ทำไม CPU รุ่นใหม่ แรงขึ้นแต่กินไฟน้อยลงได้อย่างไร

ในยุคปัจจุบัน ชิปประมวลผล (CPU) รุ่นใหม่ ๆ มักจะแรงขึ้น แต่กินไฟน้อยลง เมื่อเทียบกับชิปรุ่นเก่าในระดับเดียวกัน สาเหตุหลัก ๆ มาจากการพัฒนาสถาปัตยกรรมการผลิต CPU ที่ทำให้ทรานซิสเตอร์ภายในชิปมีขนาดเล็กลง ซึ่งนอกจากจะทำให้ชิปมีขนาดเล็กลงแล้ว ยังทำให้ชิปกินไฟน้อยลงด้วย

ทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กลง กินไฟน้อยลง ใส่ใน CPU ได้มากขึ้น เลยประสิทธิภาพดีขึ้น ใช้ไฟน้อยกว่าเดิม

ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานที่ใช้ในการสร้าง CPU เมื่อทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กลง ทำให้สามารถวางทรานซิสเตอร์ให้อยู่ชิดกันได้มากขึ้น ช่วยลดปริมาณกระแสไฟที่สูญเสียระหว่างการเดินทางข้ามระหว่างทรานซิสเตอร์ไปมา เมื่อมีการสูญเสียไฟฟ้าที่น้อย ก็เท่ากับระบบไม่ต้องดึงไฟเพิ่มเพื่อมาชดเชยส่วนที่เสียไปมากเท่ากับรุ่นก่อนหน้า

นอกจากนี้ เมื่อทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็ก ทำให้มีความจุไฟฟ้าที่ลดลงด้วย ซึ่งการที่ความจุลดลง ทำให้การประจุไฟเข้าทรานซิสเตอร์ และการคลายประจุออก จะใช้พลังงานน้อยกว่าการใช้ทรานซิสเตอร์ขนาดใหญ่ ส่งผลให้มีการสูญเสียกำลังไฟฟ้าลงลงไปด้วย

ทรานซิสเตอร์ขนาดเล็ก สามารถเปลี่ยนสถานะของสวิตช์เพื่อเปิดหรือปิดวงจรในตัวได้ง่ายกว่าทรานซิสเตอร์ขนาดใหญ่ ซึ่งการเปลี่ยนสถานะได้เร็ว ทำให้ชิปประมวลผลสามารถทำงานได้เร็วกว่า งานเสร็จเร็วขึ้น ส่งผลให้มีการใช้พลังงานที่ต่ำกว่า

การใช้ทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กที่กินไฟน้อยกว่า ช่วยให้ CPU สามารถทำงานได้ที่ไฟต่ำลงกว่ารุ่นก่อนหน้า

ปรับปรุงวัสดุที่ใช้ในการผลิตทรานซิสเตอร์

นอกจากการพัฒนาสถาปัตยกรรมการผลิต CPU แล้ว ยังมีปัจจัยอื่น ๆ ที่ช่วยทำให้ CPU รุ่นใหม่แรงขึ้น แต่กินไฟน้อยลง ดังนี้

• การเพิ่มส่วนที่ทำงานเฉพาะทางเข้ามา แบ่งโหลด CPU ออกไป งานเลยเสร็จเร็วขึ้น ใช้ไฟน้อยลง

ชิปประมวลผลรุ่นใหม่ ๆ มักมีการเพิ่มส่วนที่ทำงานเฉพาะทางเข้ามา เช่น ส่วนประมวลผลกราฟิก ส่วนประมวลผล AI เป็นต้น ซึ่งส่วนเหล่านี้จะทำงานเฉพาะด้าน ทำให้ CPU หลักไม่ต้องทำงานหนักมาก ส่งผลให้ใช้พลังงานน้อยลง

• ปรับปรุง state ของชิปและระบบให้หลากหลายขึ้น รองรับการปรับความเร็ว และลดการใช้ไฟลงได้ตามต้องการกว่าที่เคย

ชิปประมวลผลรุ่นใหม่ ๆ มีความสามารถในการปรับความเร็วได้หลากหลายขึ้น ช่วยให้สามารถลดความเร็วลงเมื่อไม่จำเป็นต้องใช้ความเร็วสูง ซึ่งจะช่วยประหยัดพลังงานได้

• OS รุ่นใหม่ ๆ มีการออกแบบให้สนับสนุนการทำงานแบบหลายคอร์ของชิปรุ่นใหม่ได้ดีขึ้น ทำให้ประสิทธิภาพสูง งานเสร็จเร็ว กินไฟโดยรวมลดลง

ระบบปฏิบัติการรุ่นใหม่ ๆ มีการออกแบบให้สนับสนุนการทำงานแบบหลายคอร์ของชิปรุ่นใหม่ได้ดีขึ้น ทำให้สามารถแบ่งงานให้ทำงานบนคอร์ต่าง ๆ ได้พร้อมกัน ส่งผลให้งานเสร็จเร็วขึ้น กินไฟโดยรวมลดลง

สรุป

จากปัจจัยต่าง ๆ เหล่านี้ ทำให้ชิปประมวลผลรุ่นใหม่ ๆ แรงขึ้น แต่กินไฟน้อยลง ส่งผลให้การใช้งานคอมพิวเตอร์มีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงานมากขึ้น

ตัวอย่าง

Intel Core i9-12900HK เป็นชิปประมวลผลรุ่นใหม่จาก Intel ที่มีสถาปัตยกรรมการผลิตแบบ Hybrid ผสมผสานระหว่างคอร์ประสิทธิภาพสูง (P-core) และคอร์ประสิทธิภาพสูงประหยัดพลังงาน (E-core) โดยชิปรุ่นนี้สามารถทำงานได้ที่ไฟสูงสุด 65W แต่มีประสิทธิภาพสูงกว่าชิป Intel Core i9-11980HK รุ่นก่อนหน้าที่มีสถาปัตยกรรมการผลิตแบบเดิมและทำงานได้ที่ไฟสูงสุด 45W ถึงประมาณ 25%