Thực tế là nếu bạn chi hàng nghìn đô la để mua CPU đắt nhất trên thị trường tại bất kỳ thời điểm nào, nó sẽ hoạt động tốt hơn các lựa chọn thay thế. Tuy nhiên, nó có thể chỉ tốt hơn 5 đến 10% so với CPU cấp tiếp theo, rẻ hơn hàng trăm đô la. Do đó, quan trọng là phải biết các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng CPU để bạn có thể đưa ra quyết định mua sắm tốt hơn.
CPU Là Gì
CPU (Central Processing Unit - Bộ xử lý trung tâm), đôi khi gọi là "processor" (bộ xử lý), là một trong những thành phần quan trọng nhất trong hệ thống máy tính. Là "bộ não" của hệ thống máy tính, nhiệm vụ của nó là xử lý tất cả tính toán dữ liệu và đảm bảo chúng được xử lý trong thời gian nhanh nhất có thể.
CPU không phải là thứ bạn có thể nhìn thấy từ bên ngoài máy tính. Thực tế, bạn sẽ không thấy CPU trên một PC đã lắp ráp hoàn chỉnh. Để thấy nó, bạn phải tháo vỏ máy, rút dây, tháo tản nhiệt (và quạt), và chỉ khi đó mới thấy bề mặt CPU. Hình dạng CPU là một chip vuông nhỏ với nhiều chân kết nối ở dưới. Hình ảnh dưới đâyแสดง mặt sau và mặt trên của CPU.
CPU Hoạt Động Như Thế Nào
Để đơn giản, cách CPU hoạt động có thể minh họa qua ba bước sau:
- Khi bạn nhấp để thực thi một ứng dụng, lệnh thô đầu tiên được lấy từ ổ cứng (đôi khi từ bộ nhớ) và gửi đến CPU để xử lý.
- Khi CPU nhận được lệnh, nó sẽ thực thi logic và tính toán kết quả.
- Khi CPU hoàn tất xử lý, nó sẽ gửi kết quả đến thiết bị tương ứng để xuất ra cho người dùng.
Mặc dù có vẻ dễ dàng, cả ba bước phải hoàn thành trong vài giây. Sự chậm trễ ở bất kỳ bước nào sẽ dẫn đến lag (giật lag) trên máy tính.
Tốc Độ Clock (Clock Speed)
Mỗi CPU được trang bị một clock bên trong cung cấp "nhịp điệu" làm việc. "Tốc độ Clock" (Clock Speed), còn gọi là "Clock Rate", đề cập đến số phép toán CPU có thể thực hiện trong một giây.
Đây là con số Hz (Hertz, và mở rộng ra megaHertz và gigaHertz là MHz và GHz) bạn thường thấy bên cạnh tên CPU.
Vấn đề là để chạy nhanh hơn, bạn phải đẩy nhiều điện năng hơn qua CPU, và điều đó tạo ra nhiệt. Sau trần 4 GHz, rất khó giữ CPU được làm mát đầy đủ.
Hiệu năng CPU tính bằng Hz chủ yếu ảnh hưởng đến ứng dụng single-threaded (đơn luồng). Phần mềm hiện đại phổ biến như trình duyệt Chrome và Firefox được thiết kế để tận dụng nhiều nhân (xem phần tiếp theo) và luồng, thay vì chỉ phụ thuộc vào tốc độ clock. Thông thường, máy tính sẽ hoạt động tốt hơn trên CPU nhiều nhân nhưng tốc độ clock chậm hơn so với CPU đơn nhân nhưng nhanh hơn.
Số Nhân (Number of Cores)
Vì tăng tốc độ thực tế trở nên càng khó khăn, các nhà sản xuất CPU quyết định thêm khả năng đa nhiệm bằng cách thêm nhiều nhân vào CPU.
Việc mô tả CPU đa nhân tương đương với "ghép hai hay nhiều CPU lại cùng một gói" là một sự bất công. Chúng có thể trông như vậy đối với người tiêu dùng trung bình, nhưng thiết kế thực tế của chúng thông minh hơn nhiều so với việc chỉ dán hai CPU cạnh nhau.
Bằng cách cùng tồn tại trên cùng một die (hạt), các nhân riêng lẻ của CPU đa nhân chia sẻ một số tài nguyên, vừa để giảm chi phí sản xuất vừa cải thiện hiệu năng. Ví dụ, chúng có thể chia sẻ một phần bộ nhớ cache, các kết nối đến các yếu tố khác trên bo mạch chủ, v.v.
CPU đa nhân có thể đồng nhất (homogenous) hoặc dị chất (heterogeneous). CPU đồng nhất chứa hai hoặc nhiều nhân giống hệt nhau. CPU dị chất chứa các nhân loại khác nhau. Ví dụ, CPU trong smartphone hiện đại thường bao gồm một nhân trung tâm tốt hơn cho các hoạt động chung và nhiều nhân nhỏ hơn giúp cho nhiếp ảnh, AI, v.v.
Với các nhà sản xuất CPU chuyển sự chú ý sang thêm nhiều nhân thay vì đẩy giới hạn GHz, phần mềm và hệ điều hành hiện đại cũng theo suit. Hầu hết phần mềm hiện đại đã tận dụng nhiều nhân, nhưng bạn vẫn có thể tìm thấy nhiều công cụ, ứng dụng, thậm chí game, hoạt động tốt hơn với tốc độ đơn nhân cao hơn so với đa nhân. Điều này xảy ra vì một số khối lượng công việc đơn giản không thể song song hóa, chia thành các mảnh nhỏ hơn và phân tán trên nhiều nhân.
Cache Và Kiến Trúc
Quay lại thời 8-bit, RAM của máy tính đủ nhanh để cung cấp cho CPU mọi thứ nó cần. Khi CPU tiếp tục tăng tốc, RAM bắt đầu phải chạy theo. Đó là lúc cache được đưa vào.
Cache, thực chất là một bộ nhớ nhỏ và cực nhanh, được thêm vào CPU để lưu trữ lệnh tức thì từ RAM. Vì cache chạy cùng tốc độ với CPU, nó có thể cung cấp thông tin cho CPU trong thời gian ngắn nhất mà không có độ trễ.
Có các cấp cache khác nhau. Cấp 1 (L1) là dạng cơ bản nhất của cache và có trên mọi CPU. Cấp 2 (L2) có kích thước bộ nhớ lớn hơn và dùng để lưu trữ nhiều lệnh tức thì hơn. Nói chung, cache L1 cache cache L2, cache L2 cache RAM, cache RAM cache dữ liệu ổ cứng. Với công nghệ đa nhân mới hơn, thậm chí còn có cache L3 hoặc L4 lớn hơn và được chia sẻ giữa các nhân.
Đáng chú ý là những thứ này có thể trở nên ít quan trọng hơn trong tương lai nếu ai đó tìm ra cách tăng tốc đáng kể kết nối giữa CPU và RAM. Chúng tôi nhắc đến điều này vì AMD có thể đã làm được điều này một cách nào đó và đó là một trong những lý do khiến thế hệ tiếp theo của bộ xử lý kiến trúc Zen của họ thú vị.
Trên đây là các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng CPU. Bạn cũng có thể muốn biết sự khác biệt giữa CPU Intel và AMD, và cách chọn CPU AMD.