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Processadores Multicore de 2ª geração

Autor: Laércio Vasconcelos
Data: 18/fev/2008

Sinopse
Inicialmente caros e avançados, os primeiros processadores dual core foram lançados em meados de 2005. Três anos depois, já na segunda geração tanto da Intel quanto da AMD, esses processadores dominam quase todo o mercado. Apenas poucos computadores de custo extremamente baixo continuam usando processadores mais simples de um só núcleo, como o Celeron e o Phenom. Mas mesmo esses modelos baratos serão em breve substituídos por produtos de dois núcleos. Este artigo é uma breve apresentação dos processadores duais e de quatro núcleos, dando destaque aos modelos de segunda geração. São apresentados também links para outros artigos do nosso site que trazem informações mais técnicas e detalhadas sobre processadores de dois e quatro núcleos.

A primeira geração de processadores duais consiste no AMD Athlon 64 X2 e nos processadores Intel Pentium D e Pentium Extreme Edition. O Athlon 64 X2 é formado por uma pastilha dupla de silício, contendo dois núcleos de Athlon 64. Processadores Pentium D e Pentium Extreme Edition são formados com a montagem de dois processadores Pentium 4 no mesmo encapsulamento. A principal diferença entre esses dois modelos da Intel é a tecnologia HT, presente no Pentium Extreme Edition e ausente no Pentium D. Você encontrará no artigo Processadores Dual Core informações detalhadas sobre esses processadores duais de primeira geração.

As novas gerações de processadores Intel e AMD incluem modelos de dois e de quatro núcleos (dual core e quad core). Os modelos da Intel para Desktop são:

  • Core 2 Duo
  • Core 2 Quad
  • Core 2 Extreme
  • Pentium Dual Core
  • Celeron Dual Core

Esses processadores são descritos nos artigos Processadores Dual Core e O Pentium está de volta, dual core. O principal processador desta geração é o Core 2 Duo, e dele derivam os demais modelos. Por exemplo, o Pentium Dual Core e o Celeron Dual Core são versões simplificadas, contando com cache L2 menor, clocks menores e com alguns recursos desativados, como a virtualização. Processadores Core 2 Quad são sempre de quatro núcleos, formados pela montagem de duas pastilhas de Core 2 Duo em um só encapsulamento. Já os processadores Core 2 Extreme podem ser de dois ou quatro núcleos.

Você pode conhecer informações detalhadas sobre esses processadores nos artigos aqui citados, mas se achar o assunto “pesado”, pode começar com a breve introdução que daremos no presente capítulo. Mostraremos informações básicas sobre os processadores derivados do Core 2 Duo e sobre os novos processadores multicore da AMD, reunidos sobre a marca Phenom.

Core 2 Duo e derivados

É unanimidade no meio técnico que os novos processadores Intel Core 2 Duo são um bom produto. Não é sempre que são lançados processadores com melhor desempenho, menor custo e menos geração de calor. O Core 2 Duo é tudo isso, e uma boa escolha para quem deseja máquinas avançadas.

Todos os processadores tiveram uma grande queda de preços depois do lançamento do Core 2 Duo. Durante algum tempo continuaram sendo vendidos modelos de baixo custo como o Pentium 4, o Celeron D, o Sempron e o Athlon 64. Os processadores Intel já foram substituídos por modelos da nova geração, mas os da AMD (Sempron e Athlon 64) ainda continuam no mercado. Há poucos anos atrás, o Pentium 4 era objeto de desejo de muitos usuários. Em meados de 2005, um Pentium 4 de 3.2 GHz custava cerca de 1000 reais. Já no início de 2007 era possível comprar este processador por apenas 300 reais. Mesmo naquela época existiam opções mais baratas e de maior desempenho, como o Core 2 Duo E6300. No início de 2008 temos entre as várias opções, o Pentium Dual Core modelo E2140, com desempenho similar ao de um Pentium 4 de 3.2 GHz, mas custando apenas 150 reais.

Processadores derivados do Core 2 Duo apresentam melhor performance e menor geração de calor, se comparados aos antigos modelos derivados do Pentium 4.

Menos calor

A menor geração de calor do Core 2 Duo deve-se ao fato do seu projeto ter sido inspirado em técnicas empregadas no Pentium M, o processador da plataforma Centrino para notebooks, com baixo consumo de energia. O Pentium 4 de 3.2 GHz dissipa entre 80 e 100 watts, dependendo do modelo. A maioria dos modelos do Core 2 Duo dissipam cerca de 65 watts. Para os padrões atuais, levando em conta seu alto desempenho e o fato de ser dual, podemos considerá-los como processadores que operam com moderadas temperaturas.

A tendência é a redução inda maior na geração de calor e nos preços, pois a Intel lançou no final de 2007, o novo processo de fabricação de 45 nm (nanômetros). A geração anterior, tanto do Pentium 4 como do Core 2 Duo era de 65 nm.

Desempenho

Fizemos testes comparativos de desempenho entre o Pentium 4 3.2 GHz (em quase “topo de linha” de poucos anos atrás) e o Core 2 Duo E6400 (processador de médio desempenho e médio custo da geração atual). A idéia da comparação é orientar quem comprou um bom computador em meados de 2005 (Pentium 4 3.2 GHz) e depois de três anos de uso fará a sua substituição. Note que o valor que será pago por um Core 2 Duo E6400 será bem menor que o que foi gasto no Pentium 4 na sua época. Para fazer uma comparação mais coerente, usamos um Pentium 4 com Socket LGA 775, para poder ser instalado na mesma placa mãe onde funciona o Core 2 Duo, ou seja, o mesmo computador foi testado com dois processadores diferentes. Note que existem opções novas de Core 2 Duo, com melhor relação custo/benefício. Apesar de termos testado o modelo E6400 (devido à disponibilidade no nosso laboratório), existem melhores opções atualmente, como o E6420, um pouco mais barato que o E6400 e com 4 MB de cache, contra 2 MB do E6400.

O Core 2 Duo E6400 e o Pentium 4 de 3.2 GHz foram testados na mesma placa mãe, em um computador com a configuração:

Placa mãe Intel DQ965GBF
Placa de vídeo Nvidia GeForce 7600 GS
Memória 1 GB DDR2/667 em dual channel
Disco rígido Seagate, SATA-II, de 160 GB

Os testes que realizamos dizem respeito apenas à velocidade do processador. A placa de vídeo, a memória e o disco rígido têm pouca influência sobre a velocidade de processamento. É claro que um micro com mais memória levará vantagem quando são usados muitos programas ao mesmo tempo, um disco rígido rápido permitirá a carga rápida de aplicativos e as operações que envolvem leitura e gravação de dados, a placa de vídeo mais veloz resultará em melhor desempenho 3D, o que é bom sobretudo para jogos.

Usamos nos testes os programas medidores de desempenho (benchmark) PCMark 2002 (para tarefas monoprocessadas) e PCMark 2005 (para processamento dual e quádruplo). Note que qualquer computador pode executar vários programas ao mesmo tempo, mas todos eles ficam em uma fila. Cada um desses programas é executado durante alguns milésimos de segundo, depois volta para a fila, dando a vez ao próximo programa. Não notamos lentidão porque na maioria dos casos queremos que um certo programa fique em primeiro plano enquanto outros ficam “parados” em segundo plano. Por exemplo, estamos navegando na Internet enquanto um documento de texto está aberto. O processador acaba ficando a maior parte do tempo executando nosso programa principal. Notamos lentidão quando dois ou mais programas exigem muito do processador. Por exemplo, rodar um programa anti-vírus para fazer uma varredura em todo o disco rígido, ao mesmo tempo em que estamos editando uma fotografia de alta resolução.

Quando usamos processadores duais, as tarefas pesadas são executadas em paralelo, e não uma de cada vez, e assim a lentidão não ocorre. Quando executamos apenas um programa pesado em primeiro plano e os demais programas estão inativos com pouca atividade, menor será a vantagem de um processador dual em comparação com um processador comum.

O Pentium 4 de 3.2 GHz não chega a ser um processador comum. Ele usa a tecnologia HT, que podemos considerar como um processador dual virtual. Não são na verdade dois núcleos, é um só, mas o processador usa partes internas momentaneamente ociosas para simular um segundo processador. Já o Core 2 Duo é um processador verdadeiramente dual, com dois núcleos independentes.

As medidas de desempenho revelaram o seguinte:

Processamento simples: O Core 2 Duo foi de 20% a 30% mais veloz.
Processamento dual e quádruplo: O Core 2 Duo foi de 70% a 80% mais veloz.

Vantagens sobre o Pentium D e Pentium Extreme Edition

Antes do Core 2 Duo, os processadores duais da Intel eram o Pentium D e o Pentium Extreme Edition. Internamente o Pentium D é formado por dois chips Pentium 4 dentro do mesmo encapsulamento. O Pentium Extreme Edition é formado por dois chips Pentium 4 HT dentro do mesmo encapsulamento. Apesar do aumento de desempenho devido aos dois núcleos, esses processadores são muito quentes porque o próprio Pentium 4 precisa operar com clocks muito elevados para ter alto desempenho. O Core 2 Duo é um projeto mais eficiente, e com pouco mais de 2 GHz ultrapassa um Pentium 4 de 3.2 GHz, e ainda com menor geração de calor.

Aplicações

E para que alguém precisa de tanto desempenho? Novos processadores possibilitam novas aplicações que antes não eram viáveis. Processadores duais são muito eficientes para manipular conteúdos de som, imagem e vídeo. Programas que operam com esses conteúdos podem dividir o arquivo em partes independentes em enviar a metade para cada núcleo do processador. Com dois núcleos trabalhando, o resultado fica pronto em tempo bem menor. Por exemplo, você pode fazer pequenos filmes com uma câmera digital e enviá-los para o YouTube. Os arquivos de vídeo gerados pela câmera ocupam um espaço maior que o necessário, resultando em maior tempo de upload e maior espaço de armazenamento no site. O ideal é tratar os arquivos de vídeo obtidos da câmera digital, codificando-os através de um CODEC como o DIVX (MPEG-4), mantendo a qualidade dos filmes e reduzindo drasticamente seu tamanho. Essa codificação é demorada, mas um processador dual fará o trabalho na metade do tempo. Da mesma forma, filmes em formato analógico, obtidos de fitas de VCR, podem ser digitalizados com uma placa de captura de vídeo e codificados para redução do espaço ocupado. As tarefas de edição de vídeo, como adição de legendas, trilha sonora e cortes, também dão muito trabalho ao processador, usar um chip de dois núcleos será vantagem.

Jogos de última geração também já estão demandando processadores mais rápidos. Tipicamente ter uma placa de vídeo veloz tem sido mais importante para jogos, que ter um processador veloz. Ocorre que os novos jogos usam inteligência artificial e realismo de movimentos, aproveitando os recursos dos processadores velozes.

Cuidados com o gabinete e a fonte

Resta acrescentar que apesar do menor aquecimento e menor consumo de energia elétrica, não devemos nos descuidar da alimentação elétrica e da refrigeração do gabinete. É preciso ter uma boa fonte de alimentação, com pelo menos 450 watts. Os modelos que custam R$ 50,00 vão decepcionar, use uma fonte boa. É preciso também usar um gabinete com boa refrigeração. O ideal é usar modelos midi-torre (45 a 50 cm de altura), com locais para instalação de ventiladores adicionais e duto lateral de ventilação para o processador.

Consulte nosso artigo sobre processadores duais para maiores detalhes técnicos sobre a construção de computadores com este recurso.

AMD K10: Opteron e Phenom

Sabemos que os circuitos internos de um chip ficam em uma base de silício com milhões de transistores, chamada em inglês de die. Em português, esse termo costuma ser traduzido como pastilha. É uma base retangular de silício com pouco mais de 1 centímetro de lado, na qual são depositadas as substâncias que formam os transistores, que por sua vez formam todos os circuitos do processador.

Uma característica importante do processo de fabricação é o tamanho dos transistores que formam os chips. A Intel usa atualmente transistores de 65 nm, e já iniciou a fabricação de chips com transistores de 45 nm. A unidade nm (nanômetro) vale um milionésimo de milímetro. A AMD, por sua vez, adotou no início de 2007 o processo de 65 nm. A miniaturização desses transistores resulta em menor consumo de energia, redução de custo (pois as pastilhas ficam menores e é possível produzir mais pastilhas em uma única forma) e a criação de chips mais avançados (com transistores maiores é possível usar circuitos mais complexos e sofisticados). Também permite aumentar a velocidade de operação (clock) sem necessariamente provocar mais aquecimento. Toda a evolução dos chips é conseqüência da miniaturização dos seus transistores.

Quad Core da Intel

A figura 1 mostra o interior de um processador Intel de quatro núcleos (Core 2 Quad e Core 2 Extreme Qxxxx). Esses processadores são baseados na pastilha Intel de dois núcleos. Com uma pastilha é formado um processador dual (ex: Core 2 Duo), e com duas pastilhas é formado um processador de quatro núcleos. Os modelos de dois núcleos têm um consumo de energia moderado, mas os de quatro núcleos consomem mais de 100 watts, por isso ainda são caros e de uso limitado. Com a adoção do novo processo de 45 nm, ocorrerá uma queda de preços nos processadores de quatro núcleos.
Figura 1 – Interior de um processador Intel de quatro núcleos

Novo núcleo AMD Quad Core

Os primeiros processadores dual core foram lançados simultaneamente pela Intel e pela AMD. Assim como a Intel colocou dois núcleos de Pentium 4 no mesmo chip, a AMD juntou dois núcleos de Athlon 64, formando o Athlon 64 X2 – apesar do processo para “juntar” os dois núcleos ser completamente diferente. No final de 2007 a AMD lançou novos processadores com quatro núcleos em uma única pastilha. Essa arquitetura é chamada K10, e seu nome código é Barcelona.
Figura 2 – O K10 tem quatro núcleos em uma só pastilha

Com seus quatro núcleos, o chip da AMD pode ser um grande concorrente para os processadores rivais da Intel, mas não é possível ainda competir em preço com os modelos da Intel. Processadores de quatro núcleos AMD não são destinados a concorrer com os de dois núcleos da Intel, e sim com os de quatro, que ainda são raros. O melhor mercado para chips de quatro núcleos no momento é o de servidores. Por isso a AMD, assim como fez com o Athlon XP e o Athlon 64, lançou primeiro modelos para uso em servidores. Portanto em um primeiro momento, apenas as novas versões do AMD Opteron (modelos para servidores) usaram o novo projeto de quatro núcleos. No início de 2008 a AMD disponibilizou processadores de quatro núcleos para desktop, chamados Phenom.

Principais características do K10

A arquitetura K10 é baseada em um projeto de quatro núcleos, usada inicialmente pelos novos modelos do Opteron, e depois pelos pelos novos processadores Phenom, para desktops. Processadores Opteron e Phenom têm várias diferenças externas, mas internamente são muito parecidos, ambos baseados na mesma arquitetura. O Opteron é voltado para servidores, e é instalado no chamado Socket F, com 1207 contatos. O Phenom é voltado para micros de mesa, e é instalado no Socket AM2, com 940 contatos. Foi criada uma nova versão de soquete, o AM2+, que oferece redução no consumo elétrico e maior velocidade na comunicação com o chipset. Placas mãe com Socket AM2 suportam o Phenom, mas o ideal é usar placas com Socket AM2+.
Figura 3 – Processador Opteron Quad Core (Socket F)
Figura 4 – Processador AMD Phenom

A pastilha do K10 tem quatro núcleos e uma generosa quantidade de memória cache. São caches L1, L2 e L3. Cada núcleo tem 128 kB de cache L1 e 512 kB de cache L2. Existem ainda 2 MB de cache L3 compartilhada entre os quatro núcleos. A figura 5 mostra de forma resumida como o K10 está organizado.
Figura 5 – Diagrama do K10

Vemos na figura 5 os quatro núcleos, cada um com sua cache L1 de 128 kB e sua cache L2 de 512 kB, além da cache L3 compartilhada de 2 MB. O chip tem 2 canais de memória DDR2 com suporte até DDR2/800. O Phenom tem ainda um link HyperTransport 3.0, usado na comunicação com o chipset, operando com velocidade total de 14,4 GB/s.

Os primeiros modelos de Opteron baseados no K10 têm clocks variando entre 1.7 e 2.0 GHz. Modelos mais velozes serão lançados aos poucos, ainda com a tecnologia de 65 nm. Modelos ainda mais velozes serão lançados com o novo processo de 45 nm, no final de 2008. O Phenom foi inicialmente lançado com versões com clocks de 2.2 e 2.3 GHz.

Vários melhoramentos internos foram feitos no núcleo do K10. A unidade de ponto flutuante foi bem melhorada, ficando cerca de 50% mais veloz em comparação com a geração anterior. Foram feitas modificações visando reduzir o consumo de energia. Por exemplo, os quatro núcleos podem operar com clocks diferentes, de acordo com a carga de trabalho de cada um, permitindo reduzir o consumo de núcleos com menor atividade.

Os primeiros modelos do Phenom foram lançados no início de 2008. São os modelos 9500 e 9600, com clocks de 2.2 e 2.3 GHz. São versões para Socket AM2, compatíveis com as placas mãe atuais. O ideal entretanto é adquirir o novo processador juntamente com uma nova placa mãe, já com suporte a HyperTransport 3.0 (Socket AM2+).

AMD Tri-Core ?

Está previsto oficialmente pela AMD o lançamento de uma versão do Phenom com 3 núcleos (Phenom X3). É realmente estranho algo com “3” na informática, já que quase todos os números são potências de 2. A questão é que ao produzir uma pastilha com quatro núcleos, a probabilidade de uma delas ter defeito de fabricação é maior. Todos os chips são testados e os defeituosos são descartados, mas entre esses processadores, existe uma quantidade considerável de pastilhas com defeito em um único núcleo. Ao invés de serem descartados, esses chips podem operar com um núcleo desabilitado. Apesar do mais comum ser encontrar sistemas com dois, quatro ou oito processadores, a distribuição do trabalho pode ser feita para qualquer número de processadores, inclusive 3. Mas com certeza isso vai causar muito espanto.

Também serão lançados modelos de dois núcleos (Phenom X2). Assim como os modelos X3, são indicados para computadores de menor custo.

Você pode checar as informações mais recentes sobre os novos processadores AMD no site www.amd.com e obter detalhes técnicos como velocidade, tamanho de cache, consumo de energia e outras informações em www.amdcompare.com.