O que são núcleos e threads e como eles afetam o desempenho do processador?

Os processadores são o coração de qualquer dispositivo moderno, e entender como eles funcionam é essencial para saber o que esperar em termos de desempenho. Dois dos principais componentes que afetam diretamente essa performance são os núcleos e as threads. Com certeza, ao pesquisar sobre processadores ou os chips utilizados em GPUs e dispositivos móveis, você já se deparou com estes dois termos.

Mas afinal, o que são esses termos que tanto ouvimos ao falar quando o assunto são CPUs? Eles são os responsáveis por definir a quantidade de tarefas que um processador pode executar ao mesmo tempo e a eficiência com que essas tarefas são realizadas.

Neste artigo pretendemos descomplicar esses conceitos e mostrar como eles afetam o desempenho do seu computador, seja para atividades cotidianas, como navegação na internet, ou para tarefas mais pesadas, como edição de vídeos e jogos. Entenda de uma vez por todas o papel dos núcleos e das threads, suas diferenças e como utilizá-los para tirar o melhor proveito do seu hardware. Vamos lá!?

O que são núcleos de CPU?

Os núcleos de CPU são as unidades físicas de processamento dentro de um processador. Cada núcleo é capaz de executar uma tarefa de forma independente, permitindo que a CPU realize múltiplas operações simultaneamente. Isso significa que, quanto mais núcleos um processador tiver, maior será sua capacidade de lidar com tarefas complexas e exigentes.

Originalmente, os processadores possuíam apenas um único núcleo, o que limitava suas capacidades de multitarefa. No entanto, com o avanço da tecnologia, os fabricantes começaram a adicionar mais núcleos para melhorar o desempenho. Hoje, é comum encontrarmos processadores com quatro, oito ou até mais núcleos, cada um funcionando de forma independente para maximizar a eficiência.

Além de terem múltiplos núcleos, os chips atuais também utilizam núcleos com capacidades diferentes. Ou seja, a depender da arquitetura, ele terá um ou mais núcleos super rápidos e potentes e outros núcleos menos potentes que serão usados para tarefas menos exigentes. Essa técnica ficou conhecida como big.LITTLE. Caso queira aprender um pouco mais sobre ela, basta ler o artigo abaixo:

• O que é a tecnologia big.LITTLE, da Arm, e porquê ela revolucionou os dispositivos móveis?

Os núcleos são especialmente importantes para aplicações que exigem muita capacidade de processamento, como renderização de vídeo, jogos e execução de múltiplas máquinas virtuais. Nessas situações, a presença de múltiplos núcleos garante que as tarefas sejam divididas e realizadas de maneira mais rápida e eficiente, melhorando significativamente o desempenho geral do sistema.

O que são threads?

Threads são sequências de instruções que um núcleo de CPU pode processar. Enquanto os núcleos são unidades físicas, as threads são as menores unidades de trabalho que podem ser gerenciadas de maneira independente. Cada núcleo é capaz de lidar com pelo menos uma thread, permitindo que várias operações sejam realizadas de maneira simultânea. Para entender um pouco melhor este conceito, leia o artigo abaixo:

• Entenda o que são as threads dos processadores

As threads físicas estão diretamente ligadas aos núcleos disponíveis no processador, enquanto as threads lógicas são criadas através de técnicas como o Hyper-Threading. Em um sistema de múltiplos núcleos, cada núcleo pode suportar múltiplas threads lógicas, permitindo que o sistema operacional veja mais ‘núcleos’ do que fisicamente existem, o que otimiza o uso de recursos.

Hyper-Threading (tecnologia da Intel) e Simultaneous Multithreading (SMT, usada pela AMD) são técnicas que permitem que cada núcleo físico se comporte como dois núcleos lógicos. Isso significa que, quando um núcleo está ocioso aguardando uma operação ser concluída, ele pode começar a processar outra thread, aumentando a eficiência. Embora essa técnica não duplique a capacidade de processamento, ela melhora significativamente a utilização do núcleo e permite uma melhor distribuição de tarefas.

O Hyper-Threading foi introduzido pela Intel em 2002, inicialmente em processadores Pentium 4. O SMT da AMD funciona de maneira semelhante, permitindo que cada núcleo físico execute duas linhas de instruções em paralelo, desde que os recursos do núcleo permitam. Essa abordagem é ideal para tarefas que são otimizadas para múltiplas threads, como renderização 3D, compilação de software e multitarefa em geral. A principal vantagem do Hyper-Threading e do SMT é permitir que a CPU utilize o máximo dos seus recursos, minimizando o tempo de inatividade e aumentando o desempenho para tarefas intensivas em computação.

Diferenças entre núcleos e threads

Para entender como núcleos e threads impactam o desempenho dos processadores, é importante explorar suas diferenças fundamentais. Cada um tem um papel específico no processamento e multitarefa, e compreender essas funções é essencial para tirar o máximo proveito do hardware.

Núcleos são componentes físicos do processador, ou seja, são as unidades reais que realizam o processamento. Já as threads são componentes virtuais, representando sequências de instruções que podem ser distribuídas e gerenciadas pelos núcleos. Enquanto os núcleos lidam diretamente com a execução das operações, as threads permitem que essas operações sejam divididas e gerenciadas de forma mais eficiente.

Os núcleos são responsáveis pela execução direta de operações, e cada núcleo pode processar uma tarefa de forma independente. As threads permitem que cada núcleo processe mais de uma tarefa ao mesmo tempo, aumentando a eficiência e a capacidade de multitarefa. Quanto mais núcleos um processador tem, maior é sua capacidade de lidar com várias operações simultaneamente. Já as threads otimizam o uso dos núcleos, permitindo que estes realizem mais trabalho ao mesmo tempo, reduzindo o tempo ocioso.

Os núcleos têm um impacto direto na capacidade de processamento bruto do processador. Quanto mais núcleos, maior será a capacidade de realizar múltiplas operações ao mesmo tempo, ideal para tarefas intensivas como edição de vídeo e jogos. Já as threads ajudam a maximizar o uso dos núcleos, garantindo que eles estejam ocupados o tempo todo, otimizando o desempenho para tarefas que podem ser realizadas em paralelo.

Casos de uso de núcleos e threads

Os núcleos e threads têm papéis distintos e complementares em diferentes aplicações práticas. Vamos ver alguns exemplos de casos de uso para jogos, edição de vídeo e servidores.

• Jogos: Em jogos modernos, núcleos adicionais são essenciais para garantir um bom desempenho, especialmente em jogos que utilizam física avançada ou inteligência artificial complexa. Threads também são importantes, pois ajudam a distribuir tarefas menores, como cálculo de iluminação e movimentação de personagens, aumentando a fluidez do jogo e evitando travamentos.
• Edição de vídeo: Programas de edição de vídeo, como Adobe Premiere ou DaVinci Resolve, se beneficiam enormemente de processadores com múltiplos núcleos. Isso porque a renderização e a aplicação de efeitos são tarefas que podem ser divididas entre vários núcleos, acelerando o processo. Além disso, múltiplas threads ajudam a gerenciar outras atividades em segundo plano, como a reprodução do vídeo enquanto o software aplica efeitos em outra parte do projeto.
• Servidores: Em servidores, especialmente em ambientes de hospedagem de múltiplos sites ou máquinas virtuais, cada núcleo pode ser dedicado a uma tarefa específica, como atender a uma solicitação de cliente ou manter uma máquina virtual. As threads, por sua vez, ajudam a otimizar o uso desses núcleos, permitindo que múltiplas requisições sejam tratadas simultaneamente sem desperdício de recursos.

Quando se trata de escolher entre mais núcleos ou mais threads, é importante considerar o tipo de tarefa a ser realizada. Mais núcleos são necessários quando estamos lidando com tarefas que exigem processamento pesado, como renderização, simulações ou uso intensivo de máquinas virtuais. Nesses casos, cada núcleo adicional aumenta a capacidade do sistema de lidar com múltiplas operações ao mesmo tempo, resultando em uma melhora significativa na performance geral.

Por outro lado, múltiplas threads fazem a diferença em situações onde o objetivo é aproveitar ao máximo os recursos disponíveis para tarefas que podem ser paralelizadas, mas que não necessariamente exigem poder de processamento bruto. Aplicações que envolvem multitarefa, como jogos otimizados para várias threads ou edição de áudio e vídeo, beneficiam-se dessa abordagem, pois as threads permitem um uso mais eficiente dos núcleos, reduzindo o tempo ocioso e melhorando o desempenho multitarefa de maneira geral.

Conclusão

Entender a diferença entre núcleos e threads é essencial para aproveitar ao máximo o desempenho do seu processador e escolher a melhor configuração para suas necessidades. De maneira geral, núcleos determinam a capacidade de processamento bruto, enquanto threads otimizam o uso dos recursos disponíveis.

Resumo:

• Núcleos de CPU são unidades físicas que permitem o processamento simultâneo de várias tarefas.
• Threads são sequências de instruções que utilizam os núcleos para executar múltiplas tarefas em paralelo.
• Diferença entre núcleos e threads: núcleos são componentes físicos, enquanto threads são lógicas e ajudam a dividir o trabalho de forma mais eficiente.
• Hyper-Threading e SMT permitem que um núcleo físico atue como dois lógicos, aumentando a eficiência sem duplicar o poder de processamento.
• Casos de uso: Jogos, edição de vídeo e servidores se beneficiam de diferentes combinações de núcleos e threads.
• Quando escolher mais núcleos ou mais threads: Núcleos são melhores para tarefas pesadas e threads ajudam a maximizar a eficiência no uso dos núcleos.

Compreender esses conceitos ajuda a fazer escolhas mais informadas sobre qual CPU adquirir, garantindo que o processador seja adequado para as tarefas específicas, seja em multitarefa, jogos ou processamento intenso de dados.