Cos’è la CPU?

La CPU, ovvero Central Processing Unit (in italiano, Unità Centrale di Elaborazione, o Processore e MicroProcessore), possiamo definirla come il cervello del nostro computer, qualunque esso sia, come un PC, un Notebook, un Tablet o uno Smartphone. Elabora tutte le informazioni passanti per un sistema informatico e ne coordina le attività.

Si tratta di un chip di silicio che, in ambiente PC, è collocato sulla mobo all’interno del Socket, come visto nell’articolo “Tutti i segreti delle Schede Madri”. È facilmente riconoscibile perché si trova, solitamente, sempre nella parte nord di una mobo ed è coperta dal dissipatore centrale (ad aria o a liquido) installato nel PC.

La tecnologia della CPU è tra le più avanzate del mondo informatico. Basti pensare che la CPU, per leggere, elaborare, codificare e decodificare le informazioni, utilizza la tecnologia dei Transistor, e quest’ultimi possono essere piccoli fino, al momento, a 4 nanometri!

Per renderci conto delle dimensioni, una molecola di acqua (H₂O) è grande 0,1micron, ovvero 100 nanometri, quindi un singolo Transistor di una CPU tra i più complessi sul mercato di oggi (Novembre 2022) è ben 25 volte più piccolo!

E il bello è che in ogni CPU ci sono miliardi di Transistor. Ma quanti di preciso? In realtà non è possibile fare una stima media in quanto ogni modello di Processore ha il suo numero di Transistor. Per fare un esempio, in una CPU di fascia alta, come un Intel Core i7-12900k, ci sono circa 3 Miliardi di Transistor!

Com’è fatta una CPU?

In commercio esistono differenti design di CPU, di più marchi produttori, come AMD, Intel, Apple, VIA, Qualcomm, Samsung, ecc… In origine, le CPU avevano una singola unità di calcolo in cui venivano processate le informazioni, detta Core.

Nelle CPU moderne, invece, abbiamo un numero variabile di Core, dagli Entry-Level da 2 Core, come l’AMD Athlon 200GE, fino agli HEDT (High-End DeskTop) da 64 Core, come l’AMD Ryzen Threadripper Pro 5995WX.

I Core vengono gestiti dalla Control Unit, che si trova sempre nella CPU, all’interno del DIE, ovvero tutta la parte in cui è presente il circuito integrato della CPU, dove troviamo anche il Controller di Memoria. Il DIE, a sua volta, è contenuto dal Package, che è poi quello che vediamo fisicamente, ovvero la CPU nella sua interezza, compreso di PCB e PIN (o DOT), di collegamento.

Multithreading

Tutte le informazioni, quindi, vengono processate all’interno dei Core, che possono sfruttare varie tecniche per aumentare la loro stessa potenza di calcolo, come il Multithreading. Questa tecnica permette di virtualizzare i Core in Thread, i quali permettono, di conseguenza, di eseguire simultaneamente più operazioni rispetto al singolo Core.

Per citare degli esempi reali di Multithreading, Intel usa la cosiddetta tecnologia “Hyper-Threading”, presente fin dalla prima generazione degli “Intel Core”, rimossa poi nella 9° generazione (dove era presente solo sulla fascia degli i9) e riportata su tutti dalla 10° generazione in poi, mentre AMD utilizza l’SMT, ovvero la Simultaneous Multithreading.

Ecco perché, quando vedi pubblicizzata una CPU, leggi, ad esempio, sigle come “4 Core/8 Thread”, o 4C/8T: in questo caso avremo, quindi, una CPU con 4 Core fisici, divisi in 8 Thread virtuali, che il Sistema Operativo sfrutterà appieno come se fossero 8 Core reali!

Velocità e frequenze

La CPU esegue le sue operazioni di calcolo nei cosiddetti cicli di clock, che rappresentano il tempo che trascorre tra l’esecuzione di due clock successivi. La frequenza dei clock che vengono eseguiti nell’unità di tempo viene, quindi, misurata in Mhz e Ghz (Megahertz e Gigahertz).

Le frequenze medie di oggi sono di circa 3Ghz per CPU, che è considerato un buon valore. Chiaramente, prestazioni e frequenze vanno di pari passo, ma la frequenza di clock di una CPU non è la sola caratteristica da guardare e che ne rappresenta le reali potenzialità.

Ad esempio, a parità di famiglia di Processori, una CPU con 2 core e 4 thread potrebbe sembrarvi veloce se accompagnata da una frequenza di 3,5Ghz, ma sarà totalmenre sovrastata dalla stessa tecnologia di CPU con 8 core e 16 thread a frequenze ben inferiori.

Caratteristiche

Analizziamo insieme la rosa di caratteristiche da tenere bene in mente quando valutiamo una CPU:

• la frequenza;
• il numero di core e thread;
• l’IPC, ovvero le Instruction per Cycle, cioè il numero di istruzioni che vengono elaborate dalla CPU ad ogni colpo di clock (varia da famiglia a famiglia e anche in base al software che gira al momento sulla CPU);
• la longevità del Socket, ovvero quante famiglie di Processori saranno supportate dallo stesso connettore elettrico della mobo;
• consumi, che si traducono in Watt assorbiti;
• processo produttivo in uso, ovvero la tecnologia utilizzata per la creazione dei Transistor della CPU (il loro grado di miniaturizzazione, che misuriamo in nanometri, ndr).

L’altra caratteristica estremamente importante che deve essere analizzata a dovere (e per la quale voglio dedicare maggior attenzione in questa sezione dell’articolo, ndr) è il TDP, ovvero il Thermal Design Point, che indica il calore dissipato dalla CPU quando lavora a pieno carico, e si misura in W, da non confondere con l’energia assorbita durante il funzionamento.

Ovviamente, il consumo è funzione del TDP, perché più la CPU consuma, più calore genererà e, di conseguenza, sale anche il TDP.

Il TDP può essere usato dal produttore per segmentare le fasce di prezzo e prestazionali dei suoi prodotti in generale (perché il discorso vale anche per le GPU) e può essere un indicatore generale di prestazioni che l’utente finale può prendere in considerazione. Infatti, a parità di famiglia di Processori, una CPU con un TDP di 105W sarà sicuramente più prestante di una con un TDP da 65W, il che si tramuta in più calore generato e più attenzione da dirigere nei confronti della sua dissipazione.

È importante proprio quest’ultimo aspetto in quanto poi dovremo ponderare bene anche l’acquisto di un comparto dissipante adeguato alla CPU che verrà scelta. Ad esempio, le CPU ad alto TDP, oltre ad andare di più, tendono a generare molto calore e hanno dei picchi di assorbimento che devono essere gestiti adeguatamente per evitare l’insorgere di danni all’hardware e del fenomeno del “Thermal-Throttling”, che è uno strumento di protezione del Processore: quando la temperatura si alza troppo, per evitare di raggiungere la cosiddetta TjMax (ovvero la temperatura di giunzione termica del Processore), entrano in gioco dei meccanismi interni che abbassano le frequenze al fine di far generare meno calore alla CPU e, di conseguenza, proteggerla.

Overclock

Così come già visto per le RAM, anche le CPU possono essere overclockate. L’overclock di una CPU è un’operazione volta ad aumentare le prestazioni generali del processore, con conseguenze anche non proprio banali.

È un’operazione che viene effettuata tramite BIOS di sistema e prevede la giusta conoscenza dell’architettura utilizzata dalla CPU in uso e delle tecniche di overclock stesse. Si gioca principalmente sui valori di voltaggio della CPU, frequenze interne e curve di potenza. Per alcuni processori, come quelli AMD, esistono anche tool bios, come PBO, ovvero Precision Boost Overdrive, che permettono una gestione più oculata di tali valori.

Un errore nell’overclock della tua CPU, però, può portare a dei crash di sistema, artefatti a schermo o veri e proprio hardware failure: la tua CPU potrebbe diventare facilmente un soprammobile, per rendere l’idea 🙂

Fortunatamente, le CPU di oggi, come la serie X dei Processori AMD Ryzen, hanno curve di potenza che, autonomamente, attivano dei piccoli overclock già preimpostati che fanno scalare verso l’alto le frequenze e il TDP della CPU quando ce n’è bisogno. Anche Intel fa la stessa cosa con il famoso “Turbo Boost“.

Dissipazione

Non esiste CPU senza dissipatore. Ebbene, dato che abbiamo già parlato di dissipazione, qui il discorso diventa molto più concreto. La CPU è un componente che scalda, tanto, rispetto agli altri, superata solo dalla GPU, e quindi, per tenerla a bada, dobbiamo stare attenti a cosa scegliamo.

Le CPU entry level non hanno bisogno di grandi elementi dissipanti. Difatti, questi processori possono essere installati con dissipatori anche molto piccoli. Andando avanti nelle fasce di prezzo, e con l’aumento, quindi, del TDP, si crea la necessità di avere su dissipatori sempre più grandi. Infatti, è solito vedere su CPU di fascia alta e High-End dissipatori a liquido con 2 ventole da 120mm o più, o dissipatori ad aria larghi e alti rispetto a quelli standard. Questo accade perché il calore generato deve essere, appunto, dissipato, e più calore abbiamo, più superficie abbiamo bisogno per buttarlo via, semplicemente.

In commercio abbiamo molti marchi di dissipatori, tra i quali meritano menzione sicuramente Be Quiet!, Noctua, Cooler Master, Deep Cool e Arctic.

Ma quale CPU è più adeguata alle mie esigenze?

Se te lo stai chiedendo, è arrivato il momento giusto, perché adesso parleremo dei prodotti nello specifico.

In questo momento storico (Novembre 2022) ci troviamo davanti ad un cambio generazionale. Sono arrivate sul mercato le CPU Intel di 13° generazione, nome in codice “Raptor Lake”, e quelle AMD Serie 7000, nome in codice “Zen 4”, e questo aumenta le scelte a disposizione da poter intraprendere.

Per una lettura migliore delle scelte, differenzierò i modelli per fascia di prezzo. Attenzione però, sono solo degli esempi per dare meglio l’idea di cosa potremmo acquistare livello per livello.

Piccola nota: a livello prestazione, lato AMD della Fascia Medio-Alta, avrei potuto mettere anche il meno recente AMD Ryzen 7 5700X (8C/16T), che attualmente viene venduto nella fascia di prezzo 250-300€, ma ho volutamente scelto un modello attuale per confrontarlo adeguatamente con la controparte Intel scelta.

Come possiamo vedere in maniera evidente, prestazioni e TDP vanno di pari passo. All’innalzamento del TDP abbiamo anche un cambio di fascia di prezzo e prestazionale delle CPU prese in esame. Chiaramente questi sono solo alcuni esempi perché, fortunatamente, il mercato è segmentato in fasce interne che andranno a coprire le esigenze più disparate.

Conclusioni

Dopo tutte queste info possiamo considerare la CPU come la regina della Build. Oltre a determinare il funzionamento generale di un PC, la CPU dirige davvero le danze: gestisce le memorie RAM, gestisce l’I/O insieme alla Mobo e cambia l’andamento della build in ambito wokstation e gaming.

Hai domande, dubbi o hai bisogno di un consiglio sulla CPU da acquistare per la tua prossima Build? Commenta sotto l’articolo e troverai le risposte del Team di Assemblo Computer!