Un núcleo vs varios núcleos: ¿cuál es la diferencia?

Un procesador de un solo núcleo es un chip con una unidad de proceso dentro, que ejecuta una secuencia de instrucciones cada vez. Un procesador multinúcleo pone varias de esas unidades, llamadas núcleos, en el mismo chip, y cada una es independiente y de uso general: una puede llevar tu videollamada mientras otra se ocupa de una copia de seguridad y una tercera dibuja esta página. Los chips crecieron así porque el camino anterior, hacer un núcleo cada vez más rápido, no podía continuar. Pasada cierta velocidad, cada aumento cuesta más energía de la que devuelve, y el chip genera ese calor más deprisa de lo que un sistema de refrigeración puede retirarlo. Así que desde hace unos 20 años los procesadores mejoran sobre todo añadiendo núcleos, y muchos chips de portátil llevan hoy ocho o más.

Un procesador de un solo núcleo ejecuta una secuencia de instrucciones cada vez; un procesador multinúcleo mete varias unidades de proceso independientes, llamadas núcleos, en un mismo chip, y cada una puede ejecutar su propio programa mientras comparten la memoria del chip. Durante décadas, el camino hacia un chip más rápido era subir la frecuencia de reloj, el ritmo al que un núcleo avanza por sus instrucciones. El límite resultó ser el calor, porque subir la velocidad dispara el consumo, y toda esa energía sale en forma de calor por una lámina de silicio del tamaño de una uña. El giro llegó en 2004. Intel había prometido un chip diseñado para alcanzar 7 gigahercios, pero las versiones de prueba se quedaron en 2,8 consumiendo unos 150 vatios, cerca del doble de lo que consumía su chip en venta a esa misma velocidad. Aquel mayo la compañía lo canceló y pasó toda su gama a dos núcleos. El cambio sale a cuenta porque dos núcleos moderados terminan más trabajo total que uno forzado al límite, y generan mucho menos calor. Para quien está al teclado, unos núcleos independientes significan varios programas ejecutándose de verdad a la vez. Un solo programa, en cambio, únicamente termina antes si su propio trabajo puede repartirse entre los núcleos. Hay programas que pueden repartirlo, una exportación de vídeo o una hoja de cálculo grande recalculando, pero muchos siguen ejecutándose en una sola secuencia sobre un solo núcleo. Además, los núcleos comparten un chip y su memoria, y eso es lo que separa a un procesador multinúcleo de un clúster de cómputo, donde hay máquinas enteras cableadas entre sí que no comparten nada. La velocidad de un núcleo sigue decidiendo lo rápido que se siente cualquier programa concreto, así que esa velocidad ha seguido subiendo poco a poco dentro de lo que permite el calor, mientras las mejoras grandes llegan de los núcleos de más.

Un procesador multinúcleo es como la sala de fotocopiadoras de una oficina. Una fotocopiadora solo puede ir a cierta velocidad antes de atascarse y calentarse, y no hay dinero que compre una diez veces más rápida, así que la oficina instala 4 en fila. Cada una es una máquina completa, así que salen cuatro encargos a la vez: el contrato de uno, las diapositivas de otra, los apuntes de un tercero, y nadie hace cola. El ritmo de un encargo concreto, en cambio, no ha cambiado. Un informe de 500 páginas sale al ritmo de una sola máquina, salvo que alguien reparta el taco entre las cuatro y luego lo recomponga, lo cual es trabajo aparte, y hay documentos que no compensa repartir. Las fotocopiadoras son los núcleos, los encargos son tus programas, y el límite de velocidad de una máquina es el límite de calor de un núcleo.