Lõi CPU so với luồng: Mọi thứ bạn cần biết

Một máy tính được làm từ nhiều thành phần khác nhau. Có thể cho rằng, thành phần bên trong quan trọng nhất là CPU của nó. Viết tắt của Central Treatment Unit, CPU chính là bộ não của máy tính. Nó được tạo thành từ hàng tỷ bóng bán dẫn nhỏ hoạt động như các công tắc điện tử, chịu trách nhiệm kiểm soát dòng điện qua các mạch phức tạp.

Bên cạnh việc thực thi các chương trình tác vụ, CPU còn phối hợp các thành phần khác trong máy tính, bao gồm RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên), HDD (ổ đĩa cứng) và SSD (ổ cứng thể rắn).

Có nhiều yếu tố quyết định hiệu suất và hiệu quả của bộ xử lý, nhưng một trong những chủ đề được tranh luận phổ biến nhất là lõi so với chủ đề. Nói chung, mọi người tin rằng có nhiều lõi hơn đồng nghĩa với hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên, nó không phải lúc nào cũng đơn giản như vậy.

Biết lõi và luồng làm gì là điều quan trọng để đưa ra quyết định đúng đắn khi mua hoặc định cấu hình máy tính. Lý tưởng nhất là bạn muốn tối ưu hóa sức mạnh nhiều nhất có thể mà không phải chi tiêu quá mức. Tùy thuộc vào tác vụ bạn muốn thực hiện, số lượng lõi và luồng phù hợp có thể thay đổi đáng kể.

Hơn nữa, nếu bạn đang chọn một thiết bị di động (như máy tính xách tay), hiệu quả sử dụng năng lượng là điều bạn không thể bỏ qua. Điều cuối cùng bạn muốn khi mang máy tính đi du lịch là hết pin khi đang hoàn thành một nhiệm vụ. Việc chọn một CPU có mức tiêu thụ điện năng phù hợp có thể giảm thiểu nguy cơ gặp phải những vấn đề đau đầu như vậy.

Trong bài đăng này, tôi sẽ giải thích mọi thứ bạn cần biết về lõi và luồng của bộ xử lý máy tính, sự khác biệt của chúng và các yếu tố khác ảnh hưởng đến mức hiệu suất của bộ xử lý.

Lõi CPU là gì?

Về cơ bản, lõi là một đơn vị xử lý vật lý bên trong CPU, chịu trách nhiệm thực thi các tác vụ một cách độc lập. Bạn có thể coi CPU của mình như một nhà máy, với mỗi lõi là một “công nhân” có thể xử lý các tác vụ. Nói chung, bạn có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ hơn với nhiều công nhân hơn trong khoảng thời gian ngắn hơn.

Theo truyền thống, lõi CPU được thiết kế để thực hiện từng tác vụ một. Điều này có nghĩa là thiếu khả năng đa nhiệm trong các phiên bản đầu tiên của máy tính. Tuy nhiên, cách hoạt động của lõi CPU đã thay đổi đáng kể nhờ sự phát triển của công nghệ đa luồng mà tôi sẽ đề cập ở phần sau của bài viết này.

Bộ xử lý đơn lõi và đa lõi

Các phiên bản máy tính trước đó có CPU lõi đơn có thể chạy một tác vụ cùng một lúc. Để thực thi nhiều chương trình cùng một lúc, các kỹ sư máy tính đã thử mở rộng bo mạch chủ và thêm nhiều bộ CPU lại với nhau. Tuy nhiên, một số CPU chạy độc lập có nhiều độ trễ và tỏ ra không thực tế.

Để giải quyết vấn đề này, các kỹ sư đã thiết kế bộ xử lý đa lõi. Vì mỗi lõi hoạt động độc lập nên mỗi lõi có thể xử lý tập lệnh riêng mà không ảnh hưởng đến lõi khác. Điều này có nghĩa là bộ xử lý máy tính càng có nhiều lõi thì càng có thể thực hiện nhiều tác vụ đồng thời.

CPU lõi đơn tiêu thụ ít năng lượng hơn đáng kể và có thể đủ cho các tác vụ hàng ngày như duyệt web. Nhưng vì chúng có khả năng biểu diễn hạn chế nên chúng ngày càng trở nên kém thuận lợi hơn. Mặc dù bạn vẫn có thể tìm thấy chúng trong một số hệ thống cũ nhưng CPU lõi đơn phần lớn đã lỗi thời trên thị trường ngày nay.

Thông thường, máy tính hàng ngày có hai, bốn, tám hoặc 16 lõi CPU. Số lượng lõi cao nhất trong các CPU hướng tới người tiêu dùng trên thị trường là 64. Bộ xử lý hướng tới trung tâm dữ liệu và máy chủ doanh nghiệp có thể chứa nhiều lõi hơn nữa. Ví dụ, bộ xử lý AMD EPYC 9654 được trang bị tới 96 lõi.

Một chủ đề xử lý là gì?

Trong xử lý máy tính, một luồng (hoặc một luồng thực thi) đề cập đến một tác vụ hoặc dòng công việc riêng lẻ mà CPU xử lý. Mỗi luồng được coi là chuỗi lệnh được lập trình nhỏ nhất mà hệ điều hành của bạn có thể quản lý một cách độc lập. Nó có thể là bất cứ điều gì từ việc khởi động một chương trình hoặc lưu một tập tin.

Lõi CPU của bạn chịu trách nhiệm xử lý các luồng này. Trong bất kỳ CPU nào, mỗi lõi có thể thực thi ít nhất một luồng tại một thời điểm. Như đã đề cập, có nhiều lõi hơn mang lại khả năng đa nhiệm tốt hơn, nhưng khả năng xử lý nhiều luồng hơn cũng có thể dẫn đến kết quả tương tự.

Biết được sự khác biệt giữa khả năng của luồng và lõi, cùng với việc hiểu vai trò của chúng trong CPU, có thể giúp bạn đưa ra lựa chọn tốt nhất cho nhu cầu của mình.

Đa luồng là gì?

Như bạn có thể đoán, việc chỉ gửi một luồng tới chip xử lý, đợi tác vụ hoàn thành rồi gửi luồng tiếp theo có thể rất tốn thời gian. Vì điều này, các kỹ sư máy tính đã phát triển các phương pháp và chiến lược khác nhau để xử lý nhiều luồng hơn trong thời gian ngắn hơn.

Giải pháp đơn giản nhất là chia một luồng thành các luồng riêng biệt, nhỏ hơn và để CPU chạy chúng song song. Điều này được gọi là "Đa luồng" (đừng nhầm lẫn với Đa luồng đồng thời hoặc tạm thời). Một chương trình có thể được phân luồng nhẹ hoặc nhiều tùy thuộc vào cách nó được phát triển.

Các khái niệm về tích hợp các chiến lược đa luồng khác nhau đã có từ những năm 50. Nhưng phải đến cuối những năm 90, Intel mới sử dụng công nghệ có tên Đa luồng đồng thời (SMT) để phát triển kỹ thuật đa luồng dựa trên phần cứng cho máy tính để bàn. Intel đặt tên cho chức năng này Công nghệ siêu phân luồng và giới thiệu nó trong chip xử lý máy tính để bàn Intel Pentium 4 vào năm 2002.

Với Siêu phân luồng của Intel, tối đa hai luồng có thể chia sẻ cùng tài nguyên của lõi CPU để hoàn thành các tác vụ mong muốn. Nói cách khác, bạn hầu như có quyền tiếp cận gấp đôi số lượng “công nhân” có thể hoàn thành nhiệm vụ của bạn. Tuy nhiên, mỗi nhóm gồm hai công nhân chia sẻ cùng một nguồn tài nguyên.

Siêu phân luồng: Ưu và nhược điểm

Lợi ích chính của Siêu phân luồng là nó tăng đáng kể hiệu suất hệ thống bằng cách sử dụng nhiều tài nguyên xử lý có sẵn hơn. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, đơn luồng vẫn có thể được ưu tiên hơn.

Trong hầu hết các trường hợp, đặc biệt là trong quá trình đa nhiệm hàng ngày, lõi CPU của máy tính của bạn không hoạt động hết công suất. Điều đó có nghĩa là vẫn còn chỗ để xử lý thêm. Siêu phân luồng giải phóng sức mạnh xử lý chưa được sử dụng trong lõi CPU để chạy các luồng khác, từ đó mang lại trải nghiệm hợp lý hơn trong việc sử dụng tiềm năng tối đa của CPU.

Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng Hyper-Threading cũng có những nhược điểm rõ rệt. Nhược điểm chính là tăng mức tiêu thụ điện năng. So với các chip dựa trên ARM, bộ xử lý Intel nổi tiếng là lấy được nhiều năng lượng từ máy tính xách tay và Siêu phân luồng là một lý do tại sao.

Khi bộ xử lý tiêu thụ nhiều năng lượng hơn, Siêu phân luồng dẫn đến nhiệt độ cao và hiện tượng tiết lưu nhiệt, khiến CPU hoạt động chậm lại để tránh quá nhiệt. Ngoài ra, các thiết bị di động có CPU Intel như vậy yêu cầu hệ thống làm mát cồng kềnh hơn, điều này có thể làm tăng đáng kể trọng lượng và tỷ lệ của thiết bị.

Cuối cùng, vì việc nâng cao hiệu suất phụ thuộc rất nhiều vào ứng dụng nên việc thiết kế các ứng dụng sử dụng công nghệ Siêu phân luồng cuối cùng nằm trong tay các lập trình viên. Điều này làm tăng những thách thức trong việc phát triển các chương trình nhằm tối đa hóa hiệu quả. Hơn nữa, phần mềm không hỗ trợ Siêu phân luồng có thể không chạy trơn tru trong điều kiện sử dụng nhiều bộ xử lý.

Nhiều lõi hơn so với luồng: Cái nào tốt hơn?

Vì nó phụ thuộc rất nhiều vào các chương trình bạn định sử dụng nên rất khó để coi cái này quan trọng hơn cái kia trong mọi trường hợp. Nhiều lõi hơn thường dẫn đến nhiều tài nguyên sẵn có hơn. Mặt khác, nhiều luồng hơn có thể mang lại khả năng đa nhiệm tốt hơn, mặc dù không phải lúc nào cũng vậy.

Đối với các chương trình có nhiều luồng, việc có nhiều luồng dành riêng cho lõi CPU thường mang lại hiệu quả thực thi tốt hơn và nhanh hơn. Mặt khác, các chương trình được tối ưu hóa cho kiến ​​trúc lõi CPU đơn luồng có thể bị giảm hiệu suất khi bật Siêu phân luồng trên CPU.

Nói như vậy, một số người đã nhận thấy rằng một số trò chơi—cả cũ và mới—chạy tốt hơn đáng kể khi tắt Siêu phân luồng. Ví dụ: một người dùng trên Reddit tuyên bố rằng anh ta đã thấy về một FPS tăng 30% trong hầu hết các trò chơi khi anh ấy tắt Siêu phân luồng trên CPU Intel Core i9 của anh ấy.

Trong nhiều năm, Intel đã thống trị thị trường CPU trong máy tính xách tay và máy tính để bàn với những con chip cung cấp số luồng gấp đôi so với lõi nhờ Siêu phân luồng. Tuy nhiên, một số đối thủ gần đây đã bắt đầu nghiên cứu các kiến ​​trúc CPU khác nhau đã được chứng minh là cực kỳ hiệu quả trong khi cung cấp các lõi CPU đơn luồng.

Ví dụ: Apple Silicon là dòng chip dựa trên ARM đã được chứng minh là tiết kiệm năng lượng hơn đáng kể so với các mẫu dựa trên Intel trong các máy tính gần đây của Apple. Ngoài ra, một số máy tính xách tay Windows mới, bao gồm cả Microsoft Surface Pro 11, đã chuyển sang bộ xử lý ARM để có thời lượng pin và hiệu suất tốt hơn cho các trường hợp sử dụng hàng ngày. Tất cả các chip dựa trên ARM này đều có lõi đơn luồng.

Xét trên mọi khía cạnh, việc có nhiều luồng hơn không nhất thiết sẽ mang lại hiệu suất CPU tốt hơn. Tuy nhiên, việc có nhiều lõi hơn là yếu tố quyết định trực tiếp hơn đến khả năng xử lý các lệnh phức tạp và tốn nhiều tài nguyên hơn của bộ xử lý.

Những yếu tố nào khác quyết định hiệu suất của CPU?

Chúng tôi đã đề cập đến sự khác biệt giữa lõi bộ xử lý và luồng trong máy tính. Tuy nhiên, đó không phải là yếu tố duy nhất quyết định đầu ra cuối cùng của CPU.

Tốc độ đồng hồ (còn gọi là “tốc độ xung nhịp” hoặc đơn giản là “tần số”) là một trong những điểm khác biệt chính trong bộ xử lý máy tính. Nói tóm lại, tốc độ xung nhịp đo lường số chu kỳ mà CPU có thể hoàn thành mỗi giây. Chẳng hạn, bộ xử lý có tốc độ xung nhịp 3,2 GHz có thể thực hiện 3,2 tỷ chu kỳ mỗi giây.

Một tham số khác cần xem xét là bộ nhớ đệm của CPU. Bộ đệm CPU là bộ nhớ tốc độ cao lưu trữ dữ liệu được truy cập thường xuyên. Bộ nhớ đệm lớn hơn và nhanh hơn sẽ tăng tốc khả năng thực thi các tác vụ yêu cầu truy cập dữ liệu thường xuyên của CPU.

Bộ xử lý máy tính được chế tạo bằng quy trình sản xuất nanomet (nm) (chẳng hạn như 7nm hoặc 5nm). Các nút nhỏ hơn có nghĩa là có nhiều bóng bán dẫn hơn có thể lắp trên chip, dẫn đến hiệu suất và hiệu suất năng lượng cao hơn, vì tín hiệu truyền đi khoảng cách ngắn hơn và do đó cần ít thời gian và năng lượng hơn.

Các yếu tố khác như IPC (Hướng dẫn trên mỗi chu kỳ), tốc độ bus và công suất thiết kế nhiệt cũng đóng vai trò quyết định mức hiệu suất bạn có thể đạt được từ CPU.

Trước khi kết thúc, hãy để tôi giới thiệu cho bạn hiệu suất cao của chúng tôi VPS đám mây tại Cloudzy. Chúng tôi cung cấp CPU tốc độ cao 3,2 và 4,2 GHz cao cấp, bộ lưu trữ NVMe, băng thông cao và kết nối lên tới 10Gbps. Nếu bạn đang tìm kiếm một máy ảo chắc chắn, hãy nhớ xem các gói VPS của chúng tôi để biết độ tin cậy và tốc độ vượt trội!

Suy nghĩ cuối cùng: Chủ đề so với cốt lõi

Khi nói đến hiệu suất máy tính, CPU là bộ phận chính chịu trách nhiệm thực thi các chương trình. Lõi CPU là một đơn vị vật lý trong CPU để xử lý các tác vụ. Thông thường, CPU có nhiều lõi, mỗi lõi thực thi ít nhất một luồng.

Một luồng thường đề cập đến chuỗi hướng dẫn nhỏ nhất được gửi đến lõi CPU để xử lý. Mỗi lõi CPU có thể xử lý ít nhất một luồng tại một thời điểm. Trong các bộ xử lý có tính năng Siêu phân luồng, con số đó được tăng lên thành hai, nghĩa là hai luồng có thể sử dụng đồng thời tài nguyên của lõi để thực thi các tác vụ khác nhau.

Mặc dù các lõi hỗ trợ công nghệ SMT có thể xử lý nhiều luồng cùng một lúc và cung cấp khả năng đa nhiệm tốt hơn về mặt lý thuyết, nhưng điều đó không phải lúc nào cũng dẫn đến sự gia tăng trực tiếp về sản lượng xử lý.

Câu hỏi thường gặp

Có nhiều lõi hơn so với luồng có tốt hơn không?

Nó thay đổi tùy theo chương trình bạn định sử dụng. Các ứng dụng có nhiều luồng thường chạy tốt hơn nếu có nhiều luồng hơn, trong khi một số chương trình có thể chạy tốt hơn trên lõi đơn luồng. Tuy nhiên, nhiều lõi hơn có nghĩa là hiệu suất CPU tăng trực tiếp hơn.

Có bao nhiêu chủ đề trong một lõi?

Trong hầu hết các CPU Intel hiện nay, mỗi lõi có thể xử lý hai luồng cùng một lúc nhờ công nghệ có tên Siêu phân luồng. Nhưng đó không phải là trường hợp của tất cả các chip xử lý. Ví dụ: CPU dựa trên ARM có một luồng trên mỗi lõi.

Sự khác biệt giữa lõi và bộ xử lý là gì?

Lõi là một đơn vị xử lý vật lý bên trong bộ xử lý máy tính (CPU). Trong bộ xử lý, có thể có nhiều lõi, là các đơn vị xử lý riêng lẻ có thể thực hiện các lệnh một cách độc lập.