Cómo funcionan los núcleos en un procesador

Así es como funcionan los núcleos de un CPU en una computadora, para que no vuelvas a ver con cara extraña tu procesador
Fuente: Pixabay

Hace muchos años, cuando todavía estábamos en la prehistoria y cazábamos mamuts, los CPU tenían un solo núcleo. Ahora que hemos evolucionado y los mamuts llegan en hamburguesas y los CPU tienen cada vez más núcleos (o cores) en modelos para computadoras, smartphones y hasta relojes, pero así es como funcionan estos y por qué son importantes.

Fuente: Lifewire

El núcleo de un CPU es la parte más importante de este. Es el componente donde la información del sistema computacional es procesada para ser registrada, leída, interpretada y escrita. Todas las tareas que se hagan y se envíen pasan por este y es ahí también donde los demás componentes de tu sistema reciben las instrucciones que deben realizar.

Sin embargo, con el paso del tiempo el número de núcleos se incrementó considerablemente. Ahora mismo, los procesadores de la gama doméstica más importantes cuenta con incluso 16 núcleos, como en el caso del Ryzen 9 5950X; por otro lado, en la gama de servidores podemos encontrar CPUs con hasta 64 núcleos y la tendencia es que estos sigan aumentando.

Ahora, ¿por qué es importante tener más núcleos o de qué sirven? En muchos casos, más núcleos no representa exactamente una mayor funcionalidad o un rendimiento elevado respecto de un núcleo individual y la respuesta está en cómo trabajan estos núcleos.

Diagrama del grupo de núcleos del primer Intel Core i7 | Fuente: Intel

Un CPU solo puede procesar una sola tarea a la vez. Es por eso que estos trabajan a velocidades altísimas con frecuencias de más de 1 GHz en procesadores antiguos y a más de 4 GHz en productos de tope de gama. Sin embargo, conforme también avanzó el desarrollo de software, los CPU se comenzaron a hacer lentos respecto a la cantidad de información que tenían que procesar y por ello surgió la necesidad de crear clusters y unidades de núcleos que registren la información de manera individual para dividirse las tareas y darle desahogo a tareas más complejas y demandantes.

En muchos sistemas, sobre todo en CPU para ARM, no todos los núcleos funcionan a la misma velocidad. Esto también es un reto de desarrollo para los programadores y los ingenieros que diseñan estas máquinas. En muchos de estos casos, los procesos se dividen, según la velocidad a la que puede trabajar cada núcleo, en tareas más o menos demandantes, dando lugar también a la división por categorías de núcleos.

Sin embargo, esto solo responde a la programación de software, que será la encargada de pedir al CPU realizar tareas a través de diferentes núcleos en caso de estar diseñada de esa forma. De lo contrario, el trabajo seguirá concentrándose en un solo núcleo.

Diferencias entre arquitectura Zen 2 y Zen 3 de AMD | Fuente: AMD

Para ejemplificar un poco más visualmente cómo funciona el trabajo multicore, imaginemos que las tareas que manda un sistema computacional son un taquiza que se sirve en una mesa en la que pueden sentarse parejas a trabajar. Mientras más bocas haya, más rápido se acabará la comida y el taquero podrá sacar más órdenes con verdura y salsa. La velocidad a la que come cada núcleo también dependerá la prioridad a la que se le sirven los tacos, porque no tiene caso ponerle órdenes de 10 tacos a un núcleo que solo puede comer 5 tacos a la vez porque está en dieta.

También, habrá taqueros, como los taqueros gamers, que buscarán sacar más provecho de un solo comensal que de todos los demás, pues buscará que los demás se encarguen del control de otras tareas, como los periféricos o las instrucciones para el comensal de GPU, mientras que aquel núcleo que se come los tacos del procesamiento del juego se concentra en exactamente hacer eso.

El desarrollo de tecnologías para incluir más núcleos dentro del mismo complejo de CPU es cada vez más grande. Pasamos de CPU con núcleos únicos a multicores y luego a multi threads (que este es otro tema aparte) en tan solo unas décadas. La capacidad de los sistemas computacionales de la gama doméstica es cada vez más grande y las divisiones entre una workstation y una PC doméstica son cada vez más tenues.

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