2005 — Microprocessadores Dual-Core: começa a guerra dos núcleos

Por décadas o desempenho dos microprocessadores foi determinado pela velocidade do clock e por certas melhorias na microarquitetura. Mas com o aumento do consumo de energia, ficou claro que não daria para manter o ritmo de ganho de frequência. Diante dessa situação, AMD e Intel decidiram trilhar outro caminho para melhorar o desempenho de suas CPUs: aumentar o número de núcleos.

O modelo de utilização tradicional dos computadores pessoais com o DOS e com as primeiras versões do Windows era limitado a uma tarefa por vez. Era impossível, por exemplo, rodar o Excel, o Word e o antivírus em segundo plano ao mesmo tempo no início dos anos 90. Fazia sentido trabalhar na melhoria do desempenho de uma única thread. O Windows acabou se tornando multitarefas, mas a demanda de desempenho para muitas tarefas era tão alta que os usuários desativavam certas tarefas para rodar outras. Além do mais, vendo o rápido crescimento do desempenho em thread única das CPUs, os designers de software continuaram criando aplicativos capazes de devorar a maioria dos recursos.

A consequência natural da demanda cada vez maior por desempenho de thread única foi a criação de uma microarquitetura que poderia ganhar velocidade de clock facilmente e que também poderia fazer uso de recursos não utilizados dos chips, executando duas threads de código em paralelo. A Intel desenvolveu a microarquitetura Netburst com tecnologia Hyper-Threading.

A maior peculiaridade da Intel Netburst era ter um pipeline bem longo: 20 estágios para o chip Willamette e 31 estágios para o processador Prescott, num aumento considerável em relação ao pipeline de 10 estágios do Intel Pentium III. Se por um lado os pipelines longos permitiam que os processadores operassem a velocidades de clock extremas, por outro criavam situações nas quais o software tinha que ser desenvolvido levando em conta o design do processador. A Intel esperava ser capaz de amplificar as velocidades de clock gradualmente, oferecendo desempenho capaz de competir com o que quer que a AMD produzisse. Mas com o núcleo Prescott de pipeline de 31 estágios, o ganho de desempenho cresceu bem mais devagar do que o consumo de energia.

Em maio de 2004, a Intel disse que, a longo prazo, suas CPUs não seriam baseadas na arquitetura Netburst, mas sim derivadas da microarquitetura de baixo consumo Pentium M. Fontes extraoficiais sugeriam que a Intel iria lançar chips com vários núcleos, e em outubro de 2004 a empresa cancelou a versão de 4,0 GHz do Pentium 4 e anunciou seus planos de lançar chips dual-core.

A AMD não se concentrou em velocidades máximas de clock ao projetar sua arquitetura AMD64, e integrou aos processadores vários recursos que permitiam a criação de CPUs de vários núcleos facilmente. Já em setembro de 2003 a empresa deixava claro que lançaria chips Opteron dual-core. Em abril de 2004, a AMD confirmou os planos de lançar a linha de chips dual-core, prevista para 2005.

Os microprocessadores dual-core para desktops e servidores foram lançados com sucesso no meio de 2005, tanto pela AMD quanto pela Intel. Foi uma virada para muitas indústrias adjacentes aos computadores cliente: a indústria da CPU mudou seu vetor desenvolvimento; a indústria do software mudou drasticamente: programas que não podiam tirar proveito de múltiplas threads ou morreram ou perderam popularidade; as vendas de servidores e estações de trabalho com mais de dois soquetes caíram consideravelmente; os usuários finais não ligavam mais para a velocidade do clock, mas sim para a quantidade de núcleos.

A emergência dos chips dual-core preparou o terreno para o futuro a longo prazo do desenvolvimento de CPUs, mostrando o ponto fraco da contínua evolução da velocidade de clock: é impossível aprimorar uma característica específica de um chip por muito tempo e obter um aumento linear de desempenho. Tanto a AMD quanto a Intel pretendem integrar as unidades de processamento gráfico (GPUs) às suas CPUs para acelerar a paralelização extrema de aplicativos e aceleradores para fins específicos com o intuito de aprimorar o desempenho de aplicativos específicos. Essa abordagem é chamada de multi-core heterogênea.