Clock, cache e núcleos: saiba como eles afetam o desempenho do processador

Você já deve saber que o processador é o cérebro do seu computador e, por esse motivo, desempenha um papel importante na determinação da rapidez com que pode executar tarefas. Um bom processador irá oferecer um desempenho rápido e seguro sem drenar energia do seu sistema. Normalmente olhamos só para a velocidade, aquele número seguido de GHz. Mas, entender fatores como o clock e o que significam o cache e o número dos núcleos dos processadores também são importantes. 

Veja a seguir como o clock, núcleos e memória cache influenciam do desempenho dos processadores. Após conhecer esses três fatores, sua compreensão sobre os diferentes tipos de processadores será bem maior e você não escolherá um produto pensando apenas em modelos como AMD Ryzen 5 5600G 3.9 GHz ou Intel Core i9-10900K 3.70 GHz, por exemplo.

Leia também:

Funcionamento básico do processador

Computadores e smartphones têm um monte de dados, mas os processadores são os “trabalhadores” que usam esses dados para “construir” os programas que você usa. Para mostrar essa página a você, por exemplo, eles precisam interpretar informações que vêm da internet e chegam ao seu dispositivo pelo modem ou antena.

Para abrir um programa ou aplicativo, o processador precisa acessar o armazenamento do seu dispositivo, encontrar os dados referentes ao programa, trazê-los para a RAM e, então, mostrá-lo a você. Em seguida, ele precisa pegar as informações que você envia (pela tela, teclado ou mouse), enviá-las ao programa, pegar o retorno que o programa dá sobre essas informações e mostrá-lo a você, e daí por diante.

O grande aliado dele nesse trabalho é a RAM. Quando o processador precisa fazer alguma coisa, ele consulta a RAM e faz com base nas informações que acha lá. Da mesma maneira, quando recebe alguma informação importante, ele deixa ela com a RAM. 

De forma mais técnica, podemos dizer que o processador opera em ciclos de clock, onde a frequência do clock determina quantas operações ele pode realizar por segundo. Quanto maior a frequência, mais operações o processador pode executar em um determinado período de tempo.

Os modernos têm uma arquitetura baseada em múltiplos núcleos (dual-core, quad-core, hexa-core, octa-core, etc.). Cada núcleo é essencialmente um processador independente capaz de executar tarefas simultaneamente. Isso permite que o processador lide com várias tarefas em paralelo, melhorando significativamente o desempenho geral.

E agora você já entendeu porque precisa conhecer esses outros fatores, então, vamos em frente.

1. Clock

O clock é um dos fatores mais importantes para verificar o desempenho de um processador. É o indicador mais imediato da “velocidade” de um processador: obviamente, quanto mais pulsos de clock ele fizer por segundo, mais rápido ele conseguirá terminar a lista de ações necessárias para abrir um programa, por exemplo.

O clock de um processador representa o número de ciclos que o chip executa por segundo. É medido em hertz (Hz), geralmente na escala de megahertz (MHz) ou gigahertz (GHz). Quanto maior a frequência, mais operações um processador pode executar a cada segundo. Porém, o clock sozinho não é capaz de definir o desempenho de um processador.

A velocidade de clock é a frequência na qual um processador executa suas operações básicas. Quanto maior a taxa de clock, mais instruções um chip pode processar a cada segundo.

Dessa forma, um clock de 800 MHz (megahertz) significa uma taxa de 800 milhões de ciclos por segundo. Já a frequência de 3,0 GHz (gigahertz) representa 3 bilhões de ciclos por segundo. As CPUs mais modernas contam com velocidade de clock de até 5 GHz, o que significa que, na teoria, ele é capaz de executar até 5 bilhões de ciclos por segundo. 

Para fazer outra analogia, imagine que você está guardando latinhas de cerveja na geladeira: você as pega do chão (uma com cada mão), levanta, coloca-as na geladeira e abaixa de novo para pegar mais. Se você fosse um processador, cada movimento completo desses seria um pulso de clock, e, quanto mais rápido você fizesse esse movimento, maior seria o seu “clock”.

Como ver a velocidade de clock do processador?

Para consultar o clock de um processador no Windows, abra o Gerenciador de Tarefas pressionando Ctrl+Shift+Esc, clique na aba Desempenho e depois no gráfico de CPU. O clock base será exibido no canto superior direito, em GHz, ao lado do modelo do processador. A frequência atual da CPU aparecerá no campo “Velocidade”.

O clock de um processador Intel no macOS pode ser acessado clicando no menu Apple (canto superior esquerdo da tela) e depois em Sobre Este Mac. O clock base do processador será exibido em GHz. Não é possível consultar diretamente a frequência de um Apple Silicon no macOS.

2. Número de núcleos

Se o clock é um indicador tão direto de velocidade, não seria melhor simplesmente fazer processadores com clock cada vez maior? Talvez. O problema é que há limites para quão rápido você pode fazer um processador funcionar com a tecnologia atual sem aumentar muito o seu tamanho. Além disso, fazer um processador funcionar mais rápido faz com que ele emita mais calor, o que pode diminuir sua vida útil.

A solução encontrada pelas fabricantes foi fazer processadores com mais de um núcleo de processamento. Cada núcleo funciona como se fosse um processador independente. Assim, o número de ações que um computador consegue realizar por pulso de clock é maior.

Voltando ao exemplo de guardar cerveja na geladeira. Imagine que, em vez de dois braços, você tivesse quatro braços. Se fosse assim, você conseguiria guardar quatro latinhas de cerveja por movimento em vez de duas. É basicamente essa a diferença entre um processador dual-core e um processador quad-core.

Isso não significa, porém, que um processador quad-core de 2 GHz tem o dobro da velocidade de um dual-core de 2 GHz. Os fabricantes às vezes fazem os processadores com cada núcleo diferente; assim, cada um deles pode ser usado para determinada tarefa. Isso permite, por exemplo, economizar energia usando só os núcleos mais lentos para tarefas simples: a maioria dos smartphones atuais faz algo desse tipo.

Como regra geral, octa-core refere-se a um dispositivo com 8 núcleos; quad-core, para um com 4 núcleos; o hexa-core tem 6 núcleos e o dual-core tem apenas 2 núcleos. O mais comum é ver telefones com pelo menos 4 núcleos, devido à ótima relação entre preço e desempenho.

3. Memória cache

Cache é uma pequena quantidade de memória integrada ao processador que serve para dar a ele acesso rápido e temporário a dados a serem processados.

O computador usa a memória RAM (ou DRAM) para armazenamento temporário de dados. Sem ela, o processador teria gargalos importantes de desempenho, pois unidades de armazenamento como HDs e SSDs não conseguem transferir dados em velocidade compatível com a da CPU.

Apesar de ser mais rápida que HDs e SSDs, a RAM não tem o mesmo desempenho da memória cache, fator que também pode gerar gargalos para a CPU.

As memórias cache são do tipo SRAM (Static Random Access Memory), uma categoria muito mais rápida que as memórias DRAM (Dynamic Random Access Memory). Por outro lado, memórias SRAM são muito caras, o que inviabiliza a sua adoção em escala equivalente ao de memórias DRAM.

A solução encontrada pela indústria foi colocar pequenas quantidades de cache integradas ao processador. O uso delas depende da associação de algoritmos específicos com a arquitetura do chip. Mas, de modo geral, a CPU busca dados importantes no cache e só recorre à memória RAM quando não os encontra.

Tipos e níveis de caches

• Cache L1 (nível 1): é o tipo é o mais próximo possível. O L1 é dividido em memória de instrução e memória para dados
• Cache L2 (nível 2): é o tipo secundário, com mais capacidade de armazenamento, mas menos desempenho que o cache L1;
• Cache L3 (nível 3): é o tipo que costuma estar presente em maior quantidade, mas fica mais afastado dos núcleos. Também tende a ser mais lento que os caches L1 e L2;
• Cache L4 (nível 4): é pouco adotado pela indústria, pois tende a ser mais lento que os níveis anteriores. Quando implementado, costuma estar presente em blocos afastados dos núcleos, ainda que no mesmo chip.

As quantidades de L1, L2, L3 e L4 variam de processador para processador. Dentro de uma linha de CPUs, é comum que caches maiores sejam implementados nos modelos mais avançados (e mais caros).

Na busca por dados, a CPU começa pelo nível 1 e, caso não os encontre, avança aos próximos níveis de modo sequencial.

Mas note que nem todos os níveis precisam ser adotados. Alguns chips só têm cache L1. Outros, somente caches L1 e L2. Como você já sabe, poucos chips têm cache L4.

Na hora da escolha

A informação principal a se extrair dessa situação é que comparar dois processadores exige mais cuidado do que simplesmente ver qual deles tem o clock maior. A “arquitetura” do processador (a maneira como ele é construído) varia bastante, o que faz com que uma simples comparação de clocks seja insuficiente para entender as diferenças entre eles.

Há, porém, alguns casos óbvios: um processador dual-core de 1,2 GHz será mais lento que um processador octa-core de 2,4 GHz para praticamente qualquer tarefa, mesmo que o de 1,2 GHz tenha uma memória cache muito maior. O importante, porém, é que você aborde essas situações com o devido cuidado.

De maneira geral, a melhor forma de comparar o desempenho de dois processadores é com “benchmarks”. Eles são testes especializados que exigem bastante do processador para simular seu desempenho numa diversidade de situações, e oferecem uma pontuação para cada processador com base em seu desempenho. Se você estiver em dúvida entre dois processadores diferentes, vale a pena consultar suas pontuações em testes de benchmark populares, como o SYSmark e o CPUBenchmark

Já assistiu aos novos vídeos no YouTube do Olhar Digital? Inscreva-se no canal!