El procesador suele decirse que es el “corazón” del ordenador. Y en cierto modo es así. También puede verse como el “cerebro”, haciendo ver en ambos casos que estamos ante un componente vital para el funcionamiento de nuestro ordenador. La memoria o el disco duro, por no hablar del procesador gráfico son también relevantes, desde luego, pero si tuviéramos que definir un orden de importancia, el procesador (o CPU) estaría en primer lugar.

El procesador gráfico, la memoria y el disco duro seguirían por ese orden. Luego tendríamos la pantalla, la conectividad y otros elementos como el teclado, la batería (en el caso de un portátil) y otros accesorios. En realidad, todos los elementos son necesarios para que un ordenador funcione, por supuesto. Un ordenador sin memoria o un sistema de almacenamiento difícilmente puede funcionar. Al menos los ordenadores que conocemos y con los que estamos familiarizados.

Un poco de ingeniería, pero poca

Para entender el papel que tiene el procesador, hay que hablar de conceptos un tanto áridos en principio. Los ordenadores actuales siguen el modelo de arquitectura Harvard que a su vez está relacionada con la von Neumann. Esta arquitectura define el modo esencial de funcionamiento de los ordenadores, con instrucciones aritméticas y lógicas que se ejecutan en la electrónica del procesador. Estas instrucciones son los elementos de los que se componen los programas de ordenador. Las instrucciones se almacenan en memoria. Y los datos, a su vez, están almacenados en memoria igualmente.

Tanto los programas como los datos se guardan en las unidades de almacenamiento, pero el ordenador tiene que llevarlos a la memoria RAM para que sea posible que el procesador acceda a ellos, en un proceso continuo de lectura desde los soportes de almacenamiento, escritura en memoria, procesamiento en el procesador y escritura en memoria para luego llevar los datos a las unidades de almacenamiento.

von neumann wikipedia

Los procesadores son capaces de ejecutar instrucciones dentro de un repertorio bien definido y con unas reglas de operación estrictas e inamovibles. Hay diferentes juegos de instrucciones, pero las que se manejan en la práctica mayoría de ordenadores actuales son las denominadas instrucciones x86.

Los procesadores ejecutan (más o menos) secuencialmente las instrucciones x86 de las que se componen los programas, al tiempo que operan sobre los datos. Las operaciones son de tipo aritmético, usando lógica binaria con registros de 64 bits. Al principio, solo se trabajaba con 4 bits. Luego con 8 bits. Después 16 bits, 32 bits y desde hace una década, 64 bits.

El ritmo al que se ejecutan las operaciones lo marca la frecuencia de reloj. Así, si tenemos un procesador con una frecuencia de 3 GHz, tenemos que ejecutar operaciones a un ritmo de 3.000.000.000 de operaciones por segundo. Es decir, en un nanosegundo se ejecutan tres operaciones. A más velocidad, por tanto, mayor número de operaciones realizadas. Como veremos, no es exactamente así. Pero vayamos paso a paso.

Arquitectura y multinúcleo

En la actualidad, los fabricantes de procesadores x86 más conocidos son Intel y AMD. Cada uno de ellos ha diseñado la electrónica de sus procesadores de un modo diferente. En ambos casos tienen que ser compatibles con las instrucciones x86, pero Intel lo hace de un modo y AMD de otro. Cada fabricante ha desarrollado su propia arquitectura. Es decir: una forma única de procesar las instrucciones. Es como si el objetivo fuera llegar a un mismo destino, pero cada uno de ellos elige una ruta diferente confiando en que va a ser la “buena” teniendo en cuenta la distancia, los posibles atascos, los límites de galibo o el número de semáforos. El fin es el mismo, pero hay muchas formas posibles de llegar.

intel core 2 arquitectura Wikipedia

En realidad, un procesador puede ejecutar más de una operación en cada ciclo de reloj. Antes decíamos que los programas se ejecutan de modo “más o menos” secuencial. Esto es: en un ciclo de reloj pueden ejecutarse varias instrucciones. Tradicionalmente Intel ha sido mejor que AMD en cuanto al IPC. Es decir, la “ruta” elegida por Intel para llegar a destino ha sido tradicionalmente más eficiente si atendemos a la metáfora del párrafo anterior. Pero recientemente, AMD ha hecho un cambio radical en su arquitectura, que ahora se llama Ryzen, poniéndose a la altura de Intel. Es decir: AMD ha recalculado la ruta para llegar y ahora ha conseguido un trayecto más ágil.

Además, los fabricantes de procesadores llevan años integrando varios “cores” en cada procesador. De este modo, se pueden ejecutar varios programas o procesos a la vez. Actualmente hay procesadores con hasta 32 núcleos, siendo dos, cuatro, seis y ocho el número habitual de núcleos (cores) que funcionan simultáneamente en un procesador.

El rendimiento no aumenta linealmente con el número de cores: cuatro núcleos no significa que tengamos un rendimiento 4x sobre una CPU con un único núcleo. Puede ser de 2,5x, por ejemplo.

Tecnología de fabricación y consumo

Los fabricantes de procesadores (Intel y AMD son los más conocidos) también evolucionan la tecnología de fabricación. Una CPU puede tener varios miles de millones de transistores, con tamaños nanométricos. Cada cierto tiempo (entre un año y tres años), los fabricantes encuentran la forma de que el tamaño de los transistores de los que se compone un procesador sean más pequeños. Esto hace que “quepan” más en el mismo espacio y que consuman menos energía. El incremento de transistores ha seguido durante cinco décadas la llamada Ley de Moore, aunque en los últimos años se está empezando a cuestionar su validez. El número de transistores sí aumenta (de momento), pero el rendimiento no crece al mismo ritmo.

ley de moore Intel

Otro parámetro que define a un procesador es el consumo energético. Podemos decir, para simplificar, que el TDP es el parámetro que define lo que un procesador consume. Aunque no es realmente así desde un punto de vista riguroso. El TDP caracteriza a un procesador: así, hay procesadores con un TDP de 5W, de 15W, 25W, 45W, 65W o hasta más de 100W. El TDP se mide en Vatios, y para una misma arquitectura, cuantos más Vatios tenga el TDP, más potencia de procesamiento tendrán el procesador.

Esto es importante, porque Intel, sin ir más lejos, tiene procesadores “Core i7” con varios núcleos. Pero un Core i7 de cuatro cores con un TDP de 15W tendrá un rendimiento unas tres veces menor que un Core i7 de cuatro núcleos con un TDP de 45W. Pueden parecer iguales si miramos las especificaciones, pero no lo son en la práctica.

A modo de resumen

De momento tenemos que un procesador tendrá un rendimiento que depende de su arquitectura (IPC o instrucciones por ciclo de reloj), el número de cores, la velocidad de reloj en MHz y el TDP. Intel y AMD tienen sus propias arquitecturas, ambas compatibles con las instrucciones x86, aunque con diferencias sustanciales en lo que concierne a la forma de ejecutarlas.

Algo que no hemos dicho es que es habitual que el procesador gráfico esté también integrado en el procesador. Sucede en casi todos los procesadores de Intel y en algunas familias de AMD. Es útil, ya que no necesitamos comprar una tarjeta gráfica adicional. Pero su rendimiento en juegos es muy bajo, por lo que no siempre es la solución ideal. Especialmente para equipos de sobremesa o para portátiles para gaming.

También es interesante saber que es habitual que cada core pueda funcionar de manera “virtual” como si se tratase de dos. Así, un procesador que especifique que tiene cuatro cores y ocho hilos será capaz de manejar dos procesos simultáneamente (más o menos) por cada núcleo. Esta técnica permite aprovechar mejor los recursos del procesador pero no aumenta en un factor de 2x el rendimiento ni mucho menos.

Intel y AMD en el momento presente

Intel y AMD llevan compitiendo por la supremacía en el segmento de los procesadores desde los años 90 del siglo pasado. Ambas compañías han ido desarrollando nuevas soluciones que les han permitido llegar al momento actual, con Intel ya en la octava generación de su arquitectura, con nombre  clave Coffee Lake. Y AMD con su recién estrenada arquitectura Zen y la Zen+, versión optimizada de la arquitectura Zen. Coffee Lake es la sucesora de Kaby Lake, mientras que Zen es la sucesora de Bulldozer.

Intel, además, tiene una familia de procesadores de muy bajo consumo con una arquitectura especialmente diseñada para que el consumo sea mínimo, con las arquitecturas Godmont y Godmont Plus, sucesora de Godmont. Son procesadores con una electrónica interna simplificada frente a los Coffee Lake o Kaby Lake, que permite reducir el consumo, aunque a costa de reducir el rendimiento también. Es como si, para ir a su destino, se eligiese una ruta más larga (menos rendimiento), pero con un trayecto libre de semáforos, atascos y yendo a una velocidad constante y eficiente para el consumo.

amd ryzen

Coffee Lake usa una tecnología de fabricación de 14 nm, mientras que Zen usa también 14 nm y Zen+, 12 nm.  En general, a menor tamaño de transistores, mejor comportamiento en cuanto a rendimiento y eficiencia energética. Intel ya está trabajando con procesadores de 10 nm (Cannon Lake), mientras que AMD tiene para 2019 prevista la llegada de Zen 2, la arquitectura sucesora de Zen y Zen+, con transistores de nada menos que 7 nm.

La arquitectura es una cosa y los procesadores, otra. En este sentido, Intel cuenta con los procesadores Intel Core m, Core i3, Core i5, Core i7, Core i9 y Core X, así como los Intel Pentium, Pentium Silver, Atom y Celeron, mientras que AMD ofrece a los usuarios sus procesadores Ryzen y Threadripper.  En la actualidad puedes encontrar en el mercado procesadores Intel Core con la arquitectura Coffee Lake, así como Kaby Lake y procesadores AMD con Zen y Zen+.  Las diferencias entre unos y otros no son excesivamente grandes y si los precios encajan, puedes hacer una compra óptima de un equipo con un procesador que no sea de última generación.

intel 8 gen

En el caso de AMD, lo suyo es que te centres en los procesadores Ryzen o Threadripper, ya sean Zen o Zen+. Pero mejor si no eliges equipos con tecnologías anteriores. Tanto en el caso de Intel como AMD, hay procesadores para portátiles y para equipos de escritorio, así como con gráficos integrados o sin gráficos integrados. En el caso de los procesadores para portátiles, lo habitual es que los gráficos integrados sean la norma. Para equipos de escritorio, hay opciones con y sin ellos.

Recapitulando

Como puedes ver, los fabricantes no siempre lo ponen fácil a la hora de elegir. Tenemos la opción de comprar un equipo de sobremesa o portátil con el procesador y los componentes que elijamos (memoria, disco, placa base, gráficos, etcétera). Si quieres tener una idea acerca del rendimiento potencial de un procesador, mira el TDP.  A mayor TDP, mayor potencia de procesamiento. Para un mismo TDP, busca los procesadores de gamas más altas. Por ejemplo, un Core i7 de Intel con TDP de 15W para portátil, tendrá un mayor rendimiento que un Core i5 y este un mayor rendimiento que un Core i3.

Dentro de una misma familia de procesadores, y para un TDP dado, busca los procesadores con una arquitectura más reciente. Es decir, un Coffee Lake Core i7 de 15W de TDP para portátil, rendirá más que un Core i7 Kaby Lake con un TDP de 15W. Para un mismo número de núcleos, los procesadores con hyperthreading  o SMT (dos hilos por núcleo) rinden más que los que no tienen SMT. Y, por lo general, a más cores, más rendimiento.  Yendo de menos a más tenemos, en Intel, los Atom, Celeron, Pentium, Pentium Silver, Core m, Core i3, Core i5, Core i7, Core i9 y Core X.  Los procesadores con gráficos integrados tiene en los modelos con gráficos integrados de AMD su máxima expresión (Intel Core i5 y Core i7 “G”). Los Intel Core i5 e i7  para entusiastas son los “K”.

amd ryzen silicio

En AMD, los Ryzen de segunda generación rinden más que los de primera. El TDP sigue siendo una referencia válida, así como la elección de una gama superior para un mismo TDP. Así, un Ryzen 7 rinde más que un Ryzen 5 y este a su vez, más que un Ryzen 3.  A mayor número de cores, mejor. Los AMD Threadripper son la máxima expresión de lo que AMD puede hacer en el campo de los procesadores. Los procesadores AMD con gráficos integrados son las denominadas APUs. Para equipos de escritorio tenemos los Ryzen “G”.  Y en portátiles, AMD también cuenta con procesadores Ryzen  optimizados para este tipo de equipos. Son los Ryzen “U”.  Los Ryzen 2xxx son más recientes que los 1xxx, por lo que serán más eficientes y rápidos. Con todo, se pueden encontrar ofertas interesantes si sacrificamos rendimiento por precio.

Algunas propuestas

A modo de ejemplo, te dejamos algunas propuestas concretas de equipos y procesadores, con comentarios sobre sus pros y contras.

AMD Threadripper 1950X

Este procesador de AMD  cuenta con arquitectura Zen de 14 nm y nada menos que 16 cores con 32 hilos de ejecución. Es decir, cuanta con SMT, por lo que cada núcleo puede hacerse cargo de dos hilos de ejecución. Su TDP es de 180W, por lo que su rendimiento potencial está entre los más elevados del momento para usuarios domésticos y entusiastas. 

En este caso, es preciso tener también una placa compatible con este chip. así como unos componentes a la altura de su rendimiento y precio. No se trata de un procesador barato, pero el rendimiento está entre los más elevados del momento con el permiso de los Threadripper de segunda generación con cores Zen+. Se englobaría en la gama más profesional y va dirigido a los usuarios que demandan las más altas prestaciones.

amd threadripper 1950x

 

AMD Threadripper 1950X

AMD Ryzen 7 2700X

Este procesador de AMD tiene núcleos Zen+ de 12 nm y cuenta con 8 de ellos y hasta 16 hilos de ejecución. Su TDP es de 105W, lo cual implica que tendremos un rendimiento inferior al de los Threadripper. Con todo, estamos ante un procesador que es más económico que los Threadripper y precisa de componentes adicionales menos elitistas. No tiene gráficos integrados, por lo que habrá que adquirir una tarjeta gráfica necesariamente. 

amd ryzen 7 2700x

AMD Ryzen 2700X

AMD Ryzen 5 1600

Estamos ante un procesador AMD con cores Zen de primera generación. Tiene 6 de ellos con 12 hilos de ejecución, y un TDP de 65W. La velocidad de reloj es de 3,2 GHz y su precio es más económico que en los casos anteriores. Es una propuesta adecuada para montar un equipo con un rendimiento elevado, aunque sin llegar a los extremos de los procesadores anteriores

No tiene gráficos integrados, por lo que habrá que comprar una tarjeta gráfica, que en este caso no necesariamente tendrá que ser de alto rendimiento, al tratarse de una propuesta para un uso “normal” del ordenador. Si queremos un “maquinón” será mejor invertir más dinero en el procesador para evitar que el cuello de botella esté en la CPU.

amd ryzen 5 1600

HP Envy x360 13 ag0002ns 

Este portátil de HP usa un procesador AMD Ryzen 5 2500U de 4 cores y 8 hilos con un TDP entre 12 W y 25 W. El rendimiento, así pues, será inferior al de los equivalentes de sobremesa. Integra gráficos Radeon Vega 8. La pantalla es de 13,3” y lleva 8 GB de RAM y disco SSD de 256 GB. Es un equipo convertible 2 en 1, con un peso de 1,3 Kg y batería de 53,2 Whr. 

Es un portátil con un precio muy interesante, además. Especialmente teniendo en cuenta el precio de este tipo de sistemas cuando llevan otras tecnologías de Intel, por ejemplo.

hp envy x360 13

Medion Erazer X7745

En equipos de sobremesa también tenemos opciones con procesadores Ryzen listos para llevar y usar. Es el caso de este Medion Erazer X7745 con procesador Ryzen 7 1800X con ocho cores y dieciséis hilos con arquitectura Zen de 14 nm. La frecuencia es de 3,6 GHz con un TDP de 95W. La memoria RAM es de 16 GB con 120 GB de disco SSD y otro HDD de 1 TB. Los gráficos están a cargo de una tarjeta AMD Radeon RX480 con 8 GB de memoria de vídeo. 

medion erazer x7745

Intel Core i7 8700K

Este procesador es uno de los más potentes de Intel para un uso doméstico avanzado. Para entusiastas hay modelos más potentes pero con precios estratosféricos. Este procesador tiene un TDP de 95W con ocho cores Coffee Lake y dieciséis hilos de ejecución. La frecuencia es de 3,7 GHz con picos de 4,7 GHz. 

Es una de las propuestas más populares entre los usuarios que buscan un equilibrio entre precio y rendimiento para construir equipos potentes para ocio y trabajo. La “K” indica que es un procesador desbloqueado, por lo que se pueden modificar sus parámetros de funcionamiento mediante overclocking.

core i7 8700k

Microsoft Surface Pro 4 Core i5

Estamos ante un convertible basado en un procesador Intel Core i5 6300U. No es un procesador Coffee Lake, pero a cambio su precio es más asequible que los modelos de Surface más recientes como los Surface Pro 5. Los gráficos son integrados, con un TDP de 15W. Tiene 8 GB de RAM y 256 GB de disco SSD. Eso sí, el teclado / funda no está incluido, lo que suma un total más elevado en el precio final.  

La pantalla es de 12,3” y el peso es de menos de 800 gramos si no tenemos en cuenta el teclado. Es un convertible ligero y delgado, robusto y óptimo para llevar siempre encima para trabajar o como instrumento de ocio.

surface pro 4

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