CPU Temelleri: Çekirdekler, Hyper-Threading ve Çoklu CPU Nedir?

Bilgisayarınızdaki merkezi işlem birimi (CPU), temel olarak programları çalıştıran hesaplama işini yapar. Ancak modern CPU'lar, birden çok çekirdek ve hiper iş parçacığı gibi özellikler sunar. Hatta bazı PC'ler birden çok CPU kullanır. Farklılıkları ve nasıl çalıştıklarını açıklayacağız.

Hyper-Threading ve Eşzamanlı Çoklu Kullanım Nedir?

Eşzamanlı Çoklu İş Parçacığı (Intel tarafından Hyper-Threading olarak adlandırılır), tek bir CPU'nun birden çok görevi sıralı yerine aynı anda çalıştırmasına olanak tanır ve bu da çoğu durumda performansı artırır.

Hyper-threading, Intel'in paralel hesaplamayı 2002'de tüketici bilgisayarlarına getirmeye yönelik ilk girişimiydi. Dönemin Pentium 4'leri yalnızca tek bir CPU çekirdeğine sahipti, bu nedenle bir seferde yalnızca bir görev gerçekleştirebiliyordu — arasında geçiş yapabilse bile görevler, çoklu görev gibi görünecek kadar hızlı. AMD ve diğer Intel dışı işlemcilerde eşzamanlı çoklu iş parçacığı (SMT) olarak adlandırılan Hyper-Threading, bunu telafi etmeye çalıştı.

Not: Açıkça söylemek gerekirse, yalnızca Intel işlemcilerde hiper iş parçacığı vardır, ancak bu terim bazen halk arasında herhangi bir türde eşzamanlı çoklu iş parçacığına atıfta bulunmak için kullanılır.

Hyper-threading veya eşzamanlı çoklu-threading özelliğine sahip tek bir fiziksel CPU çekirdeği, bir işletim sistemine iki mantıksal CPU olarak görünür. CPU hala tek bir CPU, bu yüzden biraz hileli. İşletim sistemi her çekirdek için iki CPU görürken, gerçek CPU donanımı her çekirdek için yalnızca tek bir yürütme kaynakları kümesine sahiptir. CPU, olduğundan daha fazla çekirdeğe sahipmiş gibi davranır ve programın yürütülmesini hızlandırmak için kendi mantığını kullanır. Başka bir deyişle, işletim sistemi her gerçek CPU çekirdeği için iki CPU görmesi için kandırılır.

Hyper-threading, iki mantıksal CPU çekirdeğinin fiziksel yürütme kaynaklarını paylaşmasına izin verir. Bu, işleri biraz hızlandırabilir — bir sanal CPU durursa ve beklerse, diğer sanal CPU yürütme kaynaklarını ödünç alabilir. Hiper iş parçacığı sisteminizi hızlandırabilir, ancak gerçek ek çekirdeklere sahip olmak kadar iyi değildir.

Neyse ki, hyper-threading artık sadece bir bonus. Hyper-threading özelliğine sahip orijinal tüketici işlemcileri, birden çok çekirdek kılığına giren yalnızca tek bir çekirdeğe sahipken, modern CPU'lar artık hem birden çok çekirdeğe hem de hyper-threading veya SMT teknolojisine sahip. Hyper-threading özelliğine sahip altı çekirdekli CPU'nuz işletim sisteminize 12 çekirdek olarak görünürken, hyper-threading özelliğine sahip sekiz çekirdekli CPU'nuz 16 çekirdek olarak görünür. Hyper-threading, ek çekirdeklerin yerine geçmez, ancak hyper-threading özellikli çift çekirdekli bir CPU, hyper-threading içermeyen çift çekirdekli bir CPU'dan daha iyi performans göstermelidir.

CPU Çekirdekleri Nedir?

Başlangıçta, CPU'ların tek bir çekirdeği vardı. Bu, fiziksel CPU'nun üzerinde tek bir merkezi işlem birimi olduğu anlamına geliyordu. Performansı artırmak için üreticiler ek "çekirdekler" veya merkezi işlem birimleri eklediler. Çift çekirdekli bir CPU'nun iki merkezi işlem birimi vardır, bu nedenle işletim sistemine iki CPU olarak görünür. Örneğin, iki çekirdekli bir CPU aynı anda iki farklı işlemi çalıştırabilir. Bu, bilgisayarınızı aynı anda birden çok şey yapabildiğinden sisteminizi hızlandırır.

Hyper-threading'in aksine, burada hiçbir hile yoktur — çift çekirdekli bir CPU'nun tam anlamıyla CPU çipinde iki merkezi işlem birimi vardır. Dört çekirdekli bir CPU'nun dört merkezi işlem birimi vardır, sekiz çekirdekli bir CPU'nun sekiz merkezi işlem birimi vardır, vb.

Bu, fiziksel CPU birimini tek bir yuvaya sığacak kadar küçük tutarken performansı önemli ölçüde artırmaya yardımcı olur. Yalnızca içine tek bir CPU ünitesi takılı tek bir CPU soketi olması gerekir - her biri kendi gücüne, soğutmasına ve diğer donanıma ihtiyaç duyan dört farklı CPU'lu dört farklı CPU soketi olması gerekmez. Hepsi aynı çip üzerinde olduğundan çekirdekler daha hızlı iletişim kurabildiğinden daha az gecikme olur.

Windows Görev Yöneticisi bunu oldukça iyi gösteriyor. Burada, örneğin, bu sistemin bir gerçek CPU'ya (soket) ve 8 çekirdeğe sahip olduğunu görebilirsiniz. Eşzamanlı çoklu iş parçacığı, işletim sistemi için her çekirdeği iki CPU gibi gösterir, bu nedenle 16 mantıksal işlemci gösterir.

Tüm Çok Çekirdekli CPU Yapılandırmaları Aynı mı?

Hayır, tüm çok çekirdekli CPU yapılandırmaları aynı değildir. Çok çekirdekli CPU'lara baktığınızda karşılaşacağınız iki farklı tasarım felsefesi vardır.

Tek tip yapılandırma - ve yıllardır tüketici bilgisayarlarında yaygın olan tür - birden çok özdeş çekirdek kullanır. Bu kurulumlarda, sekiz çekirdekli bir sisteminiz varsa, bu sekiz işlemcinin tümü yüksek performanslı CPU'lardır ve hepsi aynı şekilde optimize edilmiştir.

Diğeri, farklı çekirdeklerin bir karışımını kullanır (bazen heterojen çekirdek mimarisi olarak adlandırılır). Tipik olarak, bu kurulumlar iki farklı tür kullanır: performans çekirdekleri ve verimlilik çekirdekleri.

Kesin adlandırma şeması, şirketler ve uygulamalar arasında biraz farklılık gösterir, ancak temel fikir aynıdır. Verimlilik çekirdekleri, arka plan ve düşük talep gerektiren görevler için ayrılmıştır. Bu çekirdekler daha az güç tüketir. Performans çekirdekleri ise tam tersidir. Önemli ölçüde daha fazla güç tüketirler ancak oyun oynama gibi zorlu görevlerde çok daha iyi performans verirler. Kombinasyon, ihtiyaç duyduğunuzda performans sağlar, ancak daha düşük arka plan enerji kullanımı sağlar.

İLİŞKİLİ: Bir GPU veya CPU'yu Düşük Voltajlamak Nedir ve Bunu Ne Zaman Yapmalısınız?

Bu heterojen çok çekirdekli kurulum (ARM tarafından big.LITTLE olarak adlandırılır), sundukları güç tasarrufu nedeniyle ilk olarak cep telefonlarında ve diğer mobil cihazlarda popüler oldu. Telefonunuzun tüm gün dayanmasına ihtiyaç duyduğunuzda, her zaman yüksek güçlü bir çekirdek çalıştırarak pilinizi gereksiz yere boşaltmak mantıklı değildir. Intel, Alder Lake işlemcilerinden başlayarak bu fikri ana akım masaüstü CPU'larında da tanıttı.

Birden Fazla CPU Ne Olacak?

Çoğu bilgisayarda yalnızca tek bir CPU bulunur. Bu tek CPU, birden çok çekirdeğe veya hyper-threading teknolojisine sahip olabilir - ancak yine de ana kart üzerindeki tek bir CPU soketine takılı yalnızca bir fiziksel CPU birimidir.

İLGİLİ: Bilgisayar Performansını Karşılaştırmak İçin Neden CPU Saat Hızını Kullanamıyorsunuz?

Hiper iş parçacığı ve çok çekirdekli CPU'lar ortaya çıkmadan önce, insanlar ek CPU'lar ekleyerek bilgisayarlara ek işlem gücü eklemeye çalıştı. Bu, birden fazla CPU soketine sahip bir anakart gerektirir. Anakart ayrıca bu CPU soketlerini RAM'e ve diğer kaynaklara bağlamak için ek donanıma ihtiyaç duyar. Bu tür bir kurulumda çok fazla ek yük var. CPU'ların birbirleriyle iletişim kurması gerekiyorsa, birden çok CPU'lu sistemler daha fazla güç tüketiyorsa ve anakartın daha fazla yuva ve donanıma ihtiyacı varsa ek gecikme olur.

Birden çok CPU'lu sistemler, günümüzde ev kullanıcısı bilgisayarları arasında pek yaygın değildir. Birden çok grafik kartına sahip yüksek güçlü bir oyun masaüstü bilgisayarı bile genellikle yalnızca tek bir CPU'ya sahip olacaktır. Süper bilgisayarlar, sunucular, bazı iş istasyonları ve alabildiğince çok sayı işleme gücüne ihtiyaç duyan benzer üst düzey sistemler arasında birden çok CPU sistemi bulacaksınız.

Bir bilgisayarda ne kadar çok CPU veya çekirdek varsa, aynı anda o kadar çok şey yapabilir ve çoğu görevde performansı artırmaya yardımcı olur. Çoğu bilgisayar artık birden çok çekirdekli CPU'lara sahiptir; bu, tartıştığımız en verimli seçenektir. Modern akıllı telefonlarda ve tabletlerde birden fazla çekirdeğe sahip CPU'lar bile bulacaksınız.

Bir CPU ve IPC'si (döngü başına talimat) için saat hızı, performansı karşılaştırırken yeterliydi. İşler artık o kadar basit değil. Birden fazla çekirdek ve hyper-threading sunan bir CPU, hyper-threading özelliği olmayan aynı hızdaki bir CPU'dan önemli ölçüde daha iyi performans gösterebilir. Birden fazla CPU'ya sahip PC'ler daha da büyük bir avantaja sahip olabilir. Tüm bu özellikler, PC'lerin aynı anda birden fazla işlemi daha kolay çalıştırmasına izin verecek şekilde tasarlanmıştır - çoklu görevler sırasında veya video kodlayıcılar ve modern oyunlar gibi güçlü uygulamaların talepleri altında performansınızı artırır.

Tabii ki, daha yüksek bir çekirdek sayısı her durumda o kadar da önemli değil. Modern işletim sistemleri, görevlerini birden fazla çekirdek arasında bölme konusunda oldukça akıllıdır, ancak tüm programlar bu kadar iyi optimize edilmemiştir. Çoğu durumda (özellikle oyun oynarken) performans, sahip olduğunuz toplam çekirdeğe sahip olmaktan çok, öncelikle tek bir çekirdeğin maksimum hızıyla sınırlıdır. Bu nedenle , Call of Duty'de size bir milyar FPS kazandıracağını düşünerek 64 çekirdekli bir Threadripper CPU satın almak için acele etmeyin - öyle olmayacak.