CPU Cores vs. Threads: tudo o que você precisa saber

Um computador é feito de vários componentes. Argumentavelmente, o componente interno mais crítico é o CPU. Sigla para Central Processing Unit, o CPU é o cérebro do computador. É feito de bilhões de transistores microscópicos que funcionam como chaves eletrônicas, controlando o fluxo de eletricidade através de circuitos complexos.

Além de executar tarefas de programas, CPUs coordenam outros componentes do computador, incluindo RAM (memória de acesso aleatório), HDD (unidade de disco rígido) e SSD (unidade de estado sólido).

Vários fatores determinam o desempenho e a eficiência de um processador, mas um dos tópicos mais debatidos é núcleos vs. threads. Geralmente, as pessoas acreditam que mais núcleos significa mais desempenho. Mas nem sempre é tão simples assim.

Entender o que núcleos e threads fazem é importante para tomar as decisões certas ao comprar ou configurar um computador. O ideal é otimizar o poder sem gastar demais. Dependendo das tarefas que você quer executar, a quantidade certa de núcleos e threads pode variar bastante.

Além disso, se você opta por um equipamento portátil (como um laptop), eficiência de energia é algo que não pode ignorar. A última coisa que você quer ao levar seu computador para qualquer lugar é ficar sem bateria no meio de uma tarefa. Escolher um CPU com consumo de energia adequado minimiza esses transtornos.

Neste artigo, explico tudo que você precisa saber sobre núcleos e threads de processador, suas diferenças e outros fatores que afetam os níveis de desempenho de um processador.

O Que É um Núcleo CPU?

Em essência, um núcleo é uma unidade de processamento física dentro de um CPU, responsável por executar tarefas de forma independente. Você pode pensar em seu CPU como uma fábrica, com cada núcleo sendo um "trabalhador" que pode lidar com tarefas. Geralmente, você consegue executar mais tarefas com mais trabalhadores em um período de tempo mais curto.

Tradicionalmente, um núcleo CPU foi projetado para executar uma tarefa por vez. Isso significava uma falta de capacidades multitarefa nas primeiras iterações de computadores. No entanto, a forma como os núcleos CPU funcionam mudou significativamente graças ao desenvolvimento de tecnologias de multithreading, que discutirei mais adiante neste artigo.

Processadores de Núcleo Único vs. Múltiplos

As primeiras iterações de computadores apresentavam CPUs com um único núcleo que podiam executar uma tarefa por vez. Para executar múltiplos programas simultaneamente, engenheiros de computador tentaram estender a placa-mãe e adicionar várias unidades CPU juntas. No entanto, vários CPUs funcionando independentemente introduziram muita latência e se mostraram impraticáveis.

Para resolver esse problema, engenheiros projetaram processadores multi-núcleo. Como cada núcleo funciona de forma independente, cada um pode lidar com seu próprio conjunto de instruções sem afetar outro núcleo. Isso significa que quanto mais núcleos um processador de computador tiver, mais tarefas ele poderá executar simultaneamente.

Um CPU de núcleo único consome significativamente menos energia e pode ser suficiente para tarefas cotidianas como navegação na web. Mas como vêm com capacidades de desempenho limitadas, estão se tornando cada vez menos favorecidos. Embora você ainda possa encontrá-los em alguns sistemas mais antigos, CPUs de núcleo único estão amplamente obsoletos no mercado de hoje.

Tipicamente, computadores cotidianos vêm com dois, quatro, oito ou 16 núcleos CPU. O número mais alto de núcleos em CPUs orientados ao consumidor no mercado é 64. Processadores direcionados a data centers e servidores corporativos podem ter ainda mais núcleos. O processador AMD EPYC 9654, por exemplo, vem equipado com impressionantes 96 núcleos.

O Que É uma Thread de Processamento?

No processamento de computador, um thread (ou thread de execução) refere-se a uma tarefa individual ou linha de trabalho que o CPU processa. Cada thread é considerado a menor sequência de instruções programadas que seu sistema operacional pode gerenciar independentemente. Pode ser qualquer coisa, desde inicializar um programa ou salvar um arquivo.

Seus núcleos CPU são responsáveis por processar esses threads. Em qualquer CPU, cada núcleo pode executar pelo menos um thread por vez. Como mencionado, ter mais núcleos resulta em melhores capacidades multitarefa, mas ser capaz de lidar com mais threads também pode resultar na mesma coisa.

Conhecer as diferenças nas capacidades de threads versus núcleos, junto com entender seus papéis em seu CPU, pode ajudá-lo a fazer a melhor escolha para suas necessidades.

O que é Multithreading?

Como você pode adivinhar, enviar apenas um thread para o chip do processador, aguardar a conclusão da tarefa e depois enviar o próximo pode ser muito demorado. Por causa disso, engenheiros de computador desenvolveram diferentes métodos e estratégias para processar mais threads em menos tempo.

A solução mais direta é dividir um thread em threads separados e menores, e fazer com que um CPU os execute em paralelo. Isso é chamado de "Multithreading" (não deve ser confundido com Simultaneous ou Temporal Multithreading). Um programa pode ser levemente ou fortemente threaded dependendo de como foi desenvolvido.

Conceitos para integrar diferentes estratégias de multithreading datam dos anos 50. Mas não foi até o final dos anos 90 que Intel usou uma tecnologia chamada Simultaneous Multithreading (SMT) para desenvolver uma técnica de multithreading baseada em hardware para computadores desktop. Intel chamou a funcionalidade de Tecnologia Hyper-Threading e a introduziu no chip de processador desktop Intel Pentium 4 em 2002.

Com Hyper-Threading da Intel, até dois threads podem compartilhar os mesmos recursos de um núcleo CPU para completar as tarefas desejadas. Em outras palavras, você virtualmente tem acesso ao dobro do número de "trabalhadores" que podem completar suas atribuições. No entanto, cada grupo de dois trabalhadores compartilha os mesmos recursos.

Hyper-Threading: Vantagens e Desvantagens

O principal benefício do Hyper-Threading é que aumenta significativamente o desempenho do sistema ao utilizar mais dos recursos de processamento disponíveis. No entanto, em alguns casos, single-threading ainda pode ser preferido.

Na maioria dos casos, especialmente durante multitarefa cotidiana, os núcleos CPU do seu computador não estão no máximo. Isso significa que ainda há espaço para mais processamento. Hyper-Threading libera o poder de processamento não utilizado em um núcleo CPU para executar outros threads, daí uma experiência mais simplificada ao usar o máximo potencial de um CPU.

Embora vantajoso, Hyper-Threading também tem desvantagens distintas. A principal desvantagem é o aumento do consumo de energia. Comparado aos chips baseados em ARM, processadores Intel são notórios por consumir muita energia de laptops, e Hyper-Threading é uma razão para isso.

Com mais energia sendo consumida pelo processador, Hyper-Threading resulta em altas temperaturas e throttling térmico, onde o CPU desacelera para evitar superaquecimento. Além disso, dispositivos portáteis com esses CPUs Intel requerem sistemas de resfriamento mais robustos, o que pode aumentar significativamente o peso e as proporções do dispositivo.

Por fim, como a melhoria de desempenho depende muito da aplicação, cabe aos programadores projetar aplicações que utilizem a tecnologia Hyper-Threading. Isso aumenta os desafios no desenvolvimento de programas que maximizam a eficiência. Além disso, software que não suporta Hyper-Threading pode não funcionar bem em condições intensivas de processador.

Mais Núcleos vs. Threads: Qual É Melhor?

Como depende muito dos programas que você pretende usar, é difícil dizer que um é mais importante que o outro em todos os casos. Mais núcleos geralmente se traduzem em mais recursos disponíveis. Por outro lado, mais threads podem resultar em melhores capacidades multitarefa, embora nem sempre.

Para programas fortemente threaded, ter mais threads dedicados a um núcleo CPU geralmente resulta em execução mais rápida e melhor. Por outro lado, programas otimizados para arquiteturas de núcleo CPU single-threaded podem mostrar uma queda no desempenho quando Hyper-Threading é ativado em um CPU.

Dito isso, alguns notaram que vários jogos, tanto antigos quanto novos, funcionam significativamente melhor quando Hyper-Threading está desativado. Um usuário no Reddit, por exemplo, afirma que viu cerca de um Aumento de 30% de FPS na maioria dos jogos após desativar o Hyper-Threading no seu Intel Core i9 CPU.

Por anos, Intel dominou o mercado CPU em notebooks e computadores de mesa com chips que ofereciam o dobro de threads em relação a núcleos, graças ao Hyper-Threading. Porém, alguns concorrentes começaram recentemente a trabalhar em arquiteturas CPU diferentes que se provaram incrivelmente mais eficientes, oferecendo núcleos CPU com uma única thread.

Apple Silicon, por exemplo, é uma série de chips baseados em ARM que se mostrou significativamente mais eficiente em energia do que modelos baseados em Intel nos computadores recentes da Apple. Além disso, vários novos notebooks Windows, incluindo o Microsoft Surface Pro 11, migraram para processadores ARM para melhor autonomia e desempenho em tarefas do dia a dia. Todos esses chips baseados em ARM vêm com núcleos de uma única thread.

No final das contas, ter mais threads não significa necessariamente melhor desempenho CPU. Ter mais núcleos, porém, é um fator mais determinante na capacidade de um processador lidar com instruções mais complexas e que consomem mais recursos.

Que Outros Fatores Determinam o Desempenho de um CPU?

Cobrimos as diferenças entre núcleo de processador e thread em computadores. Porém, esses não são os únicos fatores que determinam o desempenho final do seu CPU.

Velocidade de clock (também chamada de "taxa de clock" ou simplesmente "frequência") é um dos principais diferenciadores em processadores de computador. Em resumo, a velocidade de clock mede quantos ciclos um CPU consegue completar por segundo. Por exemplo, um processador com velocidade de clock de 3.2 GHz pode executar 3.2 bilhões de ciclos por segundo.

Outro parâmetro a considerar é a memória cache do CPU. O cache CPU é uma memória de alta velocidade que armazena dados acessados frequentemente. Caches maiores e mais rápidos aceleram a capacidade do CPU de executar tarefas que exigem acesso frequente a dados.

Processadores de computador são construídos usando processos de fabricação em nanômetros (nm) (como 7nm ou 5nm). Nós menores significam que mais transistores cabem no chip, resultando em maior eficiência energética e desempenho, já que sinais viajam distâncias menores e, portanto, requerem menos tempo e energia.

Outros fatores como IPC (Instruções Por Ciclo), velocidade de barramento e potência térmica projetada também desempenham papéis importantes em quanto desempenho você consegue extrair de um CPU.

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Conclusão: Thread vs. Núcleo

Quando se trata de desempenho de computador, o CPU é o componente principal responsável por executar programas. Um núcleo CPU é uma unidade física dentro de um CPU para processar tarefas. Normalmente, CPUs possuem múltiplos núcleos, cada um executando pelo menos uma thread.

Uma thread frequentemente se refere à menor sequência de instruções que é enviada a um núcleo CPU para ser processada. Cada núcleo CPU consegue lidar com pelo menos uma thread por vez. Em processadores com Hyper-Threading, esse número aumenta para dois, significando que duas threads podem simultaneamente usar os recursos de um núcleo para executar tarefas diferentes.

Embora núcleos que suportam tecnologias SMT consigam lidar com mais de uma thread por vez e ofereçam melhor multitarefa em teoria, isso nem sempre se traduz em um aumento direto na saída de processamento.

Perguntas Frequentes

É melhor ter mais núcleos ou threads?

Varia de acordo com os programas que você pretende usar. Aplicações com muitas threads costumam rodar melhor com mais threads disponíveis, enquanto alguns programas podem rodar melhor em núcleos com uma única thread. Porém, mais núcleos se traduz em um aumento mais direto no desempenho CPU.

Quantas threads tem em um núcleo?

Na maioria dos CPUs Intel atuais, cada núcleo consegue lidar com duas threads por vez, graças a uma tecnologia chamada Hyper-Threading. Mas esse não é o caso para todos os chips de processador. CPUs baseados em ARM, por exemplo, têm uma thread por núcleo.

Qual é a diferença entre um núcleo e um processador?

Um núcleo é uma unidade de processamento física dentro de um processador de computador (CPU). Dentro de um processador, pode haver múltiplos núcleos, que são unidades de processamento individuais capazes de executar instruções de forma independente.