Núcleos de CPU vs. Threads: tudo o que você precisa saber

Um computador é feito de vários componentes. Indiscutivelmente, o componente interno mais crítico é a CPU. Abreviação de Unidade Central de Processamento, a CPU é o cérebro do computador. É composto por bilhões de minúsculos transistores que atuam como interruptores eletrônicos, responsáveis ​​por controlar o fluxo de eletricidade através de circuitos complexos.

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

Existem vários fatores que determinam o desempenho e a eficiência de um processador, mas um dos tópicos mais debatidos é núcleos vs. threads. Geralmente, as pessoas acreditam que ter mais núcleos equivale a mais desempenho. No entanto, nem sempre é tão simples.

Saber o que os núcleos e os threads fazem é importante para tomar as decisões corretas ao comprar ou configurar um computador. Idealmente, você deseja otimizar a potência o máximo possível, sem gastar demais. Dependendo das tarefas que você deseja executar, a quantidade certa de núcleos e threads pode variar substancialmente.

Além disso, se você optar por uma unidade portátil (como um laptop), a eficiência energética é algo que você não pode negligenciar. A última coisa que você deseja ao levar seu computador para qualquer lugar é ficar sem bateria no meio da conclusão de uma tarefa. Escolher uma CPU com consumo de energia adequado pode minimizar o risco de ter tais dores de cabeça.

Neste post, explicarei tudo o que você precisa saber sobre núcleos e threads de processador de computador, suas diferenças e outros fatores que afetam os níveis de desempenho de um processador.

O que é um núcleo de CPU?

Essencialmente, um núcleo é uma unidade de processamento físico dentro de uma CPU, responsável por executar tarefas de forma independente. Você pode pensar em sua CPU como uma fábrica, com cada núcleo sendo um “trabalhador” que pode realizar tarefas. Geralmente, você pode executar mais tarefas com mais trabalhadores em um intervalo de tempo mais curto.

Tradicionalmente, um núcleo de CPU era projetado para executar uma tarefa de cada vez. Isso significou uma falta de capacidade multitarefa nas primeiras iterações de computadores. No entanto, a forma como os núcleos da CPU funcionam mudou significativamente graças ao desenvolvimento de tecnologias multithreading, que abordarei mais adiante neste artigo.

Processadores Single vs. Multi Core

As iterações anteriores de computadores apresentavam CPUs de núcleo único que podiam executar uma tarefa por vez. Para executar vários programas ao mesmo tempo, os engenheiros de computação tentaram estender a placa-mãe e adicionar várias unidades de CPU. No entanto, algumas CPUs executadas de forma independente introduziram muita latência e se mostraram impraticáveis.

Para resolver este problema, os engenheiros projetaram processadores multi-core. Como cada núcleo funciona de forma independente, cada núcleo 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.

Uma CPU de núcleo único consome significativamente menos energia e pode ser suficiente para tarefas diárias, como navegação na web. Mas como vêm com capacidades de desempenho limitadas, estão a tornar-se cada vez menos favoráveis. Embora você ainda possa encontrá-los em alguns sistemas mais antigos, as CPUs de núcleo único estão obsoletas no mercado atual.

Normalmente, os computadores comuns vêm com dois, quatro, oito ou 16 núcleos de CPU. O maior número de núcleos em CPUs voltadas para o consumidor no mercado é 64. Processadores direcionados a data centers e servidores corporativos podem conter ainda mais núcleos. O processador AMD EPYC 9654, por exemplo, está equipado com impressionantes 96 núcleos.

O que é um thread de processamento?

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

Os núcleos da sua CPU são responsáveis ​​pelo processamento desses threads. Em qualquer CPU, cada núcleo pode executar pelo menos um thread por vez. Conforme mencionado, ter mais núcleos resulta em melhores habilidades multitarefa, mas ser capaz de lidar com mais threads também pode resultar na mesma coisa.

Conhecer as diferenças nas capacidades de threads e núcleos, juntamente com a compreensão de suas funções em sua CPU, pode ajudá-lo a fazer a melhor escolha para suas necessidades.

O que é multithreading?

Como você pode imaginar, enviar apenas um thread para o chip do processador, aguardar a conclusão da tarefa e depois enviar o próximo pode consumir muito tempo. Por causa disso, os engenheiros da computação 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 uma CPU os execute em paralelo. Isso é conhecido como “Multithreading” (não deve ser confundido com Multithreading Simultâneo ou Temporal). Um programa pode ser leve ou fortemente encadeado, dependendo de como é desenvolvido.

Os conceitos para integração de diferentes estratégias multithreading datam da década de 50. Mas foi somente no final dos anos 90 que a Intel usou uma tecnologia chamada Simultaneous Multithreading (SMT) para desenvolver uma técnica de multithreading baseada em hardware para computadores desktop. Intel apelidou a funcionalidade Tecnologia Hyper-Threading e o introduziu no chip do processador Intel Pentium 4 para desktop em 2002.

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

Hyper-Threading: prós e contras

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

Na maioria dos casos, especialmente durante a multitarefa diária, os núcleos da CPU do seu computador não estão no limite máximo. Isso significa que ainda há espaço para mais processamento. O Hyper-Threading desbloqueia o poder de processamento não utilizado em um núcleo de CPU para executar outros threads, proporcionando assim uma experiência mais simplificada no uso do potencial máximo de uma CPU.

Embora vantajoso, o Hyper-Threading também apresenta desvantagens distintas. A principal desvantagem é o aumento do consumo de energia. Comparados aos chips baseados em ARM, os processadores Intel são famosos por extrair muito poder dos laptops, e o Hyper-Threading é um dos motivos.

Com mais energia consumida pelo processador, o Hyper-Threading resulta em altas temperaturas e aceleração térmica, onde a CPU fica mais lenta para evitar superaquecimento. Além disso, dispositivos portáteis com CPUs Intel exigem sistemas de resfriamento mais volumosos, o que pode aumentar significativamente o peso e as proporções do dispositivo.

Por último, como o aprimoramento do desempenho depende fortemente do aplicativo, cabe aos programadores projetar aplicativos que utilizem a tecnologia Hyper-Threading. Isto aumenta os desafios do desenvolvimento de programas que maximizam a eficiência. Além disso, o software que não suporta Hyper-Threading pode não funcionar perfeitamente em condições de uso intensivo do processador.

Mais núcleos versus threads: o que é melhor?

Como depende muito dos programas que você pretende usar, é difícil considerar um 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 com muitos threads, ter mais threads dedicados a um núcleo de CPU geralmente resulta em uma execução melhor e mais rápida. Por outro lado, programas otimizados para arquiteturas de núcleo de CPU de thread único podem apresentar uma queda no desempenho quando o Hyper-Threading está habilitado em uma CPU.

Dito isto, alguns notaram que vários jogos – antigos e novos – funcionam significativamente melhor quando o Hyper-Threading está desligado. Um usuário do Reddit, por exemplo, afirma ter visto um Aumento de 30% no FPS na maioria dos jogos depois que ele desativou o Hyper-Threading em sua CPU Intel Core i9.

Durante anos, a Intel dominou o mercado de CPU em laptops e desktops com chips que forneciam o dobro de threads do que núcleos, graças ao Hyper-Threading. No entanto, alguns rivais começaram recentemente a trabalhar em diferentes arquiteturas de CPU que se mostraram incrivelmente mais eficientes, ao mesmo tempo que oferecem núcleos de CPU de thread único.

Apple Silicon, por exemplo, é uma série de chips baseados em ARM que se mostrou significativamente mais eficiente em termos de energia do que os modelos baseados em Intel nos computadores recentes da Apple. Além disso, vários novos laptops Windows, incluindo o Microsoft Surface Pro 11, mudaram para processadores ARM para melhor duração da bateria e desempenho nos casos de uso diário. Todos esses chips baseados em ARM vêm com núcleos de thread único.

Considerando tudo isso, ter mais threads não se traduz necessariamente em melhor desempenho da CPU. Ter mais núcleos, no entanto, é um fator determinante mais direto na capacidade de um processador de lidar com comandos mais complexos e que consomem muitos recursos.

Que outros fatores determinam o desempenho de uma CPU?

Abordamos as diferenças entre núcleo do processador e thread em computadores. No entanto, esses não são os únicos fatores que determinam o resultado final da sua CPU.

A velocidade do clock (também “taxa de clock” ou simplesmente “frequência”) é um dos principais diferenciais nos processadores de computador. Resumindo, a velocidade do clock mede quantos ciclos uma CPU pode 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 da CPU. O cache da CPU é uma memória de alta velocidade que armazena dados acessados ​​com frequência. Caches maiores e mais rápidos aceleram a capacidade da CPU de executar tarefas que exigem acesso frequente aos dados.

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

Outros fatores como IPC (Instruções por Ciclo), velocidade do barramento e potência do projeto térmico também desempenham um papel na quantidade de desempenho que você pode extrair de uma CPU.

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Considerações finais: Thread vs. Core

Quando se trata de desempenho do computador, a CPU é o principal departamento responsável pela execução dos programas. Um núcleo de CPU é uma unidade física em uma CPU para tarefas de processamento. Normalmente, as CPUs apresentam vários núcleos, cada um executando pelo menos um thread.

Um thread geralmente se refere à menor sequência de instruções enviada a um núcleo da CPU para ser processada. Cada núcleo da CPU pode lidar com pelo menos um thread por vez. Em processadores que possuem Hyper-Threading, esse número aumenta para dois, o que significa que dois threads podem usar simultaneamente os recursos de um núcleo para executar tarefas diferentes.

Embora os núcleos que suportam tecnologias SMT possam lidar com mais de um thread por vez e, em teoria, oferecer melhor multitarefa, isso nem sempre se traduz em um aumento direto na produção de processamento.

Perguntas frequentes

É melhor ter mais núcleos do que threads?

Isso varia de acordo com os programas que você pretende usar. Aplicativos com threads pesados ​​normalmente funcionam melhor com mais threads, enquanto alguns programas podem funcionar melhor em núcleos de thread único. No entanto, mais núcleos se traduzem em um aumento mais direto no desempenho da CPU.

Quantos threads existem em um núcleo?

Na maioria das CPUs Intel atuais, cada núcleo pode lidar com dois threads por vez, graças a uma tecnologia chamada Hyper-Threading. Mas esse não é o caso de todos os chips processadores. CPUs baseadas em ARM, por exemplo, possuem um thread por núcleo.

Qual é a diferença entre um núcleo e um processador?

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