พื้นฐานของ CPU: Cores, Hyper-Threading และ CPU หลายตัวคืออะไร

หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) ในคอมพิวเตอร์ของคุณทำหน้าที่คำนวณ - เรียกใช้โปรแกรมโดยทั่วไป แต่ซีพียูสมัยใหม่มีคุณสมบัติเช่นหลายคอร์และไฮเปอร์เธรด พีซีบางเครื่องใช้ซีพียูหลายตัวด้วยซ้ำ เราจะอธิบายความแตกต่างและวิธีการทำงาน

Hyper-Threading และ Multithreading พร้อมกันคืออะไร?

Multithreading พร้อมกัน (เรียกว่า Hyper-Threading โดย Intel) ช่วยให้ CPU ตัวเดียวทำงานหลายอย่างพร้อมกันแทนที่จะทำงานตามลำดับ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพในสถานการณ์ส่วนใหญ่

Hyper-threading เป็นความพยายามครั้งแรกของ Intel ที่จะนำการประมวลผลแบบขนานมาสู่พีซีของผู้บริโภคย้อนกลับไปในปี 2545 Pentium 4 ในปัจจุบันมีแกน CPU เพียงแกนเดียว ดังนั้นมันจึงสามารถทำงานได้ทีละงานเท่านั้น แม้ว่าจะสามารถสลับระหว่าง งานได้เร็วพอที่ดูเหมือนทำงานหลายอย่างพร้อมกัน Hyper-Threading — เรียกว่า simultaneous multithreading (SMT) บน AMD และโปรเซสเซอร์อื่นๆ ที่ไม่ใช่ Intel — พยายามทำเพื่อสิ่งนี้

หมายเหตุ: พูดกันตามตรง เฉพาะ โปรเซสเซอร์ Intel เท่านั้นที่มีไฮเปอร์เธรด อย่างไรก็ตาม คำนี้บางครั้งใช้เรียกขานเพื่ออ้างถึงมัลติเธรดพร้อมกันชนิดใดก็ได้

แกน CPU แบบฟิสิคัลเดี่ยวที่มีไฮเปอร์เธรดหรือมัลติเธรดพร้อมกันจะปรากฏเป็น CPU แบบโลจิคัลสองตัวสำหรับระบบปฏิบัติการ CPU ยังคงเป็น CPU เดียวดังนั้นจึงโกงเล็กน้อย ในขณะที่ระบบปฏิบัติการเห็น CPU สองตัวสำหรับแต่ละคอร์ ฮาร์ดแวร์ CPU จริงมีทรัพยากรการดำเนินการเพียงชุดเดียวสำหรับแต่ละคอร์ CPU แสร้งทำเป็นว่ามีคอร์มากกว่าที่มีอยู่ และใช้ตรรกะของตัวเองเพื่อเพิ่มความเร็วในการดำเนินการโปรแกรม กล่าวอีกนัยหนึ่ง ระบบปฏิบัติการถูกหลอกให้มองเห็น CPU สองตัวสำหรับแกน CPU ที่แท้จริงแต่ละแกน

Hyper-threading อนุญาตให้แกน CPU แบบโลจิคัลสองคอร์ใช้ทรัพยากรการประมวลผลทางกายภาพร่วมกัน สิ่งนี้สามารถเร่งความเร็วได้บ้าง — หาก CPU เสมือนตัวหนึ่งหยุดทำงานและกำลังรอ CPU เสมือนอีกตัวสามารถยืมทรัพยากรการดำเนินการได้ Hyper-threading สามารถเพิ่มความเร็วให้กับระบบของคุณ แต่ไม่มีที่ใดใกล้เคียงกับการมีแกนเพิ่มเติมจริง

โชคดีที่ตอนนี้การทำไฮเปอร์เธรดเป็นเพียงโบนัส ในขณะที่โปรเซสเซอร์ผู้บริโภคเดิมที่มีไฮเปอร์เธรดมีเพียงคอร์เดียวที่ปลอมเป็นหลายคอร์ ปัจจุบันซีพียูสมัยใหม่มีทั้งมัลติคอร์และเทคโนโลยีไฮเปอร์เธรดหรือ SMT CPU แบบ hexa-core ที่มีไฮเปอร์เธรดดิ้งจะปรากฏเป็น 12 คอร์ในระบบปฏิบัติการของคุณ ในขณะที่ CPU แบบ octa-core ที่มีไฮเปอร์เธรดจะปรากฏเป็น 16 คอร์ Hyper-threading ไม่สามารถทดแทนคอร์เพิ่มเติมได้ แต่ CPU แบบดูอัลคอร์ที่มีไฮเปอร์เธรดควรทำงานได้ดีกว่า CPU แบบดูอัลคอร์ที่ไม่มีไฮเปอร์เธรด

CPU Cores คืออะไร?

เดิมซีพียูมีคอร์เดียว นั่นหมายความว่า CPU จริงมีหน่วยประมวลผลกลางตัวเดียว เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ผู้ผลิตได้เพิ่ม "คอร์" หรือหน่วยประมวลผลกลางเพิ่มเติม CPU แบบดูอัลคอร์มีหน่วยประมวลผลกลางสองหน่วย ดังนั้นระบบปฏิบัติการจึงดูเหมือนเป็นสองซีพียู ตัวอย่างเช่น CPU ที่มีสองคอร์สามารถรันสองกระบวนการที่แตกต่างกันในเวลาเดียวกัน สิ่งนี้ทำให้ระบบของคุณเร็วขึ้นเนื่องจากคอมพิวเตอร์ของคุณสามารถทำหลายสิ่งพร้อมกันได้

ไม่เหมือนไฮเปอร์เธรดดิ้งตรงที่ไม่มีลูกเล่น — CPU แบบดูอัลคอร์มีหน่วยประมวลผลกลางสองตัวบนชิป CPU CPU แบบ Quad-core มีหน่วยประมวลผลกลาง 4 หน่วย CPU แบบ octa-core มีหน่วยประมวลผลกลาง 8 หน่วย และอื่นๆ

สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมากในขณะที่รักษาหน่วย CPU จริงให้เล็กพอที่จะใส่ในซ็อกเก็ตเดียว จำเป็นต้องมีซ็อกเก็ต CPU เดียวที่มีหน่วย CPU เดียวเสียบเข้าไป — ไม่ใช่ซ็อกเก็ต CPU สี่ซ็อกเก็ตที่แตกต่างกันซึ่งมี CPU สี่ตัวที่แตกต่างกัน ซึ่งแต่ละซ็อกเก็ตต้องการพลังงาน การระบายความร้อน และฮาร์ดแวร์อื่นๆ ของตัวเอง มีเวลาแฝงน้อยกว่าเนื่องจากคอร์สามารถสื่อสารได้เร็วกว่าเนื่องจากทั้งหมดอยู่บนชิปตัวเดียวกัน

ตัวจัดการงานของ Windows แสดงสิ่งนี้ได้ค่อนข้างดี ตัวอย่างเช่น ที่นี่ คุณจะเห็นว่าระบบนี้มี CPU หนึ่งตัว (ซ็อกเก็ต) และ 8 คอร์ การทำงานแบบมัลติเธรดพร้อมกันทำให้แต่ละคอร์ดูเหมือน CPU สองตัวสำหรับระบบปฏิบัติการ ดังนั้นมันจึงแสดงตัวประมวลผลแบบลอจิคัล 16 ตัว

การกำหนดค่า CPU แบบ Multi-Core ทั้งหมดเหมือนกันหรือไม่

ไม่ การกำหนดค่า CPU แบบมัลติคอร์ไม่เหมือนกันทั้งหมด มีปรัชญาการออกแบบที่แตกต่างกันสองประการที่คุณจะพบเมื่อดูซีพียูแบบมัลติคอร์

การกำหนดค่าประเภทเดียว — และประเภทที่ใช้กันทั่วไปในพีซีสำหรับผู้บริโภคมานานหลายปี — ใช้คอร์ที่เหมือนกันหลายคอร์ ในการตั้งค่าเหล่านี้ หากคุณมีระบบ octa-core โปรเซสเซอร์ทั้ง 8 ตัวเป็น CPU ประสิทธิภาพสูง และทั้งหมดได้รับการปรับให้เหมาะสมด้วยวิธีเดียวกัน

ส่วนอีกแบบหนึ่งใช้ส่วนผสมของคอร์ที่แตกต่างกัน (บางครั้งเรียกว่าสถาปัตยกรรมคอร์ที่แตกต่างกัน) โดยทั่วไป การตั้งค่าเหล่านี้จะใช้สองประเภทที่แตกต่างกัน: คอร์ประสิทธิภาพและคอร์ประสิทธิภาพ

รูปแบบการตั้งชื่อที่แม่นยำอาจแตกต่างกันไปเล็กน้อยระหว่างบริษัทและแอปพลิเคชัน แต่แนวคิดพื้นฐานจะเหมือนกัน แกนประสิทธิภาพสงวนไว้สำหรับงานเบื้องหลังและงานที่มีความต้องการต่ำ แกนเหล่านี้ใช้พลังงานน้อยลง แกนประสิทธิภาพเป็นสิ่งที่ตรงกันข้าม ใช้พลังงานมากกว่ามากแต่ให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่ามากในงานที่ต้องการ เช่น การเล่นเกม การรวมกันนี้ให้ประสิทธิภาพเมื่อคุณต้องการ แต่ใช้พลังงานพื้นหลังน้อยลง

ที่เกี่ยวข้อง: การลด GPU หรือ CPU คืออะไร และคุณควรทำเมื่อใด

การตั้งค่าแบบมัลติคอร์ที่ต่างกันนี้ (เรียกว่า big.LITTLE โดย ARM) เริ่มได้รับความนิยมในโทรศัพท์มือถือและอุปกรณ์พกพาอื่นๆ เนื่องจากการประหยัดพลังงานที่นำเสนอ เมื่อคุณต้องการให้โทรศัพท์ใช้งานได้ตลอดทั้งวัน มันไม่สมเหตุสมผลเลยที่จะระบายแบตเตอรี่โดยไม่จำเป็นด้วยการใช้งานคอร์พลังงานสูงตลอดเวลา Intel ยังแนะนำแนวคิดนี้ใน CPU เดสก์ท็อปหลัก โดยเริ่มจากโปรเซสเซอร์ Alder Lake

แล้วซีพียูหลายตัวล่ะ?

คอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่มีซีพียูเพียงตัวเดียว CPU ตัวเดียวนั้นอาจมีหลายคอร์หรือเทคโนโลยีไฮเปอร์เธรด แต่ยังคงเป็นเพียงยูนิต CPU จริงเพียงยูนิตเดียวที่เสียบเข้ากับซ็อกเก็ต CPU เดียวบนเมนบอร์ด

ที่เกี่ยวข้อง: ทำไมคุณไม่สามารถใช้ความเร็วสัญญาณนาฬิกาของ CPU เพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์

ก่อนที่ CPU แบบไฮเปอร์เธรดและมัลติคอร์จะมาถึง ผู้คนพยายามที่จะเพิ่มพลังการประมวลผลเพิ่มเติมให้กับคอมพิวเตอร์โดยการเพิ่ม CPU เพิ่มเติม ต้องใช้เมนบอร์ดที่มีซ็อกเก็ต CPU หลายตัว เมนบอร์ดยังต้องการฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมเพื่อเชื่อมต่อซ็อกเก็ต CPU เหล่านั้นกับ RAM และทรัพยากรอื่นๆ มีค่าใช้จ่ายมากมายในการตั้งค่าประเภทนี้ มีเวลาแฝงเพิ่มเติมหาก CPU จำเป็นต้องสื่อสารระหว่างกัน ระบบที่มี CPU หลายตัวจะใช้พลังงานมากกว่า และเมนบอร์ดต้องการซ็อกเก็ตและฮาร์ดแวร์เพิ่มเติม

ระบบที่มี CPU หลายตัวไม่ได้มีอยู่ทั่วไปในพีซีผู้ใช้ตามบ้านในปัจจุบัน แม้แต่เดสก์ท็อปสำหรับเล่นเกมที่ใช้พลังงานสูงซึ่งมีกราฟิกการ์ดหลายตัวก็มักจะมีซีพียูเพียงตัวเดียว คุณจะพบระบบ CPU หลายระบบในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ เซิร์ฟเวอร์ เวิร์กสเตชันบางเครื่อง และระบบระดับไฮเอนด์ที่คล้ายกันซึ่งต้องการพลังการประมวลผลตัวเลขมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

ยิ่งคอมพิวเตอร์มี CPU หรือคอร์มากเท่าไร ก็ยิ่งสามารถทำสิ่งต่างๆ ได้มากขึ้นพร้อมๆ กัน ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของงานส่วนใหญ่ ปัจจุบันคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่มี CPU ที่มีหลายคอร์ ซึ่งเป็นตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพที่สุดที่เราพูดถึง คุณจะพบซีพียูที่มีหลายคอร์ในสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตสมัยใหม่

ความเร็วสัญญาณนาฬิกาสำหรับ CPU และ IPC (คำสั่งต่อรอบ) เคยเพียงพอเมื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพ สิ่งต่าง ๆ ไม่ง่ายอีกต่อไป CPU ที่มีหลายคอร์และไฮเปอร์เธรดอาจทำงานได้ดีกว่า CPU ที่มีความเร็วเท่ากันซึ่งไม่มีไฮเปอร์เธรด และพีซีที่มี CPU หลายตัวสามารถมีข้อได้เปรียบที่ยิ่งใหญ่กว่านั้น คุณลักษณะทั้งหมดนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้พีซีสามารถเรียกใช้หลายกระบวนการพร้อมกันได้ง่ายขึ้น — เพิ่มประสิทธิภาพของคุณเมื่อทำงานหลายอย่างพร้อมกันหรืออยู่ภายใต้ความต้องการของแอปที่ทรงพลัง เช่น โปรแกรมเข้ารหัสวิดีโอและเกมสมัยใหม่

แน่นอนว่าจำนวนคอร์ที่สูงขึ้นนั้นไม่ใช่สิ่งสำคัญในทุกสถานการณ์ ระบบปฏิบัติการสมัยใหม่ค่อนข้างฉลาดในการแยกงานระหว่างหลายคอร์ แต่ไม่ใช่ทุกโปรแกรมที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม ในหลายกรณี (โดยเฉพาะการเล่นเกม) ประสิทธิภาพจะถูกจำกัดด้วยความเร็วสูงสุดของแต่ละคอร์เป็นหลัก มากกว่าจำนวนคอร์ทั้งหมดที่คุณมี ดังนั้นอย่ารีบร้อนที่จะซื้อ CPU Threadripper แบบ 64 คอร์โดยคิดว่ามันจะทำให้คุณได้รับ FPS พันล้านใน Call of Duty — มันไม่ใช่