Um núcleo vs vários núcleos: qual é a diferença?

Um processador de núcleo único é um chip com uma unidade de processamento dentro, executando uma sequência de instruções por vez. Um processador multinúcleo coloca várias dessas unidades, chamadas núcleos, no mesmo chip, e cada uma é independente e serve para qualquer coisa: uma pode cuidar da sua videochamada enquanto outra faz um backup e uma terceira desenha esta página. Os chips cresceram assim porque o caminho antigo, deixar um núcleo cada vez mais rápido, não tinha como continuar. Passada certa velocidade, cada aumento custa mais energia do que devolve, e o chip gera esse calor mais rápido do que um sistema de refrigeração consegue tirar. Então, há cerca de 20 anos, os processadores melhoram principalmente somando núcleos, e muitos chips de notebook hoje levam oito ou mais.

Um processador de núcleo único executa uma sequência de instruções por vez; um processador multinúcleo coloca várias unidades de processamento independentes, chamadas núcleos, em um chip só, e cada uma pode rodar o próprio programa enquanto todas dividem a memória do chip. Durante décadas, o caminho para um chip mais rápido era aumentar a frequência de clock, o ritmo com que um núcleo percorre suas instruções. O limite acabou sendo o calor, porque subir a velocidade dispara o consumo, e toda essa energia sai como calor por uma lâmina de silício do tamanho de uma unha. A virada veio em 2004. A Intel tinha prometido um chip projetado para chegar a 7 gigahertz, mas as versões de teste ficaram em 2,8 puxando cerca de 150 watts, quase o dobro do que o chip que ela vendia puxava na mesma velocidade. Naquele maio a empresa cancelou o projeto e passou toda a linha para dois núcleos. A troca compensa porque dois núcleos moderados terminam mais trabalho no total do que um núcleo no limite, e geram bem menos calor. Para quem está no teclado, núcleos independentes significam vários programas rodando de verdade ao mesmo tempo. Já um único programa só termina antes se o trabalho dele puder ser dividido entre os núcleos. Alguns conseguem dividir, uma exportação de vídeo ou uma planilha grande recalculando, mas muitos ainda rodam como uma sequência só, em um núcleo só. Os núcleos também dividem um chip e a memória dele, e é isso que separa um processador multinúcleo de um cluster de computação, onde máquinas inteiras são ligadas entre si e não dividem nada. A velocidade de um núcleo continua decidindo o quanto qualquer programa parece rápido, então essa velocidade seguiu subindo devagar dentro do que o calor permite, enquanto os ganhos grandes vêm dos núcleos a mais.

Um processador multinúcleo é como a sala de copiadoras de um escritório. Uma copiadora só vai até certa velocidade antes de travar e esquentar, e não existe dinheiro que compre uma dez vezes mais rápida, então o escritório instala 4 lado a lado. Cada uma é uma máquina completa, então saem quatro serviços ao mesmo tempo: o contrato de um, os slides de outra, as apostilas de um terceiro, e ninguém faz fila. Já o ritmo de um serviço sozinho não mudou. Um relatório de 500 páginas sai no ritmo de uma copiadora, a não ser que alguém divida a pilha entre as quatro e recomponha depois, o que é trabalho à parte, e tem documento que não compensa dividir. As copiadoras são os núcleos, os serviços são os seus programas, e o limite de velocidade de uma máquina é o limite de calor de um núcleo.