Processadores
Operação e Organização de Computadores
Objetivos
Conhecer os diferentes tipos de processadores existentes no mercado
Entender as diferenças de especificações entre processadores
Sumário
- Arquiteturas
- Características
- Soquetes (Sockets)
- Benchmarks
- Refrigeração
Arquiteturas
RISC ARM - Apple M1, Exynos, Snapdragon
CISC x86 Pentium II, Pentium III x64 Athlon 64, AMD Ryzen, i5 11600K
Lei de Moore
Cramming More Components on to Integrated Circuits
Número de transistores dobrando a cada 2 anos
nanometros
bilionésimo de 1 metro
Referência -> Folha de papel tem uma espessura de 100 nanômetros
Apple M1 Ultra - Mac Studio: 5nm
Décima segunda geração dos processadores Intel (Intel Core i9-12900KF) -> 10nm
Samsung Galaxy S22 Ultra - Qualcomm Snapdragon 8 Gen 1 -> 4nm
O que significa isso?
Distância entre os terminais do transistor é de 10nm
Distâncias menores -> velocidades maiores (menor distância a ser percorrida) Distâncias menores -> menor resistência (menor calor dissipado)
O quanto eu posso encolher?
Mais transitores por área -> maior calor gerado, menos espaço de dissipação
-> Pentium 4 de 4GHZ cancelado
Processod e fabricação de processadores
Solução dos fabricantes
Abordagem Multicore
Bastidores
Dificuldade da Intel de lidar com a fabricação de 10nm
Arquitetura Zen 3 da AMD -> 7nm
Arquitetura Zen 4 da AMD -> 5/6nm
Características
Arquitetura (Cisc, RISC, 32 64bits…)
Litografia (tamanho em nm)
Fabricante
Socket (Soquete)
Geração
Número de núcleos
Número de Threads por núcleo
Potência (W)
Clock (frequência de trabalho HZ)
Core
Núcleo físico
Abordagem multicore: Dual-core, Quad-core, Hexa-core, Octa-core, Deca-core
Complexidade -> Camadas mais altas
Exemplo
Threadripper: Processador da AMD com 32 núcleos
Vários núcleos inativos em jogos
Mercado
Mais fácil projetar/fabricar/vender processador com mais núcleos e frequência de trabalho menor do que menos núcleos com frequência de trabalho maior
Por quê?
Consumo de energia
Temperatura
Threads
Hyper threading (intel)
Simultaneous Multithreading (amd)
Núcleo virtual dentro de núcleo físico
(núcleo lógico ou virtual)
Execução de multiplas instruções (2) por ciclo de clock
Visão do sistema operacional -> Mais cores
Instruções
Memória RAM -> Processador
- Processador: Unidade de Busca -> Unidade de Decodificação -> Unidade de Execução
Pipeline
CPU com pipeline de 8 estágios?
Socket
O que é?
intel
amd
Cuidados
Processadores amd -> Mesmo soquete para várias gerações -> Quase sempre OK
Processadores intel -> Mesmo soquete para várias gerações -> NOT OK (incompatibilidades dependendo da geração)
Checar manual da placa-mãe
Qual processador escolher?
Qual a Aplicação?
Servidor?
Jogos?
Navegar na internet?
Escolha do poder de processamento
Benchmark
Desempenho multi-thread
Desempenho single-thread
Qual o orçamento?
Custo benefício (best value)
índice = score_CPU / Valor
Objetivo
Escolher um processador que não seja o gargalo do sistema computacional ao menor custo possível
O gargalo sempre vai existir
Benchmarks
ótima forma de comparar elementos de hardware
Aplicações específicas -> benchmarks específicos (renderização, modelagem 3d, jogos)
Procurar para software específico ( - Desempenho no jogo CSGO -> Análise do fps (frames por segundo) - Renderização -> Tempo para finalizar renderização base de teste (segundos - minutos )
Refrigeração
Objetivo: Resfriar o processador
Mover o calor para longe da superfície do CHIP
Thermal throttling
Sintomas
Problemas de aquecimento:
Calor elevado na máquina
Máquina desligando sozinha
Travamentos do sistema operacional
Travamentos em uso intenso
Thermal throttling
Como medir temperatura?
Termômetro apropriado
Software -> leitura dos sensores
Causas frequêntes
Overcloking
Não utilização da pasta térmica
Fixação do cooler incorreta
Software -> Sobrecarga do processador
- Processador mal dimensionado
Sistema de refrigeração ineficiente
Thermal throttling
Ambiente ideal
Ar condicionado -> 25C
Longe do sol
Circulação de ar
Como retirar o calor de dentro do computador?
Conduzir e dissipar!
Condutividade térmica
Conduzir o calor
Heatpipes
Dissipadores passivos
Aumentar a superfície de contato com o ar
Dissipadores ativos
Controlar o fluxo de ar
Tirar ar quente (exaustor)
Colocar ar frio (intake)
Processador
Solução que pode envolver Dissipadores passivos e/ou Dissipadores ativos
Water cooling
Refrigeração líquida
Condutividade térmica
Radiador
Soluções modulares (CPU, GPU)
kits
Pasta térmica
Aumentar a superfície de contato entre o processador e o dissipador passivo (preencher lacunas)
(ar -> isolante térmico)
Thermal pads
(silicone based)
Gabinete
Tendências
Intel
Até 2021
Continua com dificuldade com relação a fabricação de chips menores do que 10nm
Décima segunda geração: Mudança de paradigma na arquitetura x64 -> Introdução de dois tipos de núcleos (desempenho e eficiência)
Chips de desempenho (P chips) com consumo energético altíssimo (Power Hungry) Thermal throttling
AMD
Segue marketing de ter o melhor desempenho por Watt consumido
Consequência dos chips com transistores menores
Apple
Migrando toda a linha para M1 (faltando apenas MacPro)
Deve introduzir M2 em breve
Arquitetura RISC
Processadores mistos (tipos diferentes de processadores do mesmo die) e estratégia de memória unificada