ปัญหาคอขวดในคอมพิวเตอร์คืออะไร ? (What is the Bottleneck Problem in PC ?)

ปัญหาคอขวดในคอมพิวเตอร์คืออะไร ?
(What is the Bottleneck Problem in PC ?)

ในการประกอบคอมพิวเตอร์สักเครื่อง มันไม่ได้มีแค่การซื้อชิ้นส่วนให้ครบ นำมาประกอบเข้าด้วยกันแล้วจบ ความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพของ หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) และ หน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) เป็นเรื่องที่มือใหม่หลายคนมักมองข้าม

ความสมดุลที่ว่านี้เป็นเรื่องของฮาร์ดแวร์ที่ต้องทำงานร่วมกัน เหมือนคนที่ต้องทำงานร่วมกัน ถ้ามีคนหนึ่งทำช้า อีกคนหนึ่งทำเร็ว สุดท้ายงานก็เสร็จช้าอยู่ดี ซึ่งในการทำงานของคอมพิวเตอร์จะเรียกปัญหาลักษณะนี้ว่า "คอขวด (Bottleneck)" นั่นเอง

คอขวดเกิดจากอะไร ? แล้วทำอย่างไร คอมพิวเตอร์ของเราถึงจะไม่เจอปัญหาดังกล่าว มาศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมกันสักหน่อยดีกว่าในบทความนี้

ปัญหาคอขวด คืออะไร ?
(What is Bottleneck Problem ?)

ปัญหาคอขวดในคอมพิวเตอร์สามารถเกิดขึ้นได้ในหลายภาคส่วน อย่างเช่น ไม่ว่า CPU ที่เราจะใช้ประมวลผลได้เร็วขนาดไหนก็ตาม แต่ถ้า ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ (HDD) ที่เราใช้ติดตั้ง ระบบปฏิบัติการ Windows อยู่เป็น HDD จานหมุนสุดช้า คอมพิวเตอร์ก็จะบูตพร้อมทำงานได้ช้าอยู่ดี เพราะติดปัญหาคอขวดที่การเรียกข้อมูลจาก HDD 

แต่ปัญหาคอขวดที่ดูจะเป็นเรื่องใหญ่ที่สุด และมักถูกพูดถึงอยู่เป็นประจำ ก็จะเป็นเรื่องการคอขวดระหว่าง CPU และ GPU ซึ่งมีศัพท์เฉพาะเลยว่า "CPU Bottleneck" เนื่องจากปัญหานี้สามารถส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของทั้งระบบได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเล่นเกม หรือทำงานด้านกราฟิก

โดยปัญหา CPU Bottleneck เกิดจากการที่ CPU ไม่เร็วพอที่จะสามารถประมวลผลข้อมูลเฟรมภาพจำนวนมหาศาลที่ทาง GPU เรนเดอร์ส่งมาให้ได้ทัน ส่งผลกระทบให้อัตรา Frames Per Second (FPS) ลดลง หรือต่ำกว่าค่าที่ GPU ควรจะทำได้ หากอาการหนักหน่อย ก็จะมีอาการ อาการแสดงภาพซ้ำ (Stuttering) ปรากฏขึ้นในขณะที่เล่นเกม

ภาพจาก https://www.build-gaming-computers.com/cpu-bottlenecks-explained.html

ปัญหาคอขวดของ CPU กับการเล่นเกม
(CPU Bottleneck in Gaming)

มาเจาะลึกรายละเอียดการทำงานร่วมกันระหว่าง CPU กับ GPU กัน เพื่อจะได้เข้าใจว่าทำไมมันถึงมีปัญหา CPU Bottlenecks เกิดขึ้นได้

เวลาที่เราเปิดเล่นเกมบนคอมพิวเตอร์ CPU และ GPU จะมีหน้าที่ในการประมวลผลที่แตกต่างกัน โดย CPU จะทำหน้าที่ประมวลผลในส่วนของระบบเกม เพื่อเตรียมเฟรมภาพสำหรับส่งให้ GPU เรนเดอร์ ซึ่งสิ่งที่ทาง CPU ต้องคำนวณก็มีหลายอย่างไม่ว่าจะเป็นการเคลื่อนที่ของศัตรูภายในฉาก, ระบบฟิสิกส์ภายในเกม, การควบคุมคำสั่งที่ผู้เล่นป้อนคำสั่งเข้าไป, ข้อมูลจากระบบเน็ตเวิร์กเวลาที่เล่นในโหมดผู้เล่นหลายคน (Multiplayer) ฯลฯ

หลังจากที่ CPU ได้คำนวณทุกอย่างเสร็จเรียบร้อยแล้ว ข้อมูลทั้งหมดที่ว่ามานี้ก็คือ 1 เฟรม ที่ทาง CPU จะส่งไปให้ GPU ทำการเรนเดอร์ออกมาเพื่อแสดงผลบนหน้าจอ เมื่อ GPU เรนเดอร์เสร็จแล้ว มันก็จะรับข้อมูลภาพเฟรมถัดไปที่ทาง CPU มาเรนเดอร์ต่อเป็นวัฏจักร (Cycle) แบบนี้วนไปเรื่อย ๆ ยิ่ง CPU สามารถคำนวณได้เร็วเท่าไหร่ ความเร็วในการเกิด Cycle ที่เกิดขึ้นก็จะไวขึ้นตามไปด้วย หมายความว่าจำนวนเฟรมที่เรนเดอร์ได้ก็จะสูงขึ้น หรือมีค่า FPS เพิ่มขึ้นนั่นเอง อนึ่ง นี่เป็นการคิดในกรณีที่ GPU แรงพอที่จะประมวล Cycle ได้ทัน

ที่เรากล่าวในย่อหน้าที่แล้ว คือการทำงานร่วมกันระหว่าง CPU และ GPU แบบราบรื่น แต่ถ้าหากว่า CPU ไม่สามารถคำนวณผลได้ทันล่ะ ? GPU ก็จะไม่มีข้อมูลเฟรมที่ต้องเรนเดอร์ สิ่งที่เกิดขึ้นก็คือ CPU ทำงานหนัก เหงื่อแตกเลย ส่วน GPU ชิว ไม่มีอะไรทำ เพราะต้องรองาน หรือเฟรมภาพจาก CPU ดังนั้น หาก GPU เร็ว แต่ CPU ช้า ตัว GPU ก็จะไม่สามารถเรนเดอร์เฟรมได้สูงอย่างที่มันควรจะทำได้ มันจึงถูกเรียกว่าเป็นคอขวดที่ CPU (CPU Bottlenecks)

หากยังรู้สึกงง ลองมองแบบนี้แทนก็ได้

• CPU มีความสามารถในการคำนวณเฟรมได้ "จำนวนหนึ่ง" ซึ่งถือเป็นค่าสูงสุดที่ CPU สามารถทำได้ ยิ่ง CPU มีความเร็วมากเท่าไหร่ หรือเกมพัฒนามาให้ใช้ CPU น้อย ค่า FPS ที่ CPU สามารถคำนวณได้ก็จะยิ่งสูงขึ้น
• GPU ก็เหมือนกับ CPU มันความสามารถในการเรนเดอร์เฟรมได้ "จำนวนหนึ่ง" ได้เช่นกัน โดยจำนวนเฟรมที่ทำได้ก็จะมีความแปรผันการตั้งค่าของเกมด้วย ไม่ว่าจะเป็นความละเอียด, แสง, เงา คุณภาพกราฟิก, Ray-tracing พวกนี้ก็จะส่งผลกระทบต่อความเร็วที่ GPU ต้องใช้ในการประมวลผลในแต่ละเฟรม 
• หาก "ค่าเฟรมสูงสุดที่ CPU คำนวณได้" ต่ำกว่า "ค่าเฟรมสูงสุดที่ GPU เรนเดอร์ได้" ก็แสดงว่าคอมพิวเตอร์ของคุณประสบปัญหาคอขวดที่ CPU
• ในทางตรงกันข้าม หาก "ค่าเฟรมสูงสุดที่ GPU เรนเดอร์ได้" ต่ำกว่า "ค่าเฟรมสูงสุดที่ CPU คำนวณได้" ก็แสดงว่าคอมพิวเตอร์ของคุณประสบปัญหาคอขวดที่ GPU

ภาพจาก : https://www.build-gaming-computers.com/cpu-bottlenecks-explained.html

จะหลีกเลี่ยงปัญหาคอขวดได้อย่างไร ?
(How to avoid Bottleneck in Computer ?)

ก่อนอื่นต้องบอกก่อนว่าปัญหาคอขวด อันที่จริงก็ไม่ใช่ปัญหาร้ายแรง มันแค่เป็นการใช้ทรัพยากรไม่คุ้มเท่านั้นเอง การแก้ปัญหาคอขวดมีทางเดียวคือการอัปเกรดฮาร์ดแวร์ให้มีประสิทธิภาพสมดุลกัน เช่น ถ้าคุณใช้ Core i7-4770K ที่ออกมาหลายปีแล้ว คู่กับการ์ดจอตัวเทพอย่าง RTX 4090 ในการเล่นเกม CPU ที่คุณมีมันช้าเกินกว่าที่จะรีดพลังของ RTX 4090 ได้แน่ ๆ

หากไม่แน่ใจว่า CPU ที่ใช้งานอยู่จะทำให้ GPU ที่กำลังคิดจะซื้อมาเปลี่ยนคอขวดหรือเปล่า ? แนะนำให้ลองเข้าไปที่เว็บไซต์ https://pc-builds.com/bottleneck-calculator/ แล้วกดคำนวณดูก็ได้ แม่นยำพอสมควร อย่างผู้เขียนใช้ Core i7-10700K อยู่ หากต้องการจะเปลี่ยนการ์ดจอเป็น GeForce RTX 3080 Ti ก็จะคอขวดอยู่ที่ 21% ซึ่งเป็นตัวเลขที่ผู้เขียนรับได้อยู่นะ แต่ถ้าผลออกมา สมมติ 60% กรณีนี้ผู้เขียนก็คงเลือกใช้การ์ดจอตัวเดิม แล้วอัปเกรด CPU ก่อน เพราะเงินไม่ได้งอกจากต้นไม้ หากงบประมาณมีจำกัด การทยอยอัปเกรดฮาร์ดแวร์ไปทีละชิ้น ก็เป็นทางเลือกที่น่าสนใจ