يتكون الحاسوب من مكونات متعددة، ولعل أهمها على الإطلاق هو CPU. اختصارًا للوحدة المركزية للمعالجة، يُعدّ CPU بمثابة دماغ الحاسوب. يتألف من مليارات الترانزستورات الدقيقة التي تعمل كمفاتيح إلكترونية، وتتحكم في تدفق التيار الكهربائي عبر دوائر معقدة.
إلى جانب تنفيذ مهام البرامج، يتولى CPU تنسيق المكونات الأخرى في الحاسوب، كـRAM (ذاكرة الوصول العشوائي)، وHDD (محرك الأقراص الصلبة)، وSSD (محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة).
ثمة عوامل عديدة تحدد أداء المعالج وكفاءته، غير أن من أكثر الموضوعات إثارةً للنقاش هي النوى مقابل الخيوط. يعتقد كثيرون أن زيادة عدد النوى تعني بالضرورة أداءً أفضل، إلا أن الأمر ليس بهذه البساطة دائمًا.
فهم الفرق بين النوى والخيوط أمر ضروري لاتخاذ القرار الصحيح عند شراء الحاسوب أو ضبط إعداداته. الهدف هو تحقيق أقصى أداء ممكن دون الإفراط في الإنفاق. والقدر المناسب من النوى والخيوط يتفاوت تفاوتًا كبيرًا بحسب طبيعة المهام التي تريد تنفيذها.
علاوة على ذلك، إن كنت تفكر في جهاز محمول كاللابتوب، فكفاءة استهلاك الطاقة أمر لا يمكن إغفاله. آخر ما تريده حين تحمل حاسوبك معك هو أن ينفد البطاريه في منتصف مهمة. اختيار CPU بكفاءة استهلاك مناسبة يقلل من خطر الوقوع في هذا الموقف.
في هذا المقال، سأشرح كل ما تحتاج معرفته عن نوى المعالجات وخيوطها، والفروق بينها، وسائر العوامل التي تؤثر في مستويات الأداء.
ما هو نواة CPU؟
النواة هي وحدة معالجة فيزيائية داخل CPU، تعمل باستقلالية لتنفيذ المهام. يمكنك تخيّل CPU كمصنع، وكل نواة فيه عامل قادر على التعامل مع المهام بمفرده. وكلما زاد عدد العمال، زادت المهام المنجزة في وقت أقصر.
تقليديًا، كان نواة CPU مصممةً لتنفيذ المهام واحدةً تلو الأخرى. وهذا ما جعل الحواسيب في بداياتها تفتقر إلى القدرة على تعدد المهام. غير أن طريقة عمل نوى CPU تغيرت تغيرًا جوهريًا مع تطور تقنيات تعدد الخيوط، وهو ما سأتناوله لاحقًا في هذا المقال.
المعالجات أحادية النواة مقابل متعددة النوى
اعتمدت الحواسيب الأولى على CPU أحادية النواة لا تعالج إلا مهمة واحدة في كل مرة. وللتمكن من تشغيل برامج متعددة في آنٍ واحد، حاول مهندسو الحواسيب توسيع اللوحة الأم وإضافة وحدات CPU متعددة معًا. إلا أن تشغيل عدة وحدات CPU بصورة مستقلة أدى إلى زمن استجابة مرتفع، وأثبت عدم جدواه من الناحية العملية.
لحل هذه المشكلة، ابتكر المهندسون المعالجات متعددة الأنوية. إذ تعمل كل نواة باستقلالية تامة، فتعالج مجموعة التعليمات الخاصة بها دون أن تؤثر على النوى الأخرى. وهذا يعني أنه كلما زاد عدد الأنوية في المعالج، زاد عدد المهام التي يمكن تنفيذها في وقت واحد.
يستهلك CPU أحادي النواة طاقةً أقل بكثير، وقد يكفي للمهام اليومية كتصفح الويب. لكن نظرًا لمحدودية أدائه، فقد بات أقل شيوعًا وقبولًا. وعلى الرغم من وجوده في بعض الأنظمة القديمة، فإن CPU أحادي النواة بات شبه متقادم في سوق اليوم.
عادةً ما تأتي الحواسيب الاستهلاكية بنواتين أو أربع أو ثماني أو 16 نواة CPU. ويبلغ الحد الأعلى لعدد الأنوية في معالجات CPU الموجهة للمستهلكين 64 نواة. أما المعالجات المخصصة لمراكز البيانات والخوادم، فيمكنها احتواء أعداد أكبر من ذلك. فمعالج AMD EPYC 9654، على سبيل المثال، يضم 96 نواة.
ما هو خيط المعالجة؟
في عالم معالجة الحواسيب، تُشير الخيط (أو خيط التنفيذ) إلى مهمة فردية أو مسار عمل يعالجه CPU. ويُعدّ كل خيط أصغر تسلسل من التعليمات المبرمجة التي يمكن لنظام التشغيل إدارتها باستقلالية. وقد يكون ذلك أي شيء، من تشغيل برنامج إلى حفظ ملف.
نوى CPU هي المسؤولة عن معالجة هذه الخيوط. في أي CPU، تستطيع كل نواة تنفيذ خيط واحد على الأقل في كل مرة. وكما أُشير سابقًا، فإن زيادة عدد الأنوية تُحسّن قدرة المعالج على تعدد المهام، وكذلك الأمر بالنسبة لزيادة عدد الخيوط.
إدراك الفروق بين قدرات الخيوط والأنوية، إلى جانب فهم دور كل منهما في CPU، يُساعدك على اتخاذ القرار الأنسب لاحتياجاتك.
ما هو تعدد الخيوط؟
كما يمكنك أن تتخيل، فإن إرسال خيط واحد فقط إلى شريحة المعالج، والانتظار حتى انتهاء المهمة قبل إرسال التالية، يستغرق وقتًا طويلًا. لذلك، طوّر مهندسو الحواسيب أساليب واستراتيجيات مختلفة لمعالجة عدد أكبر من الخيوط في وقت أقل.
الحل الأبسط والأكثر مباشرةً هو تقسيم الخيط إلى خيوط أصغر منفصلة، ثم جعل CPU يعالجها بالتوازي. يُعرف هذا الأسلوب بـ "تعدد الخيوط" (Multithreading، وهولا يُخلط بينه وبين تعدد الخيوط المتزامن أو الزمني (Simultaneous or Temporal Multithreading)). ويتفاوت مستوى تعدد الخيوط في البرنامج بين خفيف وكثيف تبعًا لطريقة تطويره.
تعود مفاهيم دمج استراتيجيات تعدد الخيوط المختلفة إلى خمسينيات القرن الماضي. غير أنه لم يكن حتى أواخر التسعينيات حين استخدمت Intel تقنيةً تُعرف بتعدد الخيوط المتزامن (SMT) لتطوير أسلوب تعدد خيوط قائم على الأجهزة لحواسيب سطح المكتب. وقد أطلقت Intel على هذه الوظيفة اسم تقنية Hyper-Threading وأدرجتها في شريحة معالج Intel Pentium 4 لسطح المكتب عام 2002.
مع Hyper-Threading من Intel، يمكن لخيطين مشاركة موارد نواة CPU ذاتها لإتمام المهام المطلوبة. بمعنى آخر، يصبح لديك عمليًا ضعف عدد "العمال" القادرين على إنجاز مهامك. غير أن كل مجموعة من العمال تتقاسم الموارد نفسها.
Hyper-Threading: المزايا والعيوب
الفائدة الرئيسية لـ Hyper-Threading أنه يرفع أداء النظام رفعًا ملحوظًا من خلال الاستفادة القصوى من موارد المعالجة المتاحة. مع ذلك، قد يظل استخدام خيط واحد الخيار الأفضل في بعض الحالات.
في معظم الحالات، ولا سيما خلال تعدد المهام اليومي، لا تعمل أنوية CPU بكامل طاقتها. وهذا يعني أن ثمة مساحة لا تزال غير مستغلة في المعالجة. يأتي Hyper-Threading ليُطلق هذه الطاقة غير المستخدمة في نواة CPU لتشغيل خيوط إضافية، مما يُتيح الاستفادة القصوى من إمكانيات CPU.
بيد أن لـ Hyper-Threading عيوبًا واضحةً إلى جانب مزاياه. أبرزها زيادة استهلاك الطاقة. فمعالجات Intel مشهورة باستنزافها الكبير لبطارية أجهزة الكمبيوتر المحمول مقارنةً بالشرائح المبنية على ARM، ويُعدّ Hyper-Threading أحد أسباب ذلك.
مع ارتفاع الطاقة المُسحوبة نحو المعالج، يُفضي Hyper-Threading إلى ارتفاع درجات الحرارة وما يُعرف بالتقنين الحراري (Thermal Throttling)، حيث يُبطئ CPU من سرعته لتجنب الارتفاع المفرط في الحرارة. فضلًا عن ذلك، تحتاج الأجهزة المحمولة المزودة بمعالجات Intel إلى أنظمة تبريد أضخم، مما قد يزيد من وزن الجهاز وحجمه زيادةً ملحوظة.
أخيرًا، نظرًا لأن تحسين الأداء مرتبط ارتباطًا وثيقًا بالتطبيق المستخدم، فإن المسؤولية تقع في نهاية المطاف على عاتق المبرمجين لتصميم تطبيقات تستفيد من تقنية Hyper-Threading. وهذا يُضاعف تحديات تطوير برامج تُعظّم الكفاءة. علاوةً على ذلك، قد لا تعمل البرامج التي لا تدعم Hyper-Threading بسلاسة في ظروف الضغط الشديد على المعالج.
مزيد من النوى أم الخيوط: أيهما أفضل؟
بما أن الأمر يعتمد اعتمادًا كبيرًا على البرامج التي تعتزم استخدامها، فليس من السهل الجزم بأيهما أهم في جميع الحالات. فزيادة عدد الأنوية تعني عمومًا توافر موارد أكثر، في حين قد تُفضي زيادة عدد الخيوط إلى تحسين تعدد المهام، وإن لم يكن ذلك دائمًا.
في البرامج ذات الخيوط الكثيفة، كثيرًا ما تُؤدي زيادة عدد الخيوط المخصصة لنواة CPU إلى تنفيذ أسرع وأكثر كفاءة. في المقابل، قد تُظهر البرامج المحسَّنة لمعمارية نواة CPU أحادية الخيط تراجعًا في الأداء عند تفعيل Hyper-Threading.
ومع ذلك، لاحظ بعض المستخدمين أن عددًا من الألعاب - القديمة منها والحديثة على حد سواء - تعمل بشكل أفضل بكثير عند تعطيل Hyper-Threading. فمستخدم على Reddit، على سبيل المثال، أفاد بأنه شهد نحو زيادة بنسبة 30% في معدل الإطارات في معظم الألعاب بعد تعطيل Hyper-Threading على Intel Core i9 CPU الخاص به.
لسنوات طويلة، هيمنت Intel على سوق CPU في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والمكتبية بفضل شرائح توفر ضعف عدد الخيوط مقارنةً بالأنوية، وذلك بتقنية Hyper-Threading. غير أن بعض المنافسين باتوا يطورون بنى CPU مختلفة أثبتت كفاءة أعلى بكثير مع الاعتماد على أنوية أحادية الخيط.
Apple Silicon على سبيل المثال سلسلة شرائح مبنية على معمارية ARM، وقد أثبتت كفاءة أعلى بكثير في استهلاك الطاقة مقارنةً بنماذج Intel في أجهزة Apple الحديثة. كذلك تحولت أجهزة Windows المحمولة الجديدة عديدة، من بينها Microsoft Surface Pro 11، إلى معالجات ARM لتحقيق عمر بطارية أطول وأداء أفضل في مهام الاستخدام اليومي. وجميع هذه الشرائح المبنية على ARM تعمل بأنوية أحادية الخيط.
في المحصلة، كثرة الخيوط لا تعني بالضرورة أداء CPU أفضل. أما كثرة الأنوية فهي العامل الأكثر تأثيراً المباشراً في قدرة المعالج على تنفيذ الأوامر المعقدة وكثيفة الموارد.
ما العوامل الأخرى التي تحدد أداء CPU؟
تناولنا الفرق بين أنوية المعالج وخيوطه في أجهزة الكمبيوتر. لكنها ليست العوامل الوحيدة التي تحدد الأداء النهائي لـ CPU لديك.
سرعة الساعة (أو "معدل الساعة" أو "التردد") هي أحد المعايير الرئيسية التي تميز معالجات الكمبيوتر عن بعضها. باختصار، تقيس سرعة الساعة عدد الدورات التي يمكن لـ CPU إتمامها في الثانية الواحدة. فمثلاً، معالج بسرعة 3.2 GHz يستطيع تنفيذ ٣٫٢ مليار دورة في الثانية.
معيار آخر جدير بالاهتمام هو ذاكرة التخزين المؤقت لـ CPU. تُعدّ ذاكرة التخزين المؤقت للـ CPU ذاكرةً عالية السرعة تحتفظ بالبيانات التي يُوصَل إليها بصورة متكررة. وكلما كانت هذه الذاكرة أكبر وأسرع، زادت قدرة CPU على تنفيذ المهام التي تستلزم الوصول المتكرر إلى البيانات.
تُصنَّع معالجات الكمبيوتر باستخدام عمليات تصنيع بالنانومتر (nm)، كـ 7nm و5nm. الأنوية الأصغر تعني إمكانية تعبئة عدد أكبر من الترانزستورات على الشريحة، مما يرفع كفاءة الطاقة ويحسّن الأداء، إذ تقطع الإشارات مسافات أقصر وتستهلك وقتاً وطاقة أقل.
ثمة عوامل أخرى كـ IPC (التعليمات لكل دورة)، وسرعة الناقل، وطاقة التصميم الحراري، تؤدي دوراً في تحديد مقدار الأداء الذي يمكن الحصول عليه من CPU.
قبل الختام، دعني أعرّفك على VPS السحابي في Cloudzy. نوفر CPU بسرعات مذهلة تبلغ 3.2 و4.2 GHz، مع تخزين NVMe، وعرض نطاق ترددي عالٍ، واتصالات تصل إلى 10Gbps. إن كنت تبحث عن آلة افتراضية موثوقة للغاية، تفضّل بالاطلاع على خطط VPS لدينا للحصول على أفضل مستويات الموثوقية والسرعة!
VPS السحابي
هل تريد VPS عالي الأداء؟ احصل عليه اليوم وادفع فقط مقابل ما تستخدمه مع Cloudzy!
ابدأ الآنخلاصة القول: الخيط مقابل النواة
عند الحديث عن أداء الكمبيوتر، يُعدّ CPU القسم الرئيسي المسؤول عن تنفيذ البرامج. نواة CPU هي وحدة فيزيائية داخل المعالج مخصصة لمعالجة المهام. تحتوي CPU عادةً على أنوية متعددة، تنفّذ كل منها خيطاً واحداً على الأقل.
يشير الخيط في الغالب إلى أصغر تسلسل من التعليمات يُرسَل إلى نواة CPU لمعالجته. تستطيع كل نواة CPU التعامل مع خيط واحد على الأقل في آنٍ واحد. وفي المعالجات التي تدعم تقنية Hyper-Threading، يرتفع هذا الرقم إلى خيطين، أي أن خيطين يمكنهما استخدام موارد النواة في وقت واحد لتنفيذ مهمتين مختلفتين.
صحيح أن الأنوية التي تدعم تقنيات SMT تستطيع التعامل مع أكثر من خيط في وقت واحد وتوفر أداء متعدد المهام أفضل من الناحية النظرية، إلا أن ذلك لا يُفضي دائماً إلى زيادة مباشرة في مخرجات المعالجة.
الأسئلة الشائعة
هل من الأفضل امتلاك المزيد من النوى أم الخيوط؟
يتوقف الأمر على البرامج التي تعتزم استخدامها. التطبيقات كثيفة الخيوط تعمل عادةً بكفاءة أعلى مع توفر عدد أكبر من الخيوط، في حين تعمل بعض البرامج بشكل أفضل على أنوية أحادية الخيط. بيد أن زيادة عدد الأنوية تنعكس بصورة مباشرة على تحسّن أداء CPU.
كم عدد الخيوط في النواة الواحدة؟
في معظم Intel CPU الحديثة، تستطيع كل نواة التعامل مع خيطين في وقت واحد بفضل تقنية Hyper-Threading. لكن هذا لا ينطبق على جميع الشرائح، فمعالجات ARM مثلاً تعمل بخيط واحد لكل نواة.
ما الفرق بين النواة والمعالج؟
النواة هي وحدة المعالجة الفيزيائية داخل معالج الكمبيوتر (CPU). يمكن أن يحتوي المعالج على أنوية متعددة، وهي وحدات معالجة مستقلة قادرة على تنفيذ التعليمات بشكل مستقل عن بعضها.
