aparece em quase todos os seus processadores, exceto o i9. Este dissipador de calor permaneceu inalterado desde o Core 2 Duo. Wraith Spire - Medium, com um bloco de alumínio mais alto e uma ventoinha de 85 mm. Para Ryzen 5 e 7 com designação X. Prisma Wrait: O modelo superior, que incorpora um bloco de dois níveis e tubos de calor de cobre para aumentar o desempenho. É trazido pelo Ryzen 7 2700X e 9 3900X e 3950X. Wraith Ripper: É um dissipador de torre feito pela Cooler Master para Threadrippers.

Dissipador de calor do processador: o que são? Dicas e recomendações

Além desses, existem muitos fabricantes que têm seus próprios modelos personalizados compatíveis com os soquetes que vimos. Da mesma forma, temos sistemas de refrigeração líquida que oferecem desempenho superior aos dissipadores de calor da torre. Para processadores de ponta, recomendamos o uso de um desses sistemas de 240 mm (duas ventoinhas) ou 360 mm (três ventoinhas).

Conceitos mais importantes de uma CPU

Agora vamos ver outros conceitos também relacionados ao processador que serão importantes para o usuário. Não se trata de estrutura interna, mas de tecnologias ou procedimentos executados nelas para medir ou melhorar seu desempenho.

Como medir o desempenho: o que é uma referência

Quando compramos um novo processador, sempre gostamos de ver até onde ele pode ir e poder comprá-lo com outros processadores ou mesmo com outros usuários. Esses testes são chamados de benchmarks e são testes de estresse aos quais um processador está sujeito a fornecer uma determinada pontuação com base em seu desempenho.

Existem programas como o Cinebench (pontuação de renderização), wPrime (tempo de execução de uma tarefa), o programa de design do Blender (tempo de renderização), 3DMark (desempenho de jogos) etc. são responsáveis ​​por fazer esses testes para que possamos compará-los com outros processadores através de uma lista publicada na rede. Quase todos eles dão sua própria pontuação calculada por meio de fatores que somente esse programa possui, portanto, não foi possível comprar uma pontuação do Cinebench com uma pontuação do 3DMark.

Temperaturas sempre sob controle para evitar a aceleração térmica

Também existem conceitos relacionados a temperaturas que todo usuário deve estar ciente, principalmente se tiver um processador caro e poderoso. Na internet, existem muitos programas capazes de medir a temperatura não apenas da CPU, mas de muitos outros componentes fornecidos com sensores. Um altamente recomendado será o HWiNFO.

Em relação à temperatura, haverá a regulagem térmica. É um sistema de proteção automática que as CPUs precisam diminuir a tensão e a energia fornecidas quando as temperaturas atingem o máximo permitido. Dessa forma, diminuímos a frequência de trabalho e também a temperatura, estabilizando o chip para que ele não queime.

Mas também os próprios fabricantes oferecem dados sobre as temperaturas de seus processadores, para que possamos encontrar alguns destes:

• TjMax: Este termo refere-se à temperatura máxima que um processador é capaz de suportar em sua matriz, ou seja, dentro de seus núcleos de processamento. Quando uma CPU se aproxima dessas temperaturas, ignora automaticamente a proteção mencionada acima, o que reduz a tensão e a potência da CPU. Temperatura de Tdie, Tjunção ou Junção: Esta temperatura é medida em tempo real por sensores colocados dentro dos núcleos. Ele nunca excederá o TjMax, pois o sistema de proteção atuará mais cedo. TCase: é a temperatura medida no IHS do processador, ou seja, em seu encapsulamento, que sempre será diferente da que está marcada dentro do núcleo da CPU. Pacote: é uma média da temperatura Tunion de todos os núcleos de a cpu

Delidding

O delid ou delidding é uma prática que é realizada para melhorar as temperaturas da CPU. Consiste em remover o IHS do processador para expor os diferentes silícios instalados. E se não for possível removê-lo porque é soldado, poliremos sua superfície ao máximo. Isso é feito para melhorar ao máximo a transferência de calor, colocando diretamente pasta térmica de metal líquido nesses DIEs e colocando o dissipador de calor em cima.

O que ganhamos fazendo isso? Bem, eliminamos ou levamos à sua expressão mínima a espessura extra que o IHS nos fornece para que o calor passe diretamente para o dissipador de calor sem etapas intermediárias. Tanto a pasta quanto o IHS são elementos com resistência ao calor, portanto, eliminando-os e colocando metal líquido, podemos reduzir as temperaturas para 20 ° C com overclock. Em alguns casos, não é uma tarefa fácil, pois o IHS é soldado diretamente ao DIE, portanto, não há outra opção senão lixá-lo em vez de retirá-lo.

O próximo nível seria colocar um sistema de resfriamento de nitrogênio líquido, reservado apenas para configurações de laboratório. Embora, é claro, sempre possamos criar nosso sistema com um motor de geladeira que contenha hélio ou derivados.

Overclocking e undervolting no processador

Intimamente relacionado ao acima, está o overclock, uma técnica na qual a tensão da CPU é aumentada e o multiplicador é modificado para aumentar sua frequência operacional. Mas não estamos falando de frequências que vêm nas especificações, como o modo turbo, mas de registros que excedem as estabelecidas pelo fabricante. Não se perde para ninguém que isso representa um risco para a estabilidade e a integridade do processador.

Para fazer overclock, primeiro precisamos de uma CPU com o multiplicador desbloqueado e, em seguida, de uma placa-mãe com chipset que permita esse tipo de ação. Todos os AMD Ryzen são suscetíveis a overclock, assim como os processadores Intel denominados em K. Da mesma forma, os chipsets AMD B450, X470 e X570 suportam essa prática, assim como as séries Intel X e Z também.

O overclock também pode ser feito aumentando a frequência do relógio base ou do BCLK. É o relógio principal da placa-mãe que controla praticamente todos os componentes, como CPU, RAM, PCIe e Chipset. Se aumentarmos esse relógio, aumentaremos a frequência de outros componentes que ainda têm o multiplicador bloqueado, embora traga ainda mais riscos e seja um método muito instável.

Undervolting, por outro lado, é exatamente o oposto, diminuindo a tensão para impedir que um processador faça regulagem térmica. É uma prática usada em laptops ou placas gráficas com sistemas de refrigeração ineficazes.

Os melhores processadores para desktop, jogos e estação de trabalho

Uma referência ao nosso guia com os melhores processadores do mercado não poderia faltar neste artigo . Nele, colocamos os modelos Intel e AMD que consideramos melhores nas diferentes faixas existentes. Não apenas jogos, mas também equipamentos multimídia e até Workstation. Sempre o mantemos atualizado e com links de compra direta.

Conclusão sobre o processador

Você não pode reclamar que este artigo não aprende nada, pois analisamos a história dos dois principais fabricantes e de suas arquiteturas completamente. Além disso, revisamos as diferentes partes de uma CPU que são essenciais para conhecê-las por fora e por dentro, juntamente com alguns conceitos importantes e comumente usados ​​pela comunidade.

Convidamos você a colocar nos comentários outros conceitos importantes que ignoramos e que você considera importantes para este artigo. Sempre tentamos melhorar o máximo possível esses artigos de importância especial para a comunidade que está sendo iniciada.