CPU Çekirdekler ve Thread'ler: Bilmeniz Gereken Her Şey

Bir bilgisayar çeşitli bileşenlerden oluşur. Bu bileşenlerin tartışmasız en kritik olanı CPU'dir. Merkezi İşlem Birimi anlamına gelen CPU, bilgisayarın beynidir. Elektronik anahtar görevi gören milyarlarca küçük transistörden oluşur ve karmaşık devreler üzerinden elektrik akışını kontrol eder.

CPU'ler programların görevlerini yerine getirmenin yanı sıra RAM (rastgele erişimli bellek), HDD (sabit disk sürücüsü) ve SSD (katı hal sürücüsü) dahil olmak üzere bilgisayardaki diğer bileşenleri de koordine eder.

Bir işlemcinin performansını ve verimliliğini belirleyen pek çok etken vardır; ancak en çok tartışılan konulardan biri çekirdek ve iş parçacığı. Genel kanı, daha fazla çekirdeğin daha fazla performans sağladığı yönündedir. Oysa iş her zaman bu kadar basit değildir.

Bilgisayar satın alırken veya yapılandırırken doğru kararı verebilmek için çekirdek ve thread'lerin ne işe yaradığını bilmek önemlidir. İdeal olan, fazla harcama yapmadan gücü mümkün olduğunca verimli kullanmaktır. Yapmak istediğiniz işlere bağlı olarak gereken çekirdek ve thread sayısı önemli ölçüde farklılık gösterebilir.

Üstelik dizüstü bilgisayar gibi taşınabilir bir cihaz kullanıyorsanız güç verimliliğini göz ardı edemezsiniz. Bilgisayarınızı yanınızda götürürken bir işi yarıda bırakmak zorunda kalmak son isteyeceğiniz şeydir. Yeterli güç tüketimine sahip bir CPU seçmek bu tür sorunlarla karşılaşma riskini azaltır.

Bu yazıda bilgisayar işlemci çekirdekleri ve thread'leri hakkında bilmeniz gereken her şeyi, aralarındaki farkları ve bir işlemcinin performansını etkileyen diğer etmenleri açıklayacağım.

CPU Çekirdeği Nedir?

Çekirdek, CPU içindeki fiziksel işlem birimidir ve görevleri bağımsız olarak yürütür. CPU'yi bir fabrika gibi düşünebilirsiniz; her çekirdek ayrı bir "işçi" gibi çalışır. Daha fazla işçiyle daha fazla görevi daha kısa sürede tamamlayabilirsiniz.

Geleneksel olarak CPU çekirdekleri, görevleri sırayla tek tek işleyecek şekilde tasarlanmıştı. Bu durum, bilgisayarların ilk nesilleri için ciddi bir çoklu görev kısıtlaması anlamına geliyordu. Ancak çoklu iş parçacığı teknolojilerinin gelişmesiyle bu tablo önemli ölçüde değişti. Bu teknolojilere makalenin ilerleyen bölümlerinde değineceğim.

Tek Çekirdekli ve Çok Çekirdekli İşlemciler

Bilgisayarların ilk nesillerinde tek çekirdekli CPU'ler kullanılıyor ve yalnızca bir görev aynı anda çalıştırılabiliyordu. Birden fazla programı aynı anda çalıştırabilmek için bilgisayar mühendisleri, anakartı genişletip birden fazla CPU birimini yan yana bağlamayı denedi. Ancak birbirinden bağımsız çalışan birden fazla CPU, yüksek gecikme süreleri yarattı ve bu yaklaşım pratikte işe yaramadı.

Bu sorunu çözmek için mühendisler çok çekirdekli işlemciler tasarladı. Her çekirdek bağımsız çalıştığından, bir çekirdek diğerini etkilemeden kendi komut setini işleyebilir. Bu sayede işlemcideki çekirdek sayısı arttıkça, aynı anda yürütülebilen görev sayısı da artar.

Tek çekirdekli bir CPU çok daha az güç tüketir ve web gezintisi gibi gündelik işler için yeterli olabilir. Ancak sınırlı performansları nedeniyle giderek daha az tercih edilmektedir. Bazı eski sistemlerde hâlâ karşılaşılsa da tek çekirdekli CPU'ler günümüz pazarında büyük ölçüde geçerliliğini yitirmiştir.

Günlük kullanıma yönelik bilgisayarlar genellikle iki, dört, sekiz veya 16 CPU çekirdeğiyle gelir. Tüketici pazarındaki CPU'lerde en yüksek çekirdek sayısı 64'e ulaşmaktadır. Veri merkezleri ve kurumsal sunuculara yönelik işlemciler ise çok daha fazla çekirdek barındırabilir. Örneğin AMD EPYC 9654 işlemcisi tam 96 çekirdekle donatılmıştır.

İşlem Thread'i Nedir?

Bilgisayar işlemciliğinde bir iş parçacığı (veya yürütme iş parçacığı), CPU'nin işlediği bağımsız bir görevi ya da iş akışını ifade eder. Her iş parçacığı, işletim sisteminin bağımsız olarak yönetebileceği en küçük programlı komut dizisidir. Bir programı başlatmaktan bir dosyayı kaydetmeye kadar her şey iş parçacığı olabilir.

CPU çekirdekleri bu iş parçacıklarını işlemekten sorumludur. Her CPU'de her çekirdek en az bir iş parçacığını aynı anda yürütebilir. Daha fazla çekirdeğin daha iyi çoklu görev performansı sağladığından bahsetmiştik; daha fazla iş parçacığını aynı anda işleyebilmek de aynı etkiyi yaratır.

İş parçacığı ve çekirdek arasındaki farkları, ayrıca her birinin CPU içindeki rolünü anlamak, ihtiyaçlarınıza en uygun seçimi yapmanıza yardımcı olur.

Çok İş Parçacıklı Programlama Nedir?

Tahmin edebileceğiniz gibi, işlemciye tek bir iş parçacığı göndermek, görevin tamamlanmasını beklemek ve ardından bir sonrakini göndermek oldukça zaman alıcı olabilir. Bu nedenle bilgisayar mühendisleri, daha az sürede daha fazla iş parçacığı işlemek için farklı yöntemler ve stratejiler geliştirdi.

En doğrudan çözüm, bir iş parçacığını daha küçük parçalara bölmek ve bir CPU'nin bunları paralel olarak çalıştırmasını sağlamaktır. Bu yaklaşım "Çoklu İş Parçacığı" (Multithreading) olarak adlandırılır (Eş Zamanlı veya Zamansal Çoklu İş Parçacığı ile karıştırılmamalıdır). Bir program, nasıl geliştirildiğine bağlı olarak az ya da yoğun iş parçacıklı olabilir.

Farklı çoklu iş parçacığı stratejilerini bir araya getirme fikirleri 1950'lere dayanır. Ancak Intel'nin masaüstü bilgisayarlar için donanım tabanlı bir çoklu iş parçacığı tekniği geliştirmek amacıyla Eş Zamanlı Çoklu İş Parçacığı (SMT) teknolojisini kullandığı 1990'ların sonuna kadar bu fikirler pratiğe dönüşmedi. Intel bu işleve Hyper-Threading Teknolojisi adını verdi ve 2002 yılında Intel Pentium 4 masaüstü işlemcisinde kullanıma sundu.

Intel'nin Hyper-Threading teknolojisiyle, bir CPU çekirdeğinin kaynakları iki iş parçacığı tarafından paylaşılabilir. Başka bir deyişle, görevlerinizi tamamlayabilecek "işçi" sayısını sanal olarak iki katına çıkarmış olursunuz. Ancak her iki işçi aynı kaynakları paylaşır.

Hyper-Threading: Artıları ve Eksileri

Hyper-Threading'in temel avantajı, mevcut işlem kaynaklarını daha verimli kullanarak sistem performansını belirgin biçimde artırmasıdır. Bununla birlikte, bazı durumlarda tek iş parçacıklı çalışma hâlâ daha uygun olabilir.

Çoğu durumda, özellikle günlük çoklu görev kullanımında, bilgisayarınızın CPU çekirdekleri tam kapasitede çalışmaz. Bu da ek işlem için hâlâ alan olduğu anlamına gelir. Hyper-Threading, bir CPU çekirdeğindeki kullanılmayan işlem kapasitesini devreye alarak diğer iş parçacıklarını çalıştırır ve böylece CPU'nin maksimum potansiyelinden daha verimli şekilde yararlanmanızı sağlar.

Hyper-Threading'in avantajları olduğu kadar belirgin dezavantajları da vardır. En önemli dezavantajı, artan güç tüketimidir. ARM tabanlı çiplerle karşılaştırıldığında, Intel işlemciler dizüstü bilgisayarlarda yüksek güç tüketimiyle tanınır ve Hyper-Threading bu durumun başlıca nedenlerinden biridir.

İşlemciye giden güç arttıkça Hyper-Threading, yüksek sıcaklıklara ve termal kısıtlamaya yol açar. Termal kısıtlama sırasında CPU, aşırı ısınmayı önlemek için hızını düşürür. Bunun yanı sıra, bu tür Intel CPU'lere sahip taşınabilir cihazlar daha hacimli soğutma sistemleri gerektirir; bu da cihazın ağırlığını ve boyutlarını önemli ölçüde artırabilir.

Son olarak, performans artışı büyük ölçüde uygulamaya bağlı olduğundan, Hyper-Threading teknolojisinden gerçek anlamda yararlanan yazılımlar geliştirmek geliştiricilerin sorumluluğundadır. Bu durum, verimliliği en üst düzeye çıkaran programlar yazmanın önündeki zorlukları artırır. Üstelik Hyper-Threading'i desteklemeyen yazılımlar, işlemci yoğun koşullarda sorunsuz çalışmayabilir.

Daha Fazla Çekirdek mi, İş Parçacığı mı: Hangisi Daha İyi?

Kullanmayı planladığınız programlara büyük ölçüde bağlı olduğundan, her durumda birini diğerinden daha önemli saymak güçtür. Genel olarak daha fazla çekirdek, daha fazla kullanılabilir kaynak anlamına gelir. Öte yandan, daha fazla iş parçacığı çoğu zaman daha iyi çoklu görev performansı sağlayabilir; ancak bu her zaman geçerli değildir.

Yoğun iş parçacıklı programlarda, bir CPU çekirdeğine daha fazla iş parçacığı atamak genellikle daha hızlı ve daha iyi bir çalışma sağlar. Öte yandan, tek iş parçacıklı CPU çekirdek mimarileri için optimize edilmiş programlar, Hyper-Threading etkinleştirildiğinde performans düşüşü yaşayabilir.

Bununla birlikte, bazı kullanıcılar Hyper-Threading kapatıldığında eski ve yeni pek çok oyunun belirgin biçimde daha iyi çalıştığını fark etmiştir. Reddit'te bir kullanıcı, Hyper-Threading'i devre dışı bıraktıktan sonra çoğu oyunda yaklaşık %30 FPS artışı yaşadığını Intel Core i9 CPU'si için belirtmiştir.

Yıllarca Intel, Hyper-Threading sayesinde çekirdek sayısının iki katı iş parçacığı sunan çipleriyle dizüstü bilgisayar ve masaüstü CPU pazarına hâkim oldu. Ancak son dönemde bazı rakipler, tek iş parçacıklı çekirdekler sunmalarına karşın çok daha verimli olduğu kanıtlanan farklı CPU mimarileri üzerinde çalışmaya başladı.

Örneğin Apple Silicon, ARM tabanlı bir çip serisidir ve Apple'ın son bilgisayarlarında Intel tabanlı modellere kıyasla çok daha az güç tükettiğini kanıtlamıştır. Bunun yanı sıra Microsoft Surface Pro 11 dahil birçok yeni Windows dizüstü bilgisayarı, günlük kullanımda daha iyi pil ömrü ve performans için ARM işlemcilere geçmiştir. Bu ARM tabanlı çiplerin tamamı tek iş parçacıklı çekirdeklerle gelir.

Tüm bunlar değerlendirildiğinde, daha fazla iş parçacığına sahip olmak her zaman daha iyi CPU performansı anlamına gelmez. Daha fazla çekirdek ise işlemcinin daha karmaşık ve kaynak yoğun komutları işleyebilme kapasitesini doğrudan etkileyen bir faktördür.

CPU Performansını Etkileyen Diğer Faktörler Nelerdir?

Bilgisayarlarda işlemci çekirdeği ile iş parçacığı arasındaki farkları ele aldık. Ancak bunlar, CPU'nizin nihai performansını belirleyen tek etkenler değildir.

Saat hızı ("clock rate" ya da kısaca "frekans" olarak da bilinir), bilgisayar işlemcilerini birbirinden ayıran temel parametrelerden biridir. Kısaca söylemek gerekirse, saat hızı bir CPU'nin saniyede kaç döngü tamamlayabildiğini ölçer. Örneğin 3.2 GHz saat hızına sahip bir işlemci, saniyede 3,2 milyar döngü çalıştırabilir.

Dikkate alınması gereken bir diğer parametre ise CPU'nin önbellek belleğidir. CPU önbelleği, sık erişilen verileri depolayan yüksek hızlı bir bellek katmanıdır. Daha büyük ve daha hızlı önbellekler, sık veri erişimi gerektiren görevlerde CPU'nin işlem hızını artırır.

Bilgisayar işlemcileri nanometre (nm) üretim süreçleriyle üretilir; 7nm veya 5nm gibi. Daha küçük düğümler, çipe daha fazla transistör sığdırılabilmesi anlamına gelir. Sinyaller daha kısa mesafeler kat ettiğinden daha az zaman ve enerji harcar; bu da güç verimliliğini ve performansı artırır.

IPC (Döngü Başına Komut), veri yolu hızı ve termal tasarım gücü gibi diğer faktörler de bir CPU'den elde edebileceğiniz performansı doğrudan etkiler.

Konuyu tamamlamadan önce, Cloudzy bünyesindeki yüksek performanslı Bulut VPS hizmetlerimizi tanıtmak istiyorum. 3.2 ve 4.2 GHz hızlarında üst düzey CPU'ler, NVMe depolama, yüksek bant genişliği ve 10Gbps'a kadar bağlantı hızı sunuyoruz. Güvenilir ve hızlı bir sanal makine arıyorsanız VPS planlarımıza mutlaka göz atın!

Son Değerlendirme: İş Parçacığı ve Çekirdek

Bilgisayar performansı söz konusu olduğunda, programların çalıştırılmasından birincil sorumlu birim CPU'dir. CPU çekirdeği, işlemleri gerçekleştiren fiziksel bir birimdir. CPU'ler genellikle birden fazla çekirdekten oluşur ve her çekirdek en az bir iş parçacığını işler.

İş parçacığı, bir CPU çekirdeğine işlenmek üzere gönderilen en küçük komut dizisini ifade eder. Her CPU çekirdeği aynı anda en az bir iş parçacığını işleyebilir. Hyper-Threading özellikli işlemcilerde bu sayı ikiye çıkar; yani iki iş parçacığı, bir çekirdeğin kaynaklarını aynı anda paylaşarak farklı görevleri çalıştırabilir.

SMT teknolojilerini destekleyen çekirdekler teorik olarak aynı anda birden fazla iş parçacığını işleyebilir ve daha iyi çoklu görev performansı sunar; ancak bu durum her zaman işlem çıktısında doğrudan bir artışa dönüşmez.

SSS

Daha fazla çekirdek mi yoksa iş parçacığı mı daha avantajlı?

Kullanmayı planladığınız programlara göre değişir. Yoğun iş parçacıklı uygulamalar genellikle daha fazla iş parçacığıyla daha iyi çalışırken, bazı programlar tek iş parçacıklı çekirdeklerde daha iyi performans gösterebilir. Ancak daha fazla çekirdek, CPU performansında daha doğrudan bir artış sağlar.

Bir çekirdekte kaç iş parçacığı bulunur?

Günümüzdeki Intel CPU'lerin büyük çoğunluğunda her çekirdek, Hyper-Threading adı verilen teknoloji sayesinde aynı anda iki iş parçacığını işleyebilir. Ancak bu durum tüm işlemci çipleri için geçerli değildir. Örneğin ARM tabanlı CPU'lerde her çekirdek yalnızca bir iş parçacığını işler.

Çekirdek ile işlemci arasındaki fark nedir?

Çekirdek, bir bilgisayar işlemcisinin (CPU) içindeki fiziksel işlem birimidir. Bir işlemci birden fazla çekirdek içerebilir; her çekirdek bağımsız olarak komutları çalıştırabilen ayrı bir işlem birimidir.