Kiến thức cơ bản về CPU: Giải thích nhiều CPU, lõi và siêu phân luồng

Bộ xử lý trung tâm (CPU) trong máy tính của bạn thực hiện công việc tính toán — về cơ bản là chạy các chương trình. Nhưng các CPU hiện đại cung cấp các tính năng như nhiều lõi và siêu phân luồng. Một số PC thậm chí còn sử dụng nhiều CPU. Chúng tôi ở đây để giúp sắp xếp tất cả.

LIÊN QUAN:Tại sao bạn không thể sử dụng tốc độ xung nhịp của CPU để so sánh hiệu suất máy tính

Tốc độ xung nhịp của CPU được sử dụng là đủ khi so sánh hiệu suất. Mọi thứ không còn đơn giản nữa. Một CPU cung cấp nhiều lõi hoặc siêu phân luồng có thể hoạt động tốt hơn đáng kể so với một CPU đơn lõi có cùng tốc độ không có tính năng siêu phân luồng. Và PC có nhiều CPU có thể có lợi thế lớn hơn. Tất cả các tính năng này được thiết kế để cho phép PC dễ dàng chạy nhiều quy trình cùng lúc — tăng hiệu suất của bạn khi chạy đa nhiệm hoặc theo yêu cầu của các ứng dụng mạnh mẽ như bộ mã hóa video và trò chơi hiện đại. Vì vậy, hãy cùng xem xét từng tính năng này và ý nghĩa của chúng đối với bạn.

Siêu phân luồng

Siêu phân luồng là nỗ lực đầu tiên của Intel nhằm mang lại khả năng tính toán song song cho PC tiêu dùng. Nó ra mắt trên các CPU máy tính để bàn với Pentium 4 HT vào năm 2002. Pentium 4 của ngày chỉ có một lõi CPU duy nhất, vì vậy nó thực sự chỉ có thể thực hiện một tác vụ tại một thời điểm — ngay cả khi nó có thể chuyển đổi giữa các tác vụ đủ nhanh rằng nó có vẻ giống như đa nhiệm. Siêu phân luồng đã cố gắng bù đắp điều đó.

Một lõi CPU vật lý duy nhất với siêu phân luồng xuất hiện dưới dạng hai CPU hợp lý cho một hệ điều hành. CPU vẫn là một CPU duy nhất, vì vậy nó có một chút gian lận. Trong khi hệ điều hành nhìn thấy hai CPU cho mỗi lõi, phần cứng CPU thực tế chỉ có một bộ tài nguyên thực thi duy nhất cho mỗi lõi. CPU giả vờ rằng nó có nhiều lõi hơn so với nó và nó sử dụng logic riêng của mình để tăng tốc độ thực thi chương trình. Nói cách khác, hệ điều hành bị lừa khi nhìn thấy hai CPU cho mỗi lõi CPU thực tế.

Siêu phân luồng cho phép hai lõi CPU logic chia sẻ tài nguyên thực thi vật lý. Điều này có thể tăng tốc phần nào — nếu một CPU ảo bị đình trệ và chờ đợi, thì CPU ảo kia có thể mượn tài nguyên thực thi của nó. Siêu phân luồng có thể giúp tăng tốc hệ thống của bạn, nhưng nó không tốt bằng việc có thêm lõi thực tế.

Rất may, siêu phân luồng hiện là một “phần thưởng”. Trong khi các bộ vi xử lý tiêu dùng ban đầu với siêu phân luồng chỉ có một lõi đơn giả mạo là nhiều lõi, thì các CPU Intel hiện đại giờ đây có cả nhiều lõi và công nghệ siêu phân luồng. CPU lõi kép với siêu phân luồng xuất hiện dưới dạng bốn lõi đối với hệ điều hành của bạn, trong khi CPU lõi tứ với siêu phân luồng xuất hiện dưới dạng tám lõi. Siêu phân luồng không thể thay thế cho các lõi bổ sung, nhưng một CPU lõi kép với siêu phân luồng sẽ hoạt động tốt hơn một CPU lõi kép không có siêu phân luồng.

Nhiều lõi

Ban đầu, CPU chỉ có một lõi duy nhất. Điều đó có nghĩa là CPU vật lý có một đơn vị xử lý trung tâm duy nhất trên đó. Để tăng hiệu suất, các nhà sản xuất bổ sung thêm “lõi” hoặc đơn vị xử lý trung tâm. Một CPU lõi kép có hai đơn vị xử lý trung tâm, vì vậy nó xuất hiện trong hệ điều hành như hai CPU. Ví dụ, một CPU có hai lõi có thể chạy hai quy trình khác nhau cùng một lúc. Điều này tăng tốc hệ thống của bạn, vì máy tính của bạn có thể làm nhiều việc cùng một lúc.

Không giống như siêu phân luồng, không có thủ thuật nào ở đây - một CPU lõi kép thực sự có hai đơn vị xử lý trung tâm trên chip CPU. Một CPU lõi tứ có bốn đơn vị xử lý trung tâm, một CPU tám lõi có tám đơn vị xử lý trung tâm, v.v.

Điều này giúp cải thiện đáng kể hiệu suất trong khi vẫn giữ đơn vị CPU vật lý nhỏ để nó vừa với một ổ cắm duy nhất. Chỉ cần có một ổ cắm CPU duy nhất với một đơn vị CPU duy nhất được lắp vào nó — không phải bốn ổ cắm CPU khác nhau với bốn CPU khác nhau, mỗi ổ cắm cần nguồn, làm mát và phần cứng khác của riêng chúng. Độ trễ ít hơn vì các lõi có thể giao tiếp nhanh hơn, vì tất cả chúng đều nằm trên cùng một con chip.

Trình quản lý tác vụ của Windows cho thấy điều này khá tốt. Ví dụ ở đây, bạn có thể thấy rằng hệ thống này có một CPU (ổ cắm) thực tế và bốn lõi. Siêu phân luồng làm cho mỗi lõi giống như hai CPU đối với hệ điều hành, vì vậy nó hiển thị 8 bộ xử lý logic.

Nhiều CPU

LIÊN QUAN:Tại sao bạn không thể sử dụng tốc độ xung nhịp của CPU để so sánh hiệu suất máy tính

Hầu hết các máy tính chỉ có một CPU duy nhất. CPU đơn đó có thể có nhiều lõi hoặc công nghệ siêu phân luồng — nhưng nó vẫn chỉ là một đơn vị CPU vật lý được lắp vào một ổ cắm CPU duy nhất trên bo mạch chủ.

Trước khi các CPU siêu phân luồng và đa nhân xuất hiện, mọi người đã cố gắng tăng thêm sức mạnh xử lý cho máy tính bằng cách thêm các CPU bổ sung. Điều này yêu cầu một bo mạch chủ có nhiều ổ cắm CPU. Bo mạch chủ cũng cần phần cứng bổ sung để kết nối các ổ cắm CPU đó với RAM và các tài nguyên khác. Có rất nhiều chi phí trong kiểu thiết lập này. Sẽ có thêm độ trễ nếu các CPU cần giao tiếp với nhau, hệ thống có nhiều CPU tiêu thụ nhiều năng lượng hơn và bo mạch chủ cần nhiều ổ cắm và phần cứng hơn.

Ngày nay, các hệ thống có nhiều CPU không phổ biến đối với các PC người dùng gia đình. Ngay cả một máy tính để bàn chơi game công suất cao với nhiều cạc đồ họa thường sẽ chỉ có một CPU duy nhất. Bạn sẽ tìm thấy nhiều hệ thống CPU trong số các siêu máy tính, máy chủ và các hệ thống cao cấp tương tự cần nhiều sức mạnh xử lý số nhất có thể.

Máy tính càng có nhiều CPU hoặc lõi thì máy tính có thể làm được nhiều việc cùng lúc, giúp cải thiện hiệu suất trên hầu hết các tác vụ. Hầu hết các máy tính hiện nay đều có CPU với nhiều lõi — lựa chọn hiệu quả nhất mà chúng tôi đã thảo luận. Bạn thậm chí sẽ tìm thấy CPU có nhiều lõi trên điện thoại thông minh và máy tính bảng hiện đại. CPU Intel cũng có tính năng siêu phân luồng, đây là một phần thưởng. Một số máy tính cần lượng CPU lớn có thể có nhiều CPU, nhưng nó kém hiệu quả hơn nhiều so với âm thanh.

Tín dụng hình ảnh: lungstruck trên Flickr, Mike Babcock trên Flickr, DeclanTM trên Flickr