Núcleos de eficiência da CPU vs. núcleos de desempenho: por que são diferentes?

Os processadores que estão no coração dos seus sistemas estão a mudar. A evoluir, se preferirem. Estão a deixar de depender de núcleos idênticos a realizar tarefas idênticas. Em vez disso, começam a utilizar um design híbrido que combina os chamados núcleos de desempenho (P-cores) e núcleos de eficiência (E-cores). Esta mudança reflete a simples realidade de que nem todas as tarefas requerem potência máxima.

Este conceito remonta ao design big.LITTLE que a ARM introduziu em 2011, o qual combinava núcleos de alta potência e de baixo consumo num único processador para prolongar a autonomia da bateria e gerir melhor cargas de trabalho mistas. Desde então, fabricantes de smartphones e outros fabricantes de chips adotaram esta abordagem, incluindo a Apple com o seu chip M1. A Intel trouxe os designs híbridos para os computadores de secretária convencionais com os seus chips Alder Lake de 12.ª geração, que dividem as cargas de trabalho entre núcleos de alto desempenho (P-cores) e núcleos de baixo consumo (E-cores).

A nível técnico, os núcleos P são maiores, mais rápidos e concebidos para oferecer um elevado desempenho em tarefas de um único segmento. Os núcleos E são mais pequenos, consomem menos energia e são mais adequados para executar várias tarefas leves em paralelo. O resultado é um processador que consegue ser rápido quando necessário, sem desperdiçar energia quando não é preciso.

Os núcleos de desempenho são concebidos para oferecer velocidade. São capazes de lidar com cargas de trabalho exigentes, como jogos, edição de vídeo e cálculos complexos, onde a capacidade de resposta e as velocidades de clock elevadas são fundamentais. Os núcleos de eficiência, por outro lado, concentram-se em realizar tarefas mais leves com menor consumo de energia, tornando-os ideais para processos em segundo plano, tarefas do sistema e aplicações do dia a dia, como navegar na Internet ou enviar mensagens.

Esta separação permite que a CPU encaminhe cada tarefa para a ferramenta mais adequada. Em vez de todos os núcleos funcionarem sempre a plena potência, o sistema consegue equilibrar o desempenho e a eficiência de forma dinâmica.

No entanto, a CPU não toma essas decisões sozinha. O sistema operativo desempenha um papel fundamental na decisão de quais as tarefas que são executadas em cada núcleo.

Sempre que abre uma aplicação, clica num botão ou executa um processo em segundo plano, o agendador do sistema operativo decide onde esse trabalho deve ser executado. Numa CPU híbrida, isso significa escolher entre núcleos de desempenho e núcleos de eficiência.

Os sistemas modernos utilizam uma lógica de agendamento avançada para determinar se uma tarefa é exigente ou leve e, em seguida, atribuí-la ao tipo de núcleo mais adequado. Tecnologias como o Intel Thread Director chegam mesmo a fornecer feedback em tempo real ao sistema operativo para ajudar a orientar essas decisões.

Esta coordenação é essencial. Sem ela, um processador híbrido comportar-se-ia como um processador tradicional, enviando tarefas para qualquer núcleo disponível sem ter em conta se este é o mais adequado.

Os núcleos de eficiência existem porque as cargas de trabalho modernas são mistas. Um computador pessoal típico não está apenas a executar uma tarefa pesada. Está a executar uma aplicação em primeiro plano, a par de dezenas de processos em segundo plano, tais como atualizações, serviços do sistema e tarefas em espera.

Nos modelos de CPU mais antigos, todos os núcleos eram idênticos. Isso significava que mesmo as tarefas mais simples consumiam o mesmo nível básico de energia que as cargas de trabalho mais exigentes.
Esta abordagem funcionava, mas era ineficiente, especialmente à medida que os sistemas se tornavam mais complexos e ficavam sempre ligados.

Os núcleos de eficiência resolvem este problema ao transferir as cargas de trabalho mais leves. Os processos em segundo plano podem ser executados nos núcleos de baixo consumo energético, enquanto os núcleos de alto desempenho permanecem disponíveis para as tarefas que os necessitam.

As CPUs híbridas não implicam uma escolha entre desempenho e eficiência. Elas oferecem o melhor dos dois mundos, combinando núcleos especializados num único processador. Um processador que aproveita o melhor de ambos os mundos (de processamento).

Quando inicia um jogo ou reproduz um vídeo, os núcleos de desempenho entram em ação para garantir a velocidade. Quando o sistema está inativo ou a executar tarefas em segundo plano, os núcleos de eficiência assumem o controlo para garantir um funcionamento suave com um menor consumo de energia.

É esta divisão inteligente do trabalho que caracteriza o design moderno das CPUs. Em vez de aumentar o desempenho através da adição de núcleos idênticos, os fabricantes estão a otimizar a forma como os diferentes tipos de núcleos funcionam em conjunto.

Em suma, os núcleos de eficiência existem para lidar com tudo o que não requer potência máxima. Isso deixa os núcleos de desempenho livres para fazerem o que fazem melhor: proporcionar velocidade onde realmente importa.