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Las frecuencias de trabajo de los procesadores están tocando techo: los MHz ceden ante los núcleos

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Durante varios años el mundo de los procesadores de consumo general ha estado envuelto en la guerra de los MHz, una carrera que enfrentó a Intel y AMD y que tenía como meta aumentar al máximo las frecuencias de trabajo para dar forma al procesador más rápido del mercado.

Sí, ya sé que las frecuencias de trabajo no son lo más importante cuando hablamos de procesadores, pero cuando nos movemos en arquitecturas que tienen un IPC y un consumo similar está claro que acaba siendo determinante, de hecho lo hemos visto recientemente con el pulso que mantienen los Ryzen 3000 y los Core 9000. Los primeros han alcanzado a los segundos en IPC, pero estos últimos logran unas frecuencias de trabajo superiores, y gracias a ello son capaces de ofrecer un mayor rendimiento por núcleo.

A la hora de elegir un procesador núcleos y MHz no lo son todo, pero no hay duda de que son dos claves que debemos tener muy en cuenta. Con el paso de los años la carrera de los MHz acabó cediendo ante la carrera de los núcleos, una realidad que adquirió su punto más álgido con la llegada de los Ryzen de primera generación, que democratizaron los 8 núcleos y 16 hilos en el mercado de consumo general, y que ha vuelto a vivir un punto de inflexión con la presentación de los Ryzen 9 3950X, que cuentan con 16 núcleos y 32 hilos.

El salto que hemos dado en dos años ha sido enorme. Hemos pasado una época de dominio absoluto de los cuatro núcleos y ocho hilos a multiplicar por cuatro ambas cifras. Y sí, los MHz siguen importando, pero está claro que han quedado en un segundo plano.

La pérdida de importancia de las frecuencias de trabajo en los procesadores se debe principalmente a dos grandes razones: el auge de las cargas de trabajo multihilo y el aumento en términos de IPC que se ha producido desde la llegada de los Core de primera generación y AMD FX (Bulldozer) hasta hoy.

AMD ya lo dijo en su momento, que estábamos en la recta final de la carrera de los MHz, y los últimos lanzamientos confirman que tienen toda la razón. Los aumentos de frecuencia que se han producido con el lanzamiento de las tres últimas generaciones de procesadores han sido relativamente pequeños, y los niveles máximos de overclock que pueden alcanzar reiteran que nos estamos moviendo en una franja cada vez más cercana a los límites del silicio.

Por ejemplo, el Core i7 7700K alcanzaba los 5,2 GHz con overclock, la misma cifra que logran algunos Core i9 9900KS. Ambos chips tienen un IPC idéntico, pero el segundo dobla al primer en núcleos e hilos (8 y 16). La tendencia es clara, de hecho si miramos las frecuencias de trabajo de los procesadores para equipos portátiles nos daremos cuenta de que se ha producido incluso una reducción de aquellas, algo que se ha compensado con un mayor IPC y más núcleos.

Procesadores y frecuencias de trabajo: saltos cada vez menores

La idea que debemos sacar en claro de todo esto es que las frecuencias de trabajo seguirán aumentando con la llegada de las próximas generaciones, pero los saltos serán cada vez menos marcados. Con la introducción de nuevos procesos de fabricación y de nuevas arquitecturas habrá un margen constante de mejora que impedirá que se produzca un estancamiento o incluso un retroceso en las velocidades de trabajo, aunque como anticipamos el aumento de MHz será cada vez más reducido.

Puede que alguno tenga dudas, pero la tendencia que hemos visto durante los últimos años es muy clara: más núcleos, mayor IPC aprovechando cada reducción de proceso de fabricación y mejoras centradas en la eficiencia. Ese es el camino que vamos a seguir en las próximas generaciones, de hecho tenemos varios ejemplos que apuntan en esa dirección:

  • Si todo va según lo previsto la serie Intel Comet Lake S, que dará forma a los Core de décima generación para escritorio, mantendrá el proceso de fabricación en 14 nm++ y el IPC de la generación actual. Se espera un pequeño aumento de frecuencias (100-200 MHz) y un aumento del máximo de núcleos e hilos (10 y 20).
  • Con Ice Lake veremos el salto a los 10 nm y según Intel logrará un aumento del IPC del 18% frente a Skylake. Cabe esperar un aumento del máximo de núcleos e hilos, y otro pequeño aumento de las frecuencias de trabajo.
  • Zen 3, la próxima arquitectura de AMD, vendrá fabricada en proceso de 7 nm+. No esperamos un aumento del máximo de núcleos e hilos, pero sí una mejora del IPC (entre un 8% y un 10% frente a Zen 2) y un aumento de las frecuencias de trabajo de entre 100 MHz y 200 MHz.

Es importante tener en cuenta, además, que con el lanzamiento de PS5 y Xbox Scarlett, previsto para finales de 2020, empezaremos a ver un aprovechamiento efectivo y real de los procesadores de consumo general de más de seis núcleos en juegos, un movimiento que confirma lo que ya hemos comentado anteriormente: que los MHz han cedido ante los núcleos, y también ante el consumo y las temperaturas de trabajo.

Diseñar un chip que funcione a unas frecuencias de trabajo muy elevadas y que tenga, además, un alto conteo de núcleos, puede ser viable desde el punto de vista técnico, pero dar como resultado un procesador con un TDP y un consumo enorme que requiera de un sistema de disipación muy caro, lo que lo convertiría en una solución que no tendría cabida en el mercado.

Como ya vimos en su momento cabe esperar que los procesadores de cuatro núcleos queden obsoletos, y que los de seis núcleos empiecen a mostrar síntomas de agotamiento conforme avance el ciclo de vida de ambas consolas y se vaya completando la transición definitiva hacia la nueva generación.

Menos MHz no implica menos rendimiento

A priori cabría pensar que el abandono de la carrera de los MHz puede suponer un problema grave en términos de rendimiento, pero la realidad es totalmente contraria. Piensa, por ejemplo, en las diferencias que hay entre un Core 2 Duo E8400 a 3 GHz y un Pentium D 960 a 3,6 GHz. Ambos tienen dos núcleos, y a pesar de la distancia que hay entre ambos el primero ofrece un rendimiento muy superior.

Este sencillo ejemplo nos ayuda a entender esa máxima de que una frecuencia de trabajo menor no implica necesariamente menos rendimiento. La potencia real de un procesador se define por varias claves:

  • Arquitectura, que normalmente sirve como referencia para conocer su IPC.
  • Número de núcleos y capacidad multihilo (HyperThreading en el caso de Intel y SMT en AMD).
  • Cantidad y tipos de memoria caché integrada.
  • Frecuencia de trabajo efectiva (velocidad máxima asociada a los modos turbo que integre).

Así, un procesador de dos núcleos y cuatro hilos que comparta la misma arquitectura que un procesador de dos núcleos y dos hilos ofrecerá un rendimiento superior en entornos multihilo aunque trabaje a menor frecuencia, y lo mismo aplica en aquellos casos en los que comparemos procesadores con arquitecturas diferentes.

No hay nada que temer si se produce un retroceso a nivel de MHz, más bien todo lo contrario, creo que es algo que debemos afrontar con optimismo, ya que implica que hemos avanzado tanto en términos de IPC y de capacidad multihilo que ya no tenemos que tirar necesariamente de «potencia bruta».

Editor de la publicación on-line líder en audiencia dentro de la información tecnológica para profesionales. Al día de todas las tecnologías que pueden marcar tendencia en la industria.

5 comentarios
  • Israel

    Genial, como siempre. ¡Gracias Isidro!

  • Juan Orós

    pues vaya novedad, llamenme tonto, pero eso lo llevo diciendo años, por ejemplo en su día tuve un athlon 64 2600 a una frecuencia de 1800 Mhz y le daba mil vueltas a los pentium 4 3ghz

  • Isidro Ros

    A ti, por leernos.

    Buen fin de semana, un saludo!

  • Isidro Ros

    Han sido fases, si te das cuenta. Como bien dices con los Athlon 64 se produjo un primer punto de inflexión que consumó con los Core 2 Duo y Core 2 Quad.

    A partir de ahí volvimos a una nueva carrera de MHz, de hecho recuerda que hemos roto la barrera de los 4 GHz y de los 5 GHz en configuraciones multinúcleo, pero ahora se ha vuelto a apreciar una desaceleración clara, y eso es lo que destacamos en el artículo.

    Saludos.

  • Gregorio Ros

    En este caso en concreto no estoy totalmente de acuerdo, sí en que el camino va a ser hacia mas núcleos, aunque también tiene tope, si en mejorar el IPC aunque igualmente con tope, no en las razones. En electrónica los términos frecuencia, tiempo y longitud de onda son como mirar lo mismo desde distinto angulo, por poner una analogía. La carrera de los MHz no cede ante la de los núcleos, sino ante la limitación de la velocidad de la luz, para quien quiera entretenerse: con unas simples reglas de tres es fácil ver que en un ciclo a 3GHz la electricidad apenas recorre 10cm y la posibilidad de que cualquier trozo de pista se transforme en una antena y se induzca en la vecina mezclando datos está a la orden del día. Tampoco es cuestión de achacarle nada al silicio, con otros materiales mejores podríamos reducir tiempos de conmutación, consumos y perdidas, pero poco mas, eso supondría mejoras, pero los datos e instrucciones siempre tendrán que viajar de alguna memoria a otra y ahí vamos a velocidad luz. Lógicamente, a todo esto a mayor densidad de integración las distancias se reducen y permitiran que continúen dándonos alegrías.

    Indudablemente solo queda el paralelismo, a mas núcleos hay posibilidad de que sea mejor, pero no siempre. Cuando se salto del «mononucleo» el cambio fue tremendo. Subir a cuatro núcleos también se nota, aunque ya menos, según optimizaciones. Mas núcleos solo si la tarea lo admite o/y si la optimización brilla. Tareas como los gráficos son un ejemplo de a mas núcleos mejor, por contra hay otras tareas en las que no hay manera, mientras no tengas A no podrás procesar B y mientras no tengas B no podras con C,etc,etc,… a esperar toca.

    De todas formas soy optimista, creo que aun queda margen para muchas alegrías.

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