Scelta componenti: CPU

Scelta componenti hardware: CPULa CPU (Central Processing Unit, o unità di elaborazione centrale), anche chiamata processore o microprocessore, è il “cuore” del computer. Il suo compito è quello di eseguire le istruzioni dei programmi residenti in memoria. La scelta della CPU è forse quella che incide maggiormente sulle prestazioni globali del PC, rispetto agli altri singoli componenti presenti (eccezion fatta per i sistemi per il gioco 3D, dove invece può essere la scheda video, o VGA, il cosidetto “collo di bottiglia”).

Ma prima di identificare le differenze tra le diverse CPU disponibili in commercio, è necessario familiarizzare con alcuni termini tecnici, che identificano le proprietà specifiche di ogni processore.

N.B.: In commercio è facile trovare entrambe le versioni Retail ed OEM, per ogni diversa CPU commercializzata. Come regola generale, bisognerà tenere presente che le versioni Retail, a fronte di un maggior prezzo di listino, sono dotate di package (confezione completa), al cui interno sarà presente il relativo dissipatore (Heat Sink Fan), libretto di istruzioni e garanzia, solitamente di 3 anni. Le versioni OEM, destinate esclusivamente al mercato degli assemblatori, a fronte di un prezzo minore, saranno sprovviste di confezione, dissipatore e libretti, mentre la garanzia, della durata nominale di 1 anno, verrà fornita direttamente dal rivenditore.

 

Clock speed (velocità o frequenza di clock)

Il clock speed è il numero di commutazioni tra i due livelli logici “0” e “1”, che i circuiti logici interni alla CPU sono in grado di eseguire nell’unità di tempo (1 secondo), ed è espressa in cicli al secondo, o hertz, e suoi multipli: gigahertz (GHz) o megahertz (MHz, dove 1 GHz=1000 MHz); normalmente per eseguire un’istruzione o una semplice somma sono necessari più cicli di clock.

Indicativamente un valore di frequenza maggiore indica un processore più veloce, anche se considerare solamente questo valore, ai fini prestazionali, può portare ad erronee valutazioni. Infatti non tutte le CPU eseguono la stessa quantità di lavoro ad ogni ciclo di clock, per cui due modelli diversi, anche se con la stessa frequenza operativa, potenzialmente possono avere prestazioni complessive molto diverse. In ogni caso la frequenza non dovrebbe MAI essere utilizzata per comparare due CPU appartenenti ad architetture diverse (AMD Phenom rispetto ad Intel i7, per esempio), dove solamente il confronto effettuato mediante la comparazione di appositi benchmark (insieme di test software che misurano le prestazioni complessive del PC), può portare a valutazioni oggettive.

 

IPC (Istruzioni Per Ciclo)

L’IPC indica il numero di istruzioni eseguite dalla CPU in un ciclo di clock, e dipende direttamente dalla sua efficienza nell’eseguire le istruzioni, oltre che dalla sua frequenza di clock.

 

FSB (Front Side Bus)

Nei PC il Front Side Bus è il bus che trasporta i dati tra la CPU e il northbridge. Il throughput teorico massimo (banda) del FSB viene determinata moltiplicando i byte delle word (parole) del processore per la frequenza di clock (cicli al secondo) per il numero di data transfer ad ogni ciclo. Ad esempio, un sistema con processore a 32 bit (4 byte), FSB a 100 MHz e 4 trasferimenti a ciclo, ha una banda di 4(byte) x 100(FSB) x 4(tc) = 1600 megabyte al secondo (MB/s).

 

Interfaccia (Socket/Slot)

La CPU andrà inserita nell’apposito alloggiamento presente sulla motherboard. E’ indispensabile che il formato della CPU corrisponda esattamente con quello del socket (connettore) della scheda madre.

In nessun caso effettuare il tentativo di utilizzare una CPU su di un socket di diverso formato, in quanto potrà avvenire il danneggiamento di entrambe le parti, e relativa invalidazione della garanzia!

 

Bit width (bit di larghezza)

A seconda dell’architettura del processore, questo valore riflette la dimensione dei registri interni della CPU. Nel mercato dei personal computer, a partire dall’anno 2006, l’architettura a 32-bit è stata progressivamente sostituita da quella a 64-bit, prima utilizzata esclusivamente in ambito server, con le architetture AMD64, EM64T e PowerPC 970.

Per i nostri obiettivi utilizzeremo un’approssimazione: le CPU verranno considerate a 64-bit quando saranno in grado di far girare un sistema operativo a 64-bit. In caso di dubbio, consigliamo di verificare attentamente la documentazione relativa al particolare sistema operativo.

 

HT (Hyper-threading)

L’Hyper-threading è una tecnologia lanciata da Intel, che permette ad un processore a core singolo di simulare la presenza di due core, con conseguente incremento di prestazioni durante l’esecuzione di più applicazioni contemporanee. Essa venne utilizzata attivamente da Intel tra il 2003 e il 2006, per poi ritrovare nuova linfa vitale nel progetto Intel Atom, destinato ai sistemi UMPC e a quelli ultra economici. L’idea alla base della tecnologia Hyper-threading era quella di duplicare alcune unità di elaborazione all’interno dei microprocessori, al fine di poter eseguire simultaneamente alcune operazioni, grazie a tecniche di multithreading. Si trattava, in un certo senso, di un tentativo di creare un processore di transizione tra i tradizionali single core e i successivi dual core, in un periodo nel quale, a causa del processo produttivo a 130 nm, non permetteva “fisicamente” la presenza di 2 core all’interno di un unico package.

 

CPU cache

La CPU cache è la cache implementata direttamente all’interno della CPU, utilizzata per ridurre il tempo medio d’accesso alla memoria. La cache è una memoria di piccole dimensioni, ma molto veloce, che mantiene copie dei dati ai quali si fa più frequentemente accesso, evitando l’accesso alla memoria principale attraverso il northbridge, e riducendo quindi la latenza media di accesso alla memoria. Indicativamente, più sono grandi le dimensioni della cache, più veloce sarà il sistema. La cache è normalmente di tre tipi diversi: L1, L2, e L3. Quella di tipo L1 è la più piccola e la più veloce, mentre la L3 è la più grande e la più lenta delle tre. Normalmente è il valore della cache di tipo L2 che viene pubblicizzata, mentre la L3 solo raramente viene utilizzata nella progettazione dei processori.

 

Core

Il core è il “nucleo elaborativo” di un microprocessore. La CPU è in effetti costituita da 2 componenti principali: il core appunto, e il package che lo contiene. In alcune tipologie di CPU il core è visibile, costituito da un piccolo rettangolo leggermente sporgente, al centro del package. Questo contiene tutti i transistor (centinaia di milioni), che ne determinano il funzionamento e la capacità di elaborazione. Tutto quello che sta intorno al core è il package, ovvero lo “zoccolo”, costituito di materiale plastico, ceramico o vetronite, collegato elettricamente ai pin di contatto che andranno a innestarsi nel socket.

Spesso diversi core vengono commercializzati con lo stesso nome, per cui è necessario verificare esattamente cosa ci stiamo apprestando ad acquistare. E’ infatti un errore basarsi nella scelta solamente sulla frequenza di clock, espressa in gigahertz . Questo numero, anche se di immediata comprensione, poco ci illustra delle effettive funzionalità del processore. Il numero di core fisici presenti, ed il modo in cui comunicano tra di loro, hanno un grande effetto sulle prestazioni finali del sistema nel quale la CPU verrà installata, più di quanto il semplice nome commerciale della CPU potrebbe fare presagire.

 

Multi core

Già da qualche anno sia Intel che AMD sono giunte ad un punto in cui non è praticamente più possibile innalzare le frequenze operative dei propri processori, e hanno deciso di puntare tutto sulle architetture multi core, ovvero due o più core montati sullo stesso package. In questo modo, sfruttando il parallelismo, si ottengono vantaggi tipici di un sistema con più processori. A partire dall’anno 2010 Intel, con la tecnologia dei Core i7, è passata a produrre CPU che montano 8 core sullo stesso package.

VANTAGGI

  • Seppur si tratti di una tecnologia relativamente nuova, i processori multi core sono divenuti particamente lo standard de facto di entrambi i maggiori produttori di CPU, AMD ed Intel.
  • Multitasking: Ogni processore ha un numero di “nuclei elaborativi” corrispondenti al numero di core presenti, per un incremento teorico di 2x (dual core), 4x (quad core), 6x (hexa core) ed 8x (eigth core) legato al multitasking. Gli incrementi di prestazioni più evidenti si possono notare quando vengono eseguiti contemporaneamente più compiti particolarmente gravosi, quali ad esempio video encoding, scansione antivirus, elaborazione 3D.
  • Le applicazioni più recenti vengono sviluppate sfruttando il multi-threading, per sfruttare i vantaggi derivanti dall’elaborazione parallela delle istruzioni.
  • I processori multi core hanno funzionalità avanzate di risparmio energetico, in grado di “spegnere” selettivamente uno o più core, quando non è richiesto il loro utilizzo, con evidenti benefici dal punto di vista energetico.

SVANTAGGI

  • Nel caso di applicazioni datate (sicuramente quelle rilasciate fino al 2006, dove non era previsto il supporto al multi-threading), le prestazioni di un core multi possono risultare sicuramente inferiori, rispetto all’esecuzione su di un sistema a core singolo ma con una maggiore frequenza operativa.
  • Un processore quad core non è il doppio più veloce di un processore dual core. Nell’esecuzione di una singola applicazione, che richiede elevate risorse computazionali (come, ad esempio, i giochi 3D), i vantaggi dell’architettura multi core sono trascurabili, rispetto a quelli legati alla “semplice” frequenza operativa.

 

Intel

La Intel Corporation è un’azienda multinazionale produttrice di semiconduttori (microprocessori, dispositivi di memoria, circuiti di supporto alle telecomunicazioni e alle applicazioni informatiche) con sede a Santa Clara, California. Fondata nel 1968, è leader nel suo segmento di mercato, ed è nota soprattutto per essere da molti anni al primo posto tra i produttori di semiconduttori in termini di entrate annue.

  • Gamma Pentium: Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III, Pentium III-M, Pentium 4, Pentium 4-M, Mobile Pentium 4, Pentium 4 EE, Celeron D, Pentium D, Pentium EE
  • Processori Mobile: Pentium M, Celeron M, Core Duo, Core Solo
  • Gamma Core: Core 2 Duo, Core 2 Quad, Core 2 Extreme
  • Gamma Nehalem: Core i3, Core i5, Core i7, Core i7 Extreme
  • Processori per Server: Xeon

AMD

AMD (Advanced Micro Devices, Inc.) è una multinazionale americana produttrice di semiconduttori con sede a Sunnyvale, California. È uno dei leader mondiali nella produzione di microprocessori per il mercato consumer, workstation e server, di chip grafici integrati e discreti dopo la fusione con ATI oltre che di chipset.

Architettura K8

  • Settore deskyop: Athlon 64, Athlon 64 X2, Athlon Neo X2, Athlon 64 FX, Sempron 64, Sempron X2
  • Settore mobile: Mobile Sempron, Sempron for Ultrathin Notebooks, Mobile K8 Athlon XP-M, Mobile Athlon 64, Mobile Athlon 64 X2, Athlon 64 for Notebooks, Athlon 64 X2 for Notebooks, Athlon Neo for Ultrathin Notebooks, Athlon Neo X2 for Ultrathin Notebooks, Turion 64 Mobile, Turion 64 X2 Mobile, Turion Neo X2, Turion X2 Ultra Dual-Core
  • Settore Server: Opteron, Single-core Opteron, Dual-core Opteron, Second Generation Opteron

Architettura K10

  • Settore desktop: Sempron, Athlon X2, Athlon II X2, Athlon II X3, Athlon II X4, Phenom X3, Phenom X4, Phenom II X3, Phenom II X4, Phenom II X6
  • Settore mobile: Sempron Mobile, Athlon II Dual-Core Mobile, Turion II Dual-Core Mobile, Turion II Ultra Dual-Core Mobile
  • Settore server: Third Generation Opteron, Six-Core Opteron, Dodeca-Core Opteron

 

CPU cooling

Hardware: cpu coolerIl raffreddamento della CPU è un fattore cruciale per l’affidabilità e la durata dell’intero sistema; si stima che l’utilizzo continuo all’interno del range consigliato di temperatura, possa arrivare a prolungare la vita di una CPU fino a 10 anni! In ogni caso, il verificarsi di alte temperature nel core della CPU può portare a comportamenti inaffidabili, quali blocchi ed errori di sistema, rallentamenti improvvisi, ecc..

Temperature estremamente alte possono addirittura portare alla distruzione pressochè istantanea della CPU! E’ dunque assolutamente sconsigliata la pratica di accendere il sistema senza installare il dissipatore, giusto per vedere se si avvia correttamente: bastano solamente un paio di secondi per “friggere” la CPU, e doverne quindi comprare una nuova (ed in ogni caso i termini di garanzia non vi copriranno, in questo caso).

Per il raffreddamento della CPU sono disponibili diversi metodi, ma quello più comune è quello ad aria a ventilazione forzata. Tutte le CPU in versione “Retail” sono dotate di un dissipatore di questo tipo, più che sufficiente per l’utilizzo normale, con la sola esclusione di sistemi overclockati, o funzionanti in ambienti non standard.

Normalmente i dissipatori sono disponibili con uno strato di pasta termo-conduttiva già applicato, ma in caso contrario sarà necessario procurarsene la piccola quantità necessaria (in commercio sono disponibili anche in confezioni mono-dose). Questo strato permette la perfetta aderenza tra le superfici del core e del dissipatore, utilizzando la maggior area disponibile per la conduzione del calore. Ogni volta che il dissipatore verrà rimosso ed installato sarà quindi necessario effettuare la pulizia delle due superfici, possibilmente utilizzando un solvente che non lasci residui quale l’alcool isopropilico, e quindi procedere ad una nuova applicazione di pasta termo-conduttiva.

Le paste più economiche e sicure sono quelle a base siliconica, elettricamente isolanti. Più efficienti e costose sono invece quelle a base d’argento, ed ancora di più quelle a base carbonica. E’ necessaria però molta cautela nell’applicazione, in quanto trattasi di materiali elettricamente conduttivi, e dunque un utilizzo eccessivo od improprio potrà causare corto-circuiti sulla motherboard. Ricordate sempre che con il calore tutte le paste tendono a diventare più liquide, e quindi è sufficiente l’applicazione di uno strato davvero minimo!

Per un funzionamento il più possibile silenzioso, è consigliabile utilizzare CPU a basso consumo, o addirittura underclockare la CPU, sacrificando un po’ di prestazioni in nome della tranquillità. Un’altra opzione è quella di utilizzare dissipatori di rame, sfruttando il maggior potere conduttivo di questo materiale, a fronte però di un prezzo nettamente superiore. In ogni caso è sempre preferibile l’utilizzo delle ventole che forzano il passaggio dell’aria attraverso il dissipatore metallico, di diametro il più grande possibile.

Le possibilità sono molteplici, e le soluzioni per il raffreddamento svariate; a volte si tratta di articoli dalle dimensioni davvero notevoli, è quindi sem’pre necessario verificare l’effettiva disponibilità di spazio all’interno del case, prima di optare per la soluzione definitiva.