เป็นจริงที่ถ้าคุณจ่ายเงินหลายพันดอลลาร์ซื้อ CPU ที่แพงที่สุดในตลาดในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง มันจะทำงานได้ดีกว่าตัวเลือกอื่นๆ แต่อาจดีกว่า CPU ระดับถัดไปเพียง 5-10% ซึ่งถูกกว่าหลายร้อยดอลลาร์ ดังนั้น จึงสำคัญที่ต้องรู้ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพ CPU เพื่อตัดสินใจซื้อที่ดีกว่า
CPU คืออะไร
CPU (Central Processing Unit) หรือเรียกว่า "โปรเซสเซอร์" เป็นหนึ่งในส่วนประกอบสำคัญที่สุดในระบบคอมพิวเตอร์ เป็นสมองของระบบคอมพิวเตอร์ หน้าที่คือดูแลการคำนวณข้อมูลทั้งหมด และให้แน่ใจว่าถูกประมวลผลในเวลาที่เร็วที่สุด
CPU ไม่ใช่สิ่งที่มองเห็นได้จากภายนอกคอมพิวเตอร์ จริงๆ แล้วคุณจะไม่เห็น CPU บน PC ที่ประกอบเสร็จแล้ว เพื่อเห็นมัน ต้องถอดเคสคอมพิวเตอร์ ถอดสาย ถอดฮีทซิงค์ (และพัดลม) และถึงจะเห็นพื้นผิว CPU รูปร่างของ CPU คือชิปสี่เหลี่ยมเล็ก มีขาเชื่อมต่อเยอะอยู่ด้านล่าง
ภาพด้านล่างแสดงด้านหลังและด้านบนของ CPU
CPU ทำงานอย่างไร
เพื่อให้เข้าใจง่าย วิธีการทำงานของ CPU สามารถอธิบายได้ด้วยสามขั้นตอน:
- เมื่อคุณคลิกเพื่อรันแอปพลิเคชัน คำสั่งดิบถูกดึงจากฮาร์ดดิสก์ (บางครั้งจากหน่วยความจำ) และส่งไปที่ CPU เพื่อประมวลผล
- เมื่อ CPU ได้รับคำสั่ง จะดำเนินการตรรกะและคำนวณผลลัพธ์
- เมื่อ CPU ประมวลผลเสร็จ จะส่งผลลัพธ์ไปยังอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องเพื่อแสดงผลให้ผู้ใช้
แม้ดูง่าย แต่ทั้งสามขั้นตอนต้องเสร็จภายในไม่กี่วินาที การล่าช้าในขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่งจะทำให้คอมพิวเตอร์ล่าช้า (lag)
ความเร็วนาฬิกา (Clock Speed)
ทุก CPU มีนาฬิกาภายในที่ให้ "จังหวะ" การทำงาน "Clock Speed" หรือ "Clock Rate" หมายถึงจำนวนการดำเนินการที่ CPU ทำได้ในหนึ่งวินาที
นี่คือตัวเลขใน Hz (Hertz และต่อมาคือ megaHertz และ gigaHertz ที่เห็นเป็น MHz และ GHz) ที่มักเห็นข้างชื่อ CPU
ปัญหาคือ เพื่อให้เร็วขึ้น ต้องไหลกระแสไฟฟ้ามากขึ้นผ่าน CPU และนั่นสร้างความร้อน หลังเพดาน 4 GHz ยากที่จะทำให้ CPU เย็นพอ
ประสิทธิภาพ CPU ใน Hz ส่งผลต่อแอปพลิเคชัน single-threaded หลัก โปรแกรมสมัยใหม่ส่วนใหญ่ เช่น เบราว์เซอร์ Chrome และ Firefox ที่นิยม ถูกออกแบบให้ใช้ประโยชน์จากหลายคอร์ (อ่านต่อในส่วนถัดไป) และเธรด แทนที่จะพึ่งพาความเร็วนาฬิกาเพียงอย่างเดียว ทั่วไป คอมพิวเตอร์จะทำงานดีกว่าบน CPU หลายคอร์แต่ความเร็วนาฬิกาช้ากว่า CPU คอร์เดียวที่เร็วกว่า
จำนวนคอร์ (Number of Cores)
เนื่องจากเพิ่มความเร็งจริงๆ ยากขึ้นเรื่อยๆ ผู้ผลิต CPU จึงตัดสินใจเพิ่มความสามารถมัลติทาสกิ้ง โดยเพิ่มคอร์เข้าไปใน CPU
การอธิบาย multicore CPU ว่าเทียบเท่ากับ "ติด CPU สองตัวขึ้นไปรวมกันในแพ็กเกจเดียวกัน" เป็นการทำล่วงหลับ พวกมันอาจดูแบบนั้นในสายตาผู้บริโภคทั่วไป แต่การออกแบบจริงฉลาดกว่าการกาว CPU สองตัววางติดกัน
ด้วยการร่วมอยู่บนเดียวกัน (die) คอร์แต่ละตัวของ multicore CPU แบ่งปันทรัพยากรบางส่วน ทั้งเพื่อลดต้นทุนการผลิตและเพิ่มประสิทธิภาพ เช่น อาจแบ่งปันหน่วยความจำแคช สายเชื่อมต่อกับองค์ประกอบอื่นบนเมนบอร์ด ฯลฯ
Multicore CPU สามารถเป็น homogeneous หรือ heterogeneous Homogeneous CPU มีคอร์เหมือนกันสองตัวขึ้นไป Heterogeneous CPU มีคอร์ประเภทต่างกัน เช่น CPU ในสมาร์ทโฟนสมัยใหม่มักมีคอร์กลางที่ทำงานทั่วไปได้ดี และคอร์เล็กๆ หลายตัวช่วยถ่ายภาพ AI ฯลฯ
เมื่อผู้ผลิต CPU โฟกัสเพิ่มคอร์แทนที่จะดัน GHz ต่อ ซอฟต์แวร์และระบบปฏิบัติการสมัยใหม่ก็ปรับตัวตาม ส่วนใหญ่ใช้ประโยชน์จากหลายคอร์แล้ว แต่ยังพบเครื่องมือ แอปพลิเคชัน และเกมส์หลายอย่างที่ทำงานดีกว่าบนความเร็ว single-core สูงกว่า multicore เพราะบางภาระงานไม่สามารถขนาน (parallelize) แยกเป็นชิ้นเล็กๆ และกระจายไปหลายคอร์ได้
แคชและสถาปัตยกรรม (Cache and Architecture)
ยุค 8-bit หน่วยความจำ RAM ของคอมพิวเตอร์พอให้ CPU ได้ทุกอย่างที่ต้องการ เมื่อ CPU เร็วขึ้น RAM เริ่มตามไม่ทัน นั่นคือที่มาของแคช
แคช ซึ่งเป็นหน่วยความจำเล็กและเร็วมาก เพิ่มเข้าไปใน CPU เพื่อเก็บคำสั่งทันทีจาก RAM เนื่องจากแคชรันที่ความเร็วเดียวกับ CPU จึงให้ข้อมูลแก่ CPU ได้เร็วที่สุดโดยไม่มีล่าช้า
มีระดับแคชต่างๆ Level 1 (L1) cache เป็นรูปแบบพื้นฐาน มีในทุก CPU Level 2 (L2) cache มีขนาดหน่วยความจำใหญ่กว่า ใช้เก็บคำสั่งทันทีมากขึ้น โดยทั่วไป L1 cache จะแคช L2 cache ซึ่งแคช RAM ซึ่งแคชข้อมูลฮาร์ดดิสก์ ด้วยเทคโนโลยี multi-core ใหม่ๆ ยังมี L3 หรือ L4 cache ที่ใหญ่กว่า และแบ่งปันระหว่างคอร์ต่างๆ
ควรทราบว่า สิ่งเหล่านี้อาจสำคัญน้อยลงในอนาคต หากใครค้นพบวิธีเร่งการเชื่อมต่อระหว่าง CPU และ RAM อย่างมีนัยสำคัญ เรากล่าวถึงเพราะ AMD อาจทำได้ และเป็นหนึ่งในเหตุผลที่สถาปัตยกรรม Zen รุ่นถัดไปของพวกเขาน่าตื่นเต้น
ข้างต้นคือปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพ CPU คุณอาจอยากรู้ความแตกต่างระหว่าง Intel และ AMD CPU และวิธีเลือก AMD CPU
