จำนวน Core ส่งผลอย่างไรต่อการทำงานของ CPU ? มีองค์ประกอบอะไรบ้าง ?

จำนวน Core ส่งผลอย่างไรต่อการทำงานของ CPU ?

เมื่อเราต้องการจะซื้อโน๊ตบุ๊คเครื่องใหม่หรือจะประกอบคอมพิวเตอร์สักเครื่อง CPU (ซีพียู) หรือหน่วยประมวลผล เป็นอีกหนึ่งสิ่งที่เราต้องให้ความสำคัญ เพราะมันส่งผลต่อความเร็วในการทำงานของคอมพิวเตอร์เป็นอย่างมาก ซึ่งซีพียูเราก็จะพิจารณาจากความเร็วและจำนวนคอร์ของซีพียู แล้วแบบไหนดีกว่ากันล่ะ สามารถหาคำตอบได้จากบทความนี้เลย ...

หน่วยประมวลผลกลาง คืออะไร ? (What is CPU?)

ก่อนจะเข้าใจเรื่อง "Core" หรือ "คอร์" มาทำความรู้จักกับ CPU กันก่อนสักเล็กน้อย

ซีพียู (CPU) หรือภาษาอังกฤษคือ "Central Processing Unit" (หากแปลเป็นไทยคือ "หน่วยประมวลผลกลาง") เป็น ฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ (Computer Hardware) ชิ้นสำคัญที่มีอยู่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แทบทุกชนิดในปัจจุบันนี้

ข้อมูลเพิ่มเติม : CPU คืออะไร ? หน่วยประมวลผลกลาง มีองค์ประกอบอะไรบ้าง ? พร้อมประวัติ

คุณสมบัติหลักของ CPU

• CPU (หน่วยประมวลผลกลาง) : คือ ชิปตัวหนึ่ง ซึ่งปัจจุบันนี้บนชิปจะออกแบบให้มีหลายคอร์ (Cores) เพื่อแบ่งหน้าที่การประมวลผลให้การทำงานมีประสิทธิภาพสูงขึ้น
• Core (คอร์) : เป็นส่วนหนึ่งของชิปที่ใช้ในการประมวลผล ซึ่งแต่ละคอร์ก็คือ หน่วยประมวลผล Central processing unit (CPU)

หมายเหตุ : ในขณะที่เขียนบทความนี้ (07/09/2024) ทาง Intel Core Ultra ซึ่งเป็น CPU เวอร์ชันล่าสุด เริ่มต้นที่ 8 คอร์ และสูงสุดที่ 16 คอร์ ส่วน AMD Ryzen 9000 เริ่มต้นที่ 6 คอร์ และสูงสุดที่ 16 คอร์ 

บริบทของ หน่วยประมวลผล (The Context of Processing Unit)

โอเค เรารู้แล้วว่า CPU คือหน่วยประมวลผลกลาง แต่เรามาเจาะลึกลงไปอีกสักเล็กน้อย 

ในช่วงเริ่มต้นของระบบคอมพิวเตอร์ การพัฒนาหน่วยประมวลผลยังมีข้อจำกัดด้านเทคโนโลยีการผลิต ทำให้การอัดทรานซิสเตอร์ (Transistors) และ Logical Gates จำนวนมากลงในชิปเพียงตัวเดียวเป็นเรื่องยาก จึงได้มีการคิดค้นวิธีแก้ปัญหาขึ้นมา ในเมื่ออัดลงในชิปตัวเดียวไม่ได้ งั้นเรามาเพิ่มประสิทธิภาพในการประมวลผลด้วยการเอาชิป 2 ตัวมาเชื่อมต่อกัน เพื่อให้มันสามารถช่วยกันประมวลผลงานชิ้นเดียวกันได้ เทคนิคนี้เรียกว่า Large-Scale Integration (LSI)

ด้วย LSI จำนวน Transistors และ Logical Ports ที่อยู่ภายในตัวชิปก็เพิ่มจำนวนขึ้นเรื่อย ๆ พัฒนาการของมันก็ดีขึ้นเรื่อย ๆ จนปัจจุบันนี้เรามี CPU ที่มีจำนวนชิปประมวลผล (Core) หลายตัวทำงานร่วมกันอยู่ภายใน "Die" เดียวกัน หรือ CPU แบบ "มัลติคอร์ (Multi-Core)" นั่นเอง

ภาพโครงสร้างของ CPU แบบ Multi-Core
ภาพจาก : https://www.techspot.com/review/2196-amd-ryzen-5800h/

จำนวนคอร์ ส่งผลอย่างไร ต่อประสิทธิภาพการทำงานของ หน่วยประมวลผลกลาง ? (How does Number of Cores affect CPU Performance ?)

ความเร็วในการประมวลผล

โดยหลักการแล้ว ถ้า CPU ยิ่งมีจำนวน Core มากเท่าไหร่ มันก็ยิ่งทำงานได้เร็วขึ้น เพราะมันสามารถแบ่งงานไปให้แต่ละ Core ช่วยกันประมวลผลได้

ในที่นี้ขออนุญาตยกตัวอย่างให้เห็นภาพง่าย ๆ เวลาเราใช้ คอมพิวเตอร์ ส่วนใหญ่เราก็เปิดซอฟต์แวร์หลายตัวพร้อมกัน เช่น โปรแกรม Google Chrome เพื่อเปิดเว็บไซต์ต่าง ๆ , เปิด Spotify เพื่อฟังเพลง และ เปิด Word เพื่อพิมพ์งาน ถ้ามีเพียง Core เดียว มันก็จะรับผิดชอบการประมวลผลของทั้ง 3 ซอฟต์แวร์

ในขณะที่ถ้ามีหลาย Core คอมพิวเตอร์ ก็จะสามารถแบ่งงานให้ Core ที่ 1 ดูแลรับผิดชอบการใช้งาน โปรแกรม Google Chrome ไป, Core ที่ 2 ดูแล Spotify และ Core ที่ 3 ดูแล Word ทำให้ระบบประมวลผลได้เร็วขึ้น (เป็นเพียงการเปรียบเทียบแบบหยาบ ๆ เท่านั้น ในทางปฏิบัติจริง มันมีการแบ่งงานที่ซับซ้อนกว่านี้)

หรือต่อให้มีงานเพียงชิ้นเดียวที่ต้องประมวลผล ระบบก็สามารถแบ่งงานย่อยออกเป็นส่วน ๆ เพื่อกระจายการประมวลผลออกไปให้ทุก Core ช่วยกันทำงานได้ด้วยเช่นกัน

อย่างไรก็ตาม ซอฟต์แวร์จะต้องออกแบบมาให้รองรับการทำงานแบบ Multi-Core ด้วยเช่นกัน ซึ่งในปัจจุบันนี้ส่วนใหญ่ทางผู้พัฒนาก็เขียนซอฟต์แวร์มาให้ใช้งานได้หลาย Core อย่างเช่น โปรแกรม Adobe Photoshop สามารถใช้ได้มากถึง 16 Cores ส่วนซอฟต์แวร์เกม การประมวลหลักจะอยู่ 2 Cores แรก แต่ก็สามารถการกระจายงานไปยัง Cores อื่น ๆ เพื่อช่วยรีดเฟรมได้เช่นกัน หากเป็นเกมระดับ AAA ส่วนใหญ่จะใช้ไม่เกิน 6 Cores แต่บางเกมก็รองรับได้ถึง 8 Cores แล้ว

ภาพจาก https://www.xda-developers.com/how-many-cores-need-gaming/

อีกประเด็นคือหาก CPU มีจำนวน Core ที่เยอะ ก็ไม่ได้แปลว่าคุณจะทำงานได้เร็วขึ้นเสมอไป อย่างที่กล่าวไปข้างต้นว่าซอฟต์แวร์ส่วนใหญ่ก็ใช้งานได้เพียงไม่กี่ Core เท่านั้น ดังนั้น CPU ที่ Core เยอะมาก แต่ความเร็วของแต่ละ Core ต่ำ ก็ไม่ได้หมายความว่ามันจะทำงานได้เร็วกว่า CPU ที่ Core น้อย แต่ความเร็วของแต่ละ Core สูง โดย CPU แบบแรกจะเหมาะกับการทำงานที่ต้องทำงานแบบหลายงานพร้อม ๆ กัน (Multitasking) เป็นจำนวนมาก เช่นการนำไปใช้ในเครื่องเซิร์ฟเวอร์เป็นต้น

อัตราการใช้พลังงาน

จำนวนคอร์ที่มากกว่า ย่อมตามมาซึ่งการเรียกใช้พลังงานที่สูงขึ้นตามไปด้วย เพราะเมื่อซีพียูเริ่มทำงาน คอร์ทุกตัวจะเริ่มกินไฟพร้อมกันทุกตัว 

สำหรับการใช้งานบน เครื่องคอมพิวเตอร์ PC มันก็ไม่มีปัญหาอะไร ? แต่บนโน๊ตบุ๊คที่มีพลังงานจำกัด ก็ต้องคำนึงถึงเรื่องแบตเตอรี่ที่มีพลังงานจำกัด อย่างไรก็ตาม ระบบคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันนี้มีการออกแบบให้มีการจัดการพลังงานอย่างชาญฉลาดคอยช่วยเหลือผู้ใช้อยู่แล้ว

ความร้อน

เช่นเดียวกันกับพลังงาน จำนวนคอร์ที่มากกว่าใช้พลังงานที่มากกว่า ย่อมเกิดความร้อนที่สูงกว่าด้วยเช่นกัน ยิ่งใน CPU ในปัจจุบันนี้ ที่มีจำนวน Core เยอะ และความเร็วของแต่ละ Core ที่สูงมาก ทำให้มีปริมาณความร้อนเพิ่มสูงมาก จุดนี้ส่งผลให้ผู้ใช้อาจต้องลงทุนกับระบบระบายความร้อนมากขึ้น ฮีตซิงก์ (Heatsink) แบบเดิม ๆ ที่แถมมาอาจตอบโจทย์ได้ไม่ดีนัก

ราคา

ยิ่ง CPU มีจำนวน Core ที่เยอะเท่าไหร่ ราคาก็จะยิ่งแพงเป็นเงาตามตัวไปด้วย ลองสังเกตได้ง่าย ๆ ว่า Core i9 จะแพงกว่า Core i3 หรือค่าย AMD ตัว Ryzen 9 ก็จะแพงกว่า Ryzen 5

โครงสร้างของ หน่วยประมวลผลกลาง แบบหลายคอร์ (Multi-Core Processor Structures)

มาดูองค์ประกอบพื้นฐานของ CPU แบบ Multi-Core ว่าประกอบด้วยอะไรบ้าง ทั้งนี้ ในบทความเราจะกล่าวถึงเฉพาะในส่วนที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผล ซึ่งเป็นเนื้อหาหลักของบทความนี้เพียงอย่างเดียว

• Physical Processor Core : เป็นชิปประมวลผลที่สามารถคำนวณได้ทีละ 1 งาน โดยสามารถทำงานควบคู่ไปกับ Physical Processor Core อื่น ๆ ได้
• Processor Die : ชิ้นส่วนเซมิคอนดัคเตอร์ (Semiconductor) ส่วนใหญ่จะทำจากซิลิคอน (Silicon) ภายในหนึ่ง Die จะมี Cores เท่าไหร่ก็ได้ ซึ่งในขณะนี้ ทั้ง Intel และ AMD ที่ผลิตขายให้กับผู้ใช้งานทั่วไปจะอยู่ที่ 16 Cores
• Processor Package : คือสิ่งที่ผู้บริโภคได้รับ เมื่อคุณซื้อ CPU มา ซึ่งภายในนั้นก็จะมี Die (จำนวน Die ก็ขึ้นอยู่กับการออกแบบ), พลาสติก หรือเซรามิคที่ห่อหุ้ม Die เอาไว้, แผ่นทองเหลือง (Gold-Plated) สำหรับเชื่อมต่อกับ แผงวงจรหลัก (Mainboard)

ภาพจาก : https://www.techspot.com/article/2000-anatomy-cpu/

การพัฒนาซอฟต์แวร์ เพื่อรองรับการทำงานแบบ หลาย ๆ คอร์ (Software Development to support Multi-Core Processor)

นี่เป็นหนึ่งในสิ่งที่ผู้ผลิตชิปประมวลผล ไม่ค่อยจะบอกเราสักเท่าไหร่ ความเร็วไม่เกี่ยวกับว่าคอมพิวเตอร์ของเรามีจำนวน Core อยู่เท่าไหร่ แต่มันขึ้นอยู่กับว่าซอฟต์แวร์สามารถแบ่งงานไปยัง Core ต่าง ๆ ได้มีประสิทธิภาพมากน้อยขนาดไหน ?

ถึงแม้ว่าซอฟต์แวร์ส่วนใหญ่ในปัจจุบันนี้ จะถูกพัฒนามาให้สามารถดึงประสิทธิภาพของจำนวน Core ใน CPU มาใช้ในการทำงานแบบประมวลผลพร้อม ๆ กัน (Multiple Processes) ได้ แต่ว่ามันก็ยังมีความซับซ้อนซ่อนเงื่อนเอาไว้มากกว่าที่เราคิด

Cores มากกว่าสองเท่า ไม่ได้แปลว่าเร็วขึ้นกว่าเดิมสองเท่า

ตัวอย่างง่ายๆ เช่น โปรแกรม Google Chrome และ Adobe Premier Pro ทั้งคู่รองรับการทำงานแบบ Multiple Processes 

Adobe Premier Pro จะแบ่งงานออกเป็นส่วน ๆ เวลาที่เราทำการแก้ไข ในการแก้ไขวิดีโอ มีงานหลายเลเยอร์ที่ต้องประมวลผล ซึ่งจำนวนคอร์ที่สูงกว่าจะช่วยกันทำงาน ทำให้เรนเดอร์วิดีโอได้เร็วขึ้น แต่ถึงเราจะบอกว่าเร็วขึ้นแต่ไม่ได้ความว่า CPU ที่มี 16 Core จะทำให้ Adobe Premier Pro ทำงานเร็วกว่า CPU ที่มี 6 Cores ได้เกือบ 3 เท่านะ ประสิทธิภาพจะต่างกันประมาณ 30% เท่านั้น

ภาพจาก https://www.pugetsystems.com/labs/articles/premiere-pro-cpu-performance-intel-core-10th-gen-vs-amd-ryzen-3rd-gen-1763/

ส่วน Google Chrome จะแบ่งการทำงานเป็นแท็บ แท็บที่ไม่ได้ถูกใช้งานจะถูกพักไว้ในคอร์อื่นๆ ซึ่งในการใช้งานจริง แท็บที่ไม่ได้ถูกเรียกใช้ ก็ไม่ได้จำเป็นต้องประมวลผลอะไรมากอยู่แล้ว เพราะงานส่วนใหญ่จะภาระตกไปอยู่ที่แรมอยู่ดี ดังนั้น จำนวน Cores ที่มากกว่าจึงไม่ส่งผลอะไรต่อการทำงานของ Google Chrome มากนักแม้ว่าตัวโปรแกรมจะรองรับ Multiple Processes ก็ตาม

ซื้อหน่วยประมวลผลกลางแบบ กี่คอร์ดี ? (How many CPU Cores should I buy ?)

สำหรับการทำงานของคอมพิวเตอร์ในยุคนี้ ไม่ว่าจะเป็นในแง่ของการทำงาน หรือว่าเล่นเกมส์ก็ตาม 6 Cores เป็นตัวเลือกขั้นต่ำที่ควรเลือก และ 8 Cores คือกำลังดีมีที่ว่างให้เหลือหายใจได้ ซึ่งแน่นอนว่าจะเลือก CPU ที่มีจำนวน Cores มากกว่านั้นก็ได้ แต่สำหรับการใช้งานทั่วไปอาจจะเกิดความจำเป็นไปสักหน่อย นอกเสียจากว่า คุณมีความจำเป็นต้องเปิดซอฟต์แวร์พร้อมกันเป็นจำนวนมาก ทิ้งไว้เบื้องหลังในเวลาเดียวกัน