Processore o CPU: tutte le informazioni che devi sapere

Ogni appassionato di computer e di gioco deve conoscere l'hardware interno del proprio PC, in particolare il processore. L'elemento centrale del nostro team, senza di esso non potremmo fare nulla, in questo articolo ti raccontiamo tutti i concetti più importanti sul processore, in modo da avere un'idea generale sul suo utilizzo, parti, modelli, storia e concetti importanti.

Indice dei contenuti

Che cos'è un processore

Il processore o CPU (Central Processing Unit) è un componente elettronico sotto forma di un chip di silicio che si trova all'interno di un computer, installato specificamente sulla scheda madre attraverso un socket o socket.

Il processore è l'elemento responsabile dell'esecuzione di tutti i calcoli aritmetici logici generati dai programmi e dal sistema operativo alloggiati nel disco rigido o nella memoria centrale. La CPU prende le istruzioni dalla memoria RAM per elaborarle e quindi inviare la risposta alla memoria RAM, creando così un flusso di lavoro con il quale l'utente può interagire.

Il primo microprocessore a transistor a semiconduttore fu l' Intel 4004, nel 1971 che poteva lavorare con 4 bit alla volta (stringhe di 4 zeri e uno) per aggiungere e sottrarre. Questa CPU è lontana dai 64 bit che gli attuali processori possono gestire. Ma prima di allora avevamo solo enormi stanze piene di tubi a vuoto che fungevano da transistor, come l' ENIAC.

Come funziona un processore

Architettura del processore

Un elemento molto importante che dobbiamo sapere su un processore è la sua architettura e il suo processo di fabbricazione. Sono concetti più orientati al modo in cui sono fabbricati fisicamente, ma definiscono le linee guida per il mercato ed è un altro elemento del marketing.

L' architettura di un processore è sostanzialmente la struttura interna di questo elemento. Non stiamo parlando della forma e delle dimensioni, ma di come si trovano le diverse unità logiche e fisiche che compongono un processore, stiamo parlando di ALU, registri, unità di controllo, ecc. In questo senso, ci sono attualmente due tipi di architettura: CISC e RISC, due modi di lavorare basati sull'architettura di Von Neuman, la persona che ha inventato il microprocessore digitale nel 1945.

Sebbene sia vero che l'architettura non significhi solo questo, dal momento che i produttori al momento prendono il concetto con interesse commerciale, per definire le diverse generazioni dei loro processori. Ma una cosa che dobbiamo tenere a mente è che tutti gli attuali processori desktop sono basati sull'architettura CISC o x86. Quello che succede è che i produttori apportano piccole modifiche a questa architettura incorporando elementi come più core, controller di memoria, bus interni, memoria cache di diversi livelli, ecc. Ecco come ascoltiamo denominazioni come Coffee Lake, Skylake, Zen, Zen 2, ecc. Vedremo di cosa si tratta.

Processo di fabbricazione

D'altra parte, abbiamo quello che viene chiamato il processo di produzione, che è fondamentalmente la dimensione dei transistor che compongono il processore. Dalle valvole a vuoto dei primi computer ai transistor FinFET di oggi realizzati da TSMC e Global Foundries con pochi nanometri, l'evoluzione è stata sbalorditiva.

Un processore è composto da transistor, le unità più piccole trovate all'interno. Un transistor è un elemento che consente o meno il passaggio della corrente, 0 (non corrente), 1 (corrente). Uno di questi attualmente misura 14nm o 7nm (1nm = 0, 00000001m). I transistor creano porte logiche e le porte logiche creano circuiti integrati in grado di svolgere diverse funzioni.

Principali produttori di processori desktop

Questi sono gli elementi di base per capire come i processori sono stati sviluppati nel corso della storia fino ad oggi. Passeremo attraverso i più importanti e non dobbiamo dimenticare i produttori, che sono Intel e AMD, i leader indiscussi dei personal computer di oggi.

Naturalmente ci sono altri produttori come IBM, il più importante di tutti per essere praticamente il creatore del processore e il punto di riferimento nella tecnologia. Altri come Qualcomm hanno scavato una nicchia nel mercato praticamente monopolizzando la produzione di processori per smartphone. Potrebbe presto passare ai personal computer, quindi preparati Intel e AMD perché i loro processori sono semplicemente meravigliosi.

Evoluzione dei processori Intel

Rivediamo quindi le principali pietre miliari storiche di Intel Corporation, il colosso blu, la più grande azienda che è sempre stata in testa alle vendite di processori e altri componenti per PC.

• Intel 4004 Intel 8008, 8080 e 8086 Intel 286, 386 e 486 Intel Pentium L'era multi-core: Pentium D e Core 2 Quad L'era di Core iX

Commercializzato nel 1971, è stato il primo microprocessore costruito su un singolo chip e per uso non industriale. Questo processore è stato montato su un pacchetto di CERDIP a 16 pin (uno scarafaggio di tutta la vita). È stato costruito con 2.300 transistor a 10.000 nm e aveva una larghezza del bus a 4 bit.

Il 4004 fu solo l'inizio del viaggio di Intel nei personal computer, che a quel tempo era monopolizzato da IBM. Fu allora tra il 1972 e il 1978 quando Intel fece un cambio di filosofia nella società per dedicarsi interamente alla costruzione di processori per computer.

Dopo 4004 arrivò 8008, un processore ancora con incapsulamento DIP a 18 pin che aumentava la sua frequenza a 0, 5 MHz e anche il conteggio dei transistor a 3.500. Successivamente, Intel 8080 ha aumentato la larghezza del bus a 8 bit e una frequenza non inferiore a 2 MHz con incapsulamento DIP a 40 pin. È considerato il primo processore veramente utile in grado di elaborare grafica su macchine come Altair 8800m o IMSAI 8080.

L' 8086 è un microprocessore di riferimento per essere il primo ad adottare l'architettura x86 e il set di istruzioni, in vigore fino ad oggi. Una CPU a 16 bit, dieci volte più potente di 4004.

È su questi modelli che il produttore ha iniziato a utilizzare una presa PGA con un chip quadrato. E la sua svolta sta nella capacità di eseguire programmi da riga di comando. Il 386 è stato il primo processore multitasking della storia, con un bus a 32 bit, che sicuramente ti suona molto di più.

Veniamo alla Intel 486 rilasciata nel 1989, che è anche molto importante per essere un processore che implementava un'unità a virgola mobile e memoria cache. Cosa significa questo? Bene, ora i computer si sono evoluti dalla riga di comando per essere utilizzati attraverso un'interfaccia grafica.

Finalmente arriviamo all'era di Pentiums, dove abbiamo alcune generazioni fino a Pentium 4 come versione per computer desktop e Pentium M per computer portatili. Diciamo che era 80586, ma Intel ha cambiato il suo nome per essere in grado di concedere in licenza il suo brevetto e per altri produttori come AMD di smettere di copiare i suoi processori.

Questi processori hanno abbassato i 1000 nm per la prima volta nel loro processo di produzione. Hanno attraversato gli anni tra il 1993 e il 2002, con Itanium 2 come processore creato per i server e utilizzando per la prima volta un bus a 64 bit. Questi Pentium erano già puramente orientati al desktop e potevano essere utilizzati nel rendering multimediale senza problemi, con i leggendari Windows 98, ME e XP.

Il Pentium 4 ha già utilizzato una serie di istruzioni interamente rivolte a contenuti multimediali come MMX, SSE, SSE2 e SSE3, nella sua microarchitettura chiamata NetBurst. Allo stesso modo, è stato uno dei primi processori a raggiungere una frequenza di lavoro superiore a 1 GHz, in particolare 1, 5 GHz, motivo per cui i dissipatori di calore ad alte prestazioni e di grandi dimensioni sono apparsi anche su modelli personalizzati.

E poi arriviamo all'era dei processori multi-core. Ora non solo potremmo eseguire un'istruzione in ciascun ciclo di clock, ma due contemporaneamente. Il Pentium D è sostanzialmente costituito da un chip con due Pentium 4 posizionati nello stesso pacchetto. In questo modo è stato reinventato anche il concetto di FSB (Front-Side Bus), che serviva alla CPU per comunicare con il chipset o il bridge nord, ora utilizzato anche per comunicare entrambi i core.

Dopo i due, i 4 core sono arrivati ​​nel 2006 sotto il socket LGA 775, molto più attuali e che possiamo persino vedere ancora su alcuni computer. Tutti hanno già adottato un'architettura x86 a 64 bit per i loro quattro core con un processo di produzione che inizia a 65 nm e quindi a 45 nm.

Poi arriviamo ai nostri giorni, in cui il gigante ha adottato una nuova nomenclatura per i suoi processori multicore e multithread. Dopo il Core 2 Duo e il Core 2 Quad, la nuova architettura Nehalem è stata adottata nel 2008, dove le CPU sono state divise in i3 (bassa prestazione), i5 (media frequenza) e i7 (processori ad alte prestazioni).

Da qui in poi, i core e la memoria cache hanno usato il BSB (Back-Side Bus) o back bus per comunicare, e anche il controller di memoria DDR3 è stato introdotto all'interno del chip stesso. Anche il bus frontale si è evoluto secondo lo standard PCI Express in grado di fornire un flusso di dati bidirezionale tra periferiche, schede di espansione e CPU.

L' Intel Core di seconda generazione ha adottato il nome Sandy Bridge nel 2011 con un processo di produzione a 32 nm e un conteggio di 2, 4 e fino a 6 core. Questi processori supportano le tecnologie di multithreading HyperThreading e il boost dinamico della frequenza Turbo Boost a seconda della gamma di processori sul mercato. Tutti questi processori hanno una grafica integrata e supportano la RAM DDR3 a 1600 MHz.

Poco dopo, nel 2012 è stata presentata la terza generazione chiamata Ivy Bridge, riducendo la dimensione dei transistor a 22 nm. Non solo sono diminuiti, ma sono diventati 3D o Tri-Gate che hanno ridotto i consumi fino al 50% rispetto ai precedenti, offrendo le stesse prestazioni. Questa CPU offre supporto per PCI Express 3.0 ed è montata su socket LGA 1155 per la gamma desktop e 2011 per la gamma Workstation.

La quarta e la quinta generazione si chiamano rispettivamente Haswell e Broadwell e non sono state esattamente una rivoluzione della generazione precedente. Haswells ha condiviso un processo di produzione con Ivy Bridge e DDR3 RAM. Sì, è stato introdotto il supporto Thunderbolt ed è stata creata una nuova progettazione della cache. Sono stati inoltre introdotti processori con un massimo di 8 core. Socket 1150 ha continuato a essere utilizzato e nel 2011, sebbene queste CPU non siano compatibili con la generazione precedente. Per quanto riguarda i Broadwell, furono i primi processori a scendere a 14 nm, e in questo caso erano compatibili con la presa LGA 1150 di Haswell.

Arriviamo alla fine con la sesta e la settima generazione di Intel, denominate Skylake e Kaby Lake con un processo di produzione a 14 nm e adottando un nuovo socket LGA 1151 compatibile per entrambe le generazioni. In queste due architetture era già stato offerto il supporto per DDR4, il bus DMI 3.0 e Thunderbol 3.0. Allo stesso modo, la grafica integrata è aumentata di livello essendo compatibile con DirectX 12 e OpenGL 4.6 e risoluzione 4K @ 60 Hz. Kaby Lake, nel frattempo, è arrivata nel 2017 con miglioramenti nelle frequenze di clock dei processori e supporto per USB 3.1 Gen2 e HDCP 2.2.

Evoluzione dei processori AMD

Un altro dei produttori che siamo tenuti a conoscere è AMD (Advanced Micro Devices), l'eterno rivale di Intel e che è quasi sempre rimasto indietro rispetto al primo fino all'arrivo della Ryzen 3000 oggi. Ma hey, questo è un altro Vedremo più avanti, quindi rivediamo un po 'la storia dei processori AMD.

• Sono arrivati ​​AMD 9080 e AMD 386 AMD K5, K6 e K7 AMD K8 e Athlon 64 X2 AMD Phenom AMD Llano e Bulldozer AMD Ryzen

Il viaggio di AMD inizia sostanzialmente con questo processore, che non è altro che una copia dell'8080 di Intel. In effetti, il produttore ha firmato un contratto con Intel per poter produrre processori con architettura x86 di proprietà di Intel. Il salto successivo fu l'AMD 29K che offrì unità grafiche e memorie EPROM per le loro creazioni. Ma subito dopo, AMD ha deciso di competere direttamente con Intel offrendo processori compatibili tra loro per personal computer e server.

Ma naturalmente questo accordo per creare "copie" di processori Intel, ha iniziato a costituire un problema non appena AMD è diventata una vera concorrenza da parte di Intel. Dopo diverse controversie legali, vinte da AMD, il contratto è stato infranto con l'Intel 386 e sappiamo già il motivo per cui Intel è stata ribattezzata Pentium, registrando così il brevetto.

Da qui, AMD non ha avuto altra scelta che creare processori in modo completamente indipendente e che non fossero solo copie. La cosa divertente è che il primo processore standalone di AMD è stato l' Am386, che ovviamente ha lottato con l'80386 di Intel.

Ora sì, AMD ha iniziato a trovare la propria strada in questa guerra tecnologica con processori fabbricati da lui da zero. In effetti, è stato con il K7 quando è scomparsa la compatibilità tra i due produttori e di conseguenza AMD ha creato le proprie schede e il proprio socket, chiamato Socket A. In esso, i nuovi AMD Athlon e Athlon XP sono stati installati nel 2003.

AMD è stato il primo produttore a implementare l'estensione a 64 bit su un processore desktop, sì, prima di Intel. Guarda la destinazione, che ora sarebbe Intel ad adottare o copiare l'estensione x64 su AMD per i suoi processori.

Ma questo non si è fermato qui, dal momento che AMD è stata anche in grado di commercializzare un processore dual-core prima di Intel nel 2005. Il gigante blu ovviamente gli ha risposto con il Core 2 Duo che abbiamo visto prima, e da qui finisce la leadership di AMD.

AMD è rimasta indietro a causa del notevole balzo in avanti delle prestazioni dei processori Intel multi-core e ha cercato di contrastarlo ridisegnando l'architettura del K8. In effetti, il Phenom II rilasciato nel 2010 aveva fino a 6 core, ma non sarebbe bastato nemmeno per una Intel scatenata. Questa CPU aveva transistor a 45 nm e inizialmente erano montati su un socket AM2 +, e successivamente su un socket AM3 per offrire la compatibilità con le memorie DDR3.

AMD ha acquistato ATI, la società che fino ad oggi era stata una rivale diretta con Nvidia per le schede grafiche 3D. In effetti, il produttore ha approfittato di questo vantaggio tecnologico per implementare processori con GPU integrata molto più potente di quanto Intel avesse con il suo Westmere. Gli AMD Llano erano questi processori, basati sull'architettura K8L del precedente Phenom e ovviamente con le stesse limitazioni.

Per questo motivo AMD ha ridisegnato la sua architettura nei nuovi bulldozer, anche se i risultati sono stati piuttosto scarsi rispetto a Intel Core. Avere più di 4 core non è stato un vantaggio, poiché il software dell'epoca era ancora molto ecologico nella sua gestione del multithreading. Hanno usato un processo di produzione a 32 nm con risorse cache L1 e L2 condivise.

Dopo il fallimento di AMD con l'architettura precedente, Jim Keller, il creatore dell'architettura K8, arrivò a rivoluzionare ancora una volta il marchio con la cosiddetta architettura Zen o Summit Ridge. I transistor sono scesi a 14 nm, proprio come Intel, e sono diventati molto più potenti e con un ICP più elevato rispetto ai deboli Bulldozer.

Alcune delle tecnologie più identificative di questi nuovi processori sono state: AMD Precision Boost, che ha aumentato automaticamente la tensione e la frequenza delle CPU. O la tecnologia XFR, per cui tutti i Ryzen sono overcloccati con il loro moltiplicatore sbloccato. Queste CPU hanno iniziato a montarsi sul socket PGA AM4, che continua ancora oggi.

In effetti, l'evoluzione di questa architettura Zen è stata Zen +, in cui AMD ha avanzato Intel implementando transistor a 12 nm. Questi processori hanno aumentato le loro prestazioni con frequenze più elevate a consumi inferiori. Grazie a un bus Infinity Fabric interno, la latenza tra le transazioni CPU e RAM è stata notevolmente migliorata per competere quasi testa a testa con Intel.

Processori Intel e AMD attuali

Veniamo quindi ai giorni nostri per concentrarci sulle architetture su cui stanno lavorando entrambi i produttori. Non diciamo che è obbligatorio acquistare uno di questi, ma sono sicuramente il presente e anche il prossimo futuro di qualsiasi utente che desideri montare un PC da gioco aggiornato.

Intel Coffee Lake e ingresso a 10nm

Intel è attualmente nella nona generazione di processori desktop, laptop e workstation. Sia l' ottava (Coffee Lake) che la nona generazione (Coffee Lake Refresh) continuano con transistor da 14 nm e una presa LGA 1151, sebbene non compatibile con le generazioni precedenti.

Questa generazione in sostanza aumenta il numero di core di 2 per ogni famiglia, ora con un i3 a 4 core anziché 2, un i5 a 6 core e un i7 a 8 core. Il numero di corsie PCIe 3.0 sale a 24, supportando fino a 6 porte 3.1 e anche 128 GB di RAM DDR4. La tecnologia HyperThreading è stata abilitata solo su processori denominati i9 come processori a 8 core, 16 thread ad alte prestazioni e processori per notebook.

In questa generazione ci sono anche Intel Pentium Gold G5000 orientato alle stazioni multimediali con 2 core e 4 thread e Intel Celeron, la più semplice con dual core e per MiniPC e multimedia. Tutti i processori di questa generazione hanno integrato la grafica UHD 630 ad eccezione della denominazione F nella loro nomenclatura.

Per quanto riguarda la decima generazione, ci sono poche conferme, anche se si prevede che le nuove CPU Ice Lake arriveranno con le loro specifiche per i laptop e non con quelle per i desktop. I dati indicano che l'IPC per core sarà aumentato fino al 18% rispetto a Skylake. Ci saranno un totale di 6 nuovi sottogruppi di istruzioni e saranno compatibili con l'intelligenza artificiale e le tecniche di apprendimento profondo. La GPU integrata si livella anche fino all'undicesima generazione ed è in grado di eseguire lo streaming di contenuti in 4K a 120Hz. Finalmente avremo supporto integrato con Wi-Fi 6 e memoria RAM fino a 3200 MHz.

AMD Ryzen 3000 e l'architettura Zen 3 già pianificata

AMD ha lanciato questo 2019 l' architettura Zen 2 o Matisse e non ha solo avanzato Intel nel processo di produzione, ma anche nelle prestazioni pure dei suoi processori desktop. I nuovi Ryzen sono costruiti su transistor TSMC a 7 nm e contano da 4 core Ryzen 3 a 16 core Ryzen 9 9350X. Tutti implementano la tecnologia multithreading AMD SMT e hanno il loro moltiplicatore sbloccato. L' aggiornamento del BIOS ABBA 1.0.0.3 AGESA è stato recentemente rilasciato per correggere i problemi che questi processori devono raggiungere per raggiungere la massima frequenza di stock.

Le loro innovazioni non arrivano solo qui, poiché supportano i nuovi standard PCI Express 4.0 e Wi-Fi 6, essendo CPU con fino a 24 corsie PCIe. L'aumento ICP medio rispetto a Zen + è stato del 13% grazie a una frequenza di base più elevata e miglioramenti nel bus Infinty Fabric. Questa architettura si basa su chiplet o blocchi fisici in cui sono presenti 8 core per unità, insieme a un altro modulo sempre presente per il controller di memoria. In questo modo, il produttore disattiva o attiva un certo numero di core per formare i suoi diversi modelli.

Nel 2020 è previsto un aggiornamento di Zen 3 nei suoi processori Ryzen con cui il produttore vuole migliorare l'efficienza e le prestazioni del suo AMD Ryzen. È stato affermato che il design della sua architettura è già stato completato e non resta che dare il via libera per iniziare il processo di produzione.

Si baseranno di nuovo su 7nm, ma consentono fino al 20% in più di densità di transistor rispetto ai chip attuali. La linea di processori EPYC di WorkStation sarebbe la prima a lavorare, con processori che potrebbero avere 64 core e 128 thread di elaborazione.

Parti che dovremmo sapere su un processore

Dopo questa festa di informazioni che lasciamo come lettura facoltativa e come base per sapere dove siamo oggi, è tempo di approfondire i concetti che dovremmo sapere su un processore.

In primo luogo, proveremo a spiegare all'utente la struttura e gli elementi più importanti di una CPU. Questo sarà il giorno per giorno per un utente interessato a saperne di più su questo hardware.

I nuclei di un processore

I nuclei sono le entità di elaborazione delle informazioni. Quegli elementi formati dagli elementi di base dell'architettura x86, come Control Unit (UC), Instruction Decoder (DI), Arithmetic Unit (ALU), Floating Point Unit (FPU) e Instruction Stack (PI).

Ognuno di questi nuclei è costituito esattamente dagli stessi componenti interni e ciascuno di essi è in grado di eseguire un'operazione in ciascun ciclo di istruzioni. Questo ciclo misura in frequenza o Hertz (Hz), più Hz, più istruzioni possono essere eseguite al secondo e più core, più operazioni possono essere eseguite contemporaneamente.

Oggi produttori come AMD implementano questi nuclei in blocchi di silicio, chiplet o CCX in modo modulare. Con questo sistema, quando si costruisce un processore si ottiene una migliore scalabilità, poiché si tratta di posizionare i chiplet fino al raggiungimento del numero desiderato, con 8 core per ciascun elemento. Inoltre, è possibile attivare o disattivare ciascun core per ottenere il conteggio desiderato. Intel, nel frattempo, inserisce ancora tutti i core in un singolo silicio.

È sbagliato attivare tutti i core del processore? Consigli e come disabilitarli

Turbo Boost e Precision Boost Overdrive

Sono i sistemi che utilizzano rispettivamente Intel e AMD per controllare la tensione dei loro processori in modo attivo e intelligente. Ciò consente loro di aumentare la frequenza di lavoro quando, come se si trattasse di un overclock automatico, in modo che la CPU funzioni meglio di fronte a un carico elevato di attività.

Questo sistema aiuta a migliorare l'efficienza termica e il consumo degli attuali processori o ad essere in grado di variare la loro frequenza quando necessario.

Elaborazione di thread

Ma ovviamente, non abbiamo solo core, ma ci sono anche thread di elaborazione. Normalmente li vedremo rappresentati nelle specifiche come X Core / X Thread o direttamente XC / X T. Ad esempio, un Intel Core i9-9900K ha 8C / 16T, mentre un i5 9400 ha 6C / 6T.

Il termine Thread deriva da Subprocess, e non è qualcosa che fa parte fisicamente del processore, che la sua funzionalità è puramente logica e viene eseguita attraverso il set di istruzioni del processore in questione.

Può essere definito come il flusso di controllo dei dati di un programma (un programma è costituito da istruzioni o processi), che consente di gestire le attività di un processore dividendole in parti più piccole chiamate thread. Questo per ottimizzare i tempi di attesa per ciascuna istruzione nella coda del processo.

Comprendiamolo in questo modo: ci sono compiti più difficili di altri, quindi ci vorrà un kernel più o meno tempo per completare un'attività. Con i thread, ciò che viene fatto è dividere questo compito in qualcosa di più semplice, in modo che ogni pezzo venga elaborato dal primo core libero che troviamo. Il risultato è sempre tenere occupati i core in modo che non ci siano tempi di inattività.

Quali sono i thread di un processore? Differenze con i nuclei

Tecnologie multithreading

Perché in alcuni casi vediamo che esiste lo stesso numero di core dei thread e in altri no? Bene, questo è dovuto alle tecnologie multithreading che i produttori hanno implementato nei loro processori.

Quando una CPU ha il doppio dei thread rispetto ai core, questa tecnologia è implementata in essa. Fondamentalmente è il modo di eseguire il concetto che abbiamo visto prima, dividendo un nucleo in due fili o "nuclei logici" per dividere i compiti. Questa divisione viene sempre eseguita in due thread per core e non di più, diciamo che è l'attuale limite con cui i programmi sono in grado di funzionare.

La tecnologia Intel si chiama HyperThreading, mentre AMD si chiama SMT (Simultaneous Multithreading). Ai fini pratici, entrambe le tecnologie funzionano allo stesso modo e nel nostro team possiamo vederle come veri e propri nuclei, ad esempio se rendiamo una foto. Un processore con la stessa velocità è più veloce se ha 8 core fisici che se ne avesse 8 logici.

Che cos'è HyperThreading? Maggiori dettagli

La cache è importante?

In realtà, è il secondo elemento più importante di un processore. La memoria cache è una memoria molto più veloce della RAM ed è direttamente integrata nel processore. Mentre una RAM DDR4 a 3600 MHz può raggiungere i 50.000 MB / s in lettura, una cache L3 può raggiungere 570 GB / s, un L2 a 790 GB / se un L1 a 1600 GB / s. Figure completamente pazze registrate nei nevi Ryzen 3000.

Questa memoria è di tipo SRAM (RAM statica), veloce e costosa, mentre quella utilizzata nella RAM è DRAM (RAM dinamica), lenta ed economica perché necessita costantemente di un segnale di aggiornamento. Nella cache vengono archiviati i dati che verranno utilizzati immediatamente dal processore, eliminando così l'attesa se prendiamo i dati dalla RAM e ottimizziamo i tempi di elaborazione. Su entrambi i processori AMD e Intel, esistono tre livelli di memoria cache:

• L1: è il più vicino ai core della CPU, il più piccolo e il più veloce. Con latenze inferiori a 1 ns, questa memoria è attualmente divisa in due, L1I (istruzioni) e L1D (dati). Sia nella nona generazione Intel Core che nella Ryzen 3000, sono 32 KB in ciascun caso e ogni core ha il suo. L2: L2 è successivo, con latenze intorno a 3 ns, inoltre è assegnato in modo indipendente su ciascun core. Le CPU Intel hanno 256 KB, mentre Ryzen ha 512 KB. L3: questa è la memoria più grande delle tre ed è allocata in forma condivisa nei core, normalmente in gruppi di 4 core.

Il ponte nord ora all'interno delle CPU

Il bridge nord di un processore o di una scheda madre ha la funzione di collegare la memoria RAM alla CPU. Attualmente, entrambi i produttori implementano questo controller di memoria o PCH (Platform Conroller Hub) all'interno della CPU stessa, ad esempio, in un silicio separato come accade nella CPU basata su chiplet.

Questo è un modo per aumentare in modo significativo la velocità delle transazioni di informazioni e semplificare gli autobus esistenti sulle schede madri, rimanendo solo con il ponte sud che si chiama chipset. Questo chipset è dedicato all'instradamento dei dati da dischi rigidi, periferiche e alcuni slot PCIe. I processori desktop e laptop all'avanguardia sono in grado di instradare fino a 128 GB di RAM a doppio canale a una velocità nativa di 3200 MHz (4800 MHz con profili JEDEC con XMP abilitato). Questo bus si divide in due:

• Bus dati: trasporta i dati e le istruzioni dei programmi Bus indirizzo: gli indirizzi delle celle in cui sono memorizzati i dati circolano attraverso di esso.

Oltre al controller di memoria stesso, i core devono anche utilizzare un altro bus per comunicare tra loro e con la memoria cache, che si chiama BSB o Back-Side Bus. Quello che AMD utilizza nella sua architettura Zen 2 si chiama Infinity Fabric, il che è in grado di funzionare a 5100 MHz, mentre quello di Intel si chiama Intel Ring Bus.

Che cos'è la cache L1, L2 e L3 e come funziona?

IGP o grafica integrata

Un altro elemento che carica abbastanza importante, non tanto nei processori orientati al gioco, ma in quelli meno potenti, è la grafica integrata. La maggior parte dei processori esistenti oggi ha un numero di core destinati a funzionare esclusivamente con grafica e trame. O Intel, AMD e altri produttori come Qualcomm con il loro Adreno per Smartphone o Realtek per Smart TV e NAS hanno tali core. Chiamiamo questo tipo di processori APU (Accelerated Processor Unit)

Il motivo è semplice, per separare questo duro lavoro dal resto dei compiti tipici di un programma, poiché sono molto più pesanti e più lenti se un APU a 128 bit non utilizza un bus di capacità superiore, ad esempio 128 bit. Come i nuclei normali, possono essere misurati in quantità e con la frequenza con cui lavorano. Ma hanno anche un altro componente come le unità di ombreggiatura. E altre misure come TMU (unità di testurizzazione) e ROP (unità di rendering). Tutti ci aiuteranno a identificare la potenza grafica del set.

Gli IGP attualmente utilizzati da Intel e AMD sono i seguenti:

• AMD Radeon RX Vega 11: è la specifica più potente e utilizzata nei processori Ryzen 5 2400 e 3400 di 1a e 2a generazione. Sono un totale di 11 core Raven Ridge con architettura GNC 5.0 che funzionano a un massimo di 1400 MHz. Hanno un massimo di 704 unità shader, 44 TMU e 8 ROP. AMD Radeon Vega 8: è la specifica inferiore rispetto alle precedenti, con 8 core e lavora a una frequenza di 1100 MHz con 512 unità di shading, 32 TMU e 8 ROP. Li montano su Ryzen 3 2200 e 3200. Intel Iris Plus 655: queste grafiche integrate sono implementate nei processori Intel Core di ottava generazione della gamma U (basso consumo) per laptop e sono in grado di raggiungere 1150 MHz, con 384 unità di shading, 48 TMU e 6 ROP. Le sue prestazioni sono simili alle precedenti. Intel UHD Graphic 630/620 - Queste sono le grafiche integrate in tutte le CPU desktop di ottava e nona generazione che non portano la F nel loro nome. Hanno una grafica inferiore rispetto al Vega 11 che esegue il rendering a 1200 MHz, con 192 unità di shading, 24 TMU e 3 ROP.

Il socket di un processore

Ora usciamo da quelli che sono i componenti di una CPU per vedere dove dovremmo collegarla. Ovviamente è il socket, un grande connettore situato sulla scheda madre e dotato di centinaia di pin che entreranno in contatto con la CPU per trasferire potenza e dati da elaborare.

Come al solito, ogni produttore ha le sue prese e possono anche essere di vari tipi:

• LGA: Land Grid Array, che ha i pin installati direttamente nel socket della scheda e la CPU ha solo i contatti piatti. Consente una maggiore densità di connessione ed è utilizzato da Intel. Le prese attuali sono LGA 1151 per CPU desktop e LGA 2066 per CPU orientate alla workstation. È anche usato da AMD per i suoi Threadripper denominati TR4. PGA: Pin Grid Array, esattamente il contrario, ora i pin si trovano sulla CPU stessa e il socket ha dei buchi. È ancora usato da AMD per tutto il suo desktop Ryzen con il nome BGA: Ball Grid Array, fondamentalmente è un socket in cui il processore è direttamente saldato. È utilizzato nei laptop di nuova generazione, sia di AMD che di Intel.

Dissipatori di calore e IHS

IHS (Integrated Heat Spreader) è il pacchetto che ha un processore nella parte superiore. Fondamentalmente si tratta di una piastra quadrata costruita in alluminio che viene incollata al substrato o PCB della CPU e, a sua volta, al DIE o al silicio interno. La sua funzione è di trasferire il calore da questi al dissipatore di calore e anche di fungere da copertura di protezione. Possono essere saldati direttamente al DIE o incollati con pasta termica.

I processori sono elementi che funzionano ad altissima frequenza, quindi avranno bisogno di un dissipatore di calore che catturi quel calore e lo espanda nell'ambiente con l'aiuto di uno o due fan. La maggior parte delle CPU ha un dissipatore di stock più o meno difettoso, anche se le migliori provengono da AMD. In effetti, abbiamo modelli basati sulle prestazioni della CPU:

• Wrait Stealth: il più piccolo, anche se ancora più grande di Intel, per Ryzen 3 e 5 senza denominazione X Intel: non ha nome, ed è un piccolo dissipatore in alluminio con una ventola molto rumorosa che arriva in quasi tutti i suoi processori tranne l'i9. Questo dissipatore di calore è rimasto invariato dal Core 2 Duo. Guglia Wraith - Media, con un blocco di alluminio più alto e ventola da 85 mm. Per Ryzen 5 e 7 con designazione X. Prisma di Wrait: il modello superiore, che incorpora un blocco a due livelli e tubi di calore in rame per aumentare le prestazioni. È portato da Ryzen 7 2700X e 9 3900X e 3950X. Wraith Ripper: è un lavello a torre realizzato da Cooler Master per Threadrippers.

Dissipatore di calore del processore: cosa sono? Suggerimenti e raccomandazioni

Oltre a questi, ci sono molti produttori che hanno i loro modelli personalizzati compatibili con le prese che abbiamo visto. Allo stesso modo, abbiamo sistemi di raffreddamento a liquido che offrono prestazioni superiori ai dissipatori di calore a torre. Per i processori di fascia alta consigliamo di utilizzare uno di questi sistemi da 240 mm (due ventole) o 360 mm (tre ventole).

I concetti più importanti di una CPU

Vediamo ora altri concetti relativi anche al processore che saranno importanti per l'utente. Non si tratta di struttura interna, ma di tecnologie o procedure che vengono eseguite al loro interno per misurare o migliorare le loro prestazioni.

Come misurare le prestazioni: cos'è un punto di riferimento

Quando acquistiamo un nuovo processore ci piace sempre vedere fino a che punto può andare ed essere in grado di acquistarlo con altri processori o anche con altri utenti. Questi test sono chiamati benchmark e sono stress test ai quali un processore è sottoposto per dare un determinato punteggio in base alle sue prestazioni.

Esistono programmi come Cinebench (punteggio di rendering), wPrime (tempo di esecuzione di un'attività), il programma di progettazione Blender (tempo di rendering), 3DMark (prestazioni di gioco), ecc. Che sono responsabili di eseguire questi test in modo da poterli confrontare con altri processori attraverso un elenco pubblicato sulla rete. Quasi tutti ciò che danno è il loro punteggio calcolato attraverso fattori che solo quel programma ha, quindi non abbiamo potuto acquistare un punteggio Cinebench con un punteggio 3DMark.

Temperature sempre sotto controllo per evitare il throttling termico

Ci sono anche concetti relativi alle temperature di cui ogni utente dovrebbe essere consapevole, specialmente se hanno un processore costoso e potente. Su Internet ci sono molti programmi in grado di misurare la temperatura non solo della CPU, ma di molti altri componenti dotati di sensori. Uno altamente raccomandato sarà HWiNFO.

Relativo alla temperatura sarà la limitazione termica. È un sistema di protezione automatico che le CPU devono ridurre la tensione e l'alimentazione fornite quando le temperature raggiungono il massimo consentito. In questo modo abbassiamo la frequenza di lavoro e anche la temperatura, stabilizzando il chip in modo che non bruci.

Ma anche i produttori stessi offrono dati sulle temperature dei loro processori, quindi possiamo trovare alcuni di questi:

• TjMax: Questo termine si riferisce alla temperatura massima che un processore è in grado di sopportare nella sua matrice, cioè all'interno dei suoi core di elaborazione. Quando una CPU si avvicina a queste temperature, bypasserà automaticamente la protezione sopra menzionata, riducendo la tensione e la potenza della CPU. Temperatura Tdie, Tjunction o Junction: questa temperatura viene misurata in tempo reale da sensori posizionati all'interno dei nuclei. Non supererà mai TjMax, poiché il sistema di protezione agirà prima. TCase: è la temperatura misurata nell'IHS del processore, vale a dire nel suo incapsulamento, che sarà sempre diversa da quella contrassegnata all'interno di un pacchetto core della CPU: è una media della temperatura di Tunion di tutti i core di la cpu

Delidding

Il delid o delidding è una pratica che viene eseguita per migliorare le temperature della CPU. Consiste nel rimuovere l'IHS dal processore per esporre il diverso silicio installato. E se non è possibile rimuoverlo perché è saldato, lucideremo la sua superficie al massimo. Questo viene fatto per migliorare il più possibile il trasferimento di calore posizionando direttamente la pasta termica di metallo liquido su questi DIE e posizionando il dissipatore di calore sulla parte superiore.

Cosa otteniamo facendo questo? Bene eliminiamo o prendiamo alla sua minima espressione lo spessore extra che IHS ci dà in modo che il calore passi direttamente al dissipatore di calore senza passaggi intermedi. Sia la pasta che IHS sono elementi con resistenza al calore, quindi eliminandoli e posizionando il metallo liquido potremmo abbassare le temperature a 20 ° C con l'overclocking. In alcuni casi non è un compito facile, poiché IHS è saldato direttamente al DIE, quindi non c'è altra opzione che levigarla invece di toglierla.

Il prossimo livello sarebbe quello di posizionare un sistema di raffreddamento ad azoto liquido, riservato solo alle impostazioni di laboratorio. Anche se, naturalmente, possiamo sempre creare il nostro sistema con un motore frigorifero che contiene elio o derivati.

Overclocking e undervolting sul processore

Strettamente correlato a quanto sopra è l' overclocking, una tecnica in cui viene aumentata la tensione della CPU e il moltiplicatore viene modificato per aumentare la sua frequenza operativa. Ma non stiamo parlando di frequenze che rientrano nelle specifiche come la modalità turbo, ma di registri che superano quelli stabiliti dal produttore. Non si perde per nessuno il rischio per la stabilità e l'integrità del processore.

Per overcloccare, abbiamo prima bisogno di una CPU con il moltiplicatore sbloccato, quindi di una scheda madre con chipset che abiliti questo tipo di azione. Tutti gli AMD Ryzen sono suscettibili all'overclocking, così come i processori Intel denominati in K. Allo stesso modo, i chipset AMD B450, X470 e X570 supportano questa pratica, così come le serie Intel X e Z.

L'overclocking può anche essere fatto aumentando la frequenza del clock di base o BCLK. È l'orologio principale della scheda madre che controlla praticamente tutti i componenti, come CPU, RAM, PCIe e Chipset. Se aumentiamo questo clock, aumentiamo la frequenza di altri componenti che hanno anche il moltiplicatore bloccato, anche se comporta ancora più rischi ed è un metodo molto instabile.

La sottotensione, invece, è esattamente l'opposto, abbassando la tensione per impedire a un processore di eseguire la limitazione termica. È una pratica utilizzata su laptop o schede grafiche con sistemi di raffreddamento inefficaci.

I migliori processori per desktop, giochi e workstation

In questo articolo non potrebbe mancare un riferimento alla nostra guida con i migliori processori sul mercato. In esso, inseriamo i modelli Intel e AMD che consideriamo meglio nelle diverse gamme esistenti. Non solo giochi, ma anche apparecchiature multimediali e persino Workstation. Lo teniamo sempre aggiornato e con link per l'acquisto diretto.

Conclusione sul processore

Non puoi lamentarti del fatto che questo articolo non impara nulla, dal momento che abbiamo esaminato la storia dei due principali produttori e delle loro architetture in modo del tutto completo. Inoltre, abbiamo esaminato le diverse parti di una CPU che sono essenziali per conoscerle all'esterno e all'interno, insieme ad alcuni concetti importanti e comunemente utilizzati dalla comunità.

Ti invitiamo a inserire nei commenti altri concetti importanti che abbiamo trascurato e che ritieni importanti per questo articolo. Cerchiamo sempre di migliorare il più possibile questi articoli di particolare importanza per la comunità che viene avviata.