Jenis-jenis unit pemrosesan pusat (CPU)

Unit pemrosesan pusat (CPU) adalah otak komputer. CPU menangani penugasan dan pemrosesan tugas, serta mengelola fungsi operasional yang digunakan oleh semua jenis komputer.

Jenis CPU ditetapkan sesuai dengan jenis chip yang mereka gunakan untuk memproses data. Terdapat berbagai jenis prosesor dan mikroprosesor, dengan prosesor baru yang lebih kuat terus dikembangkan. Kekuatan pemrosesan CPU memungkinkan komputer untuk melakukan multitasking dengan efisien. Sebelum membahas berbagai jenis CPU yang tersedia, kita perlu memahami beberapa istilah dasar yang penting untuk pemahaman kita tentang jenis-jenis CPU tersebut.

CPU terdiri atas banyak komponen, namun beberapa aspek berikut sangat penting untuk pengoperasiannya dan pemahaman kita tentang cara kerjanya:

• Cache: Apabila menyangkut pengambilan informasi, cache memori sangat diperlukan. Cache adalah area penyimpanan yang dirancang untuk memungkinkan pengguna mengakses data yang baru-baru ini digunakan dengan cepat. Cache menyimpan data di area memori yang terpasang langsung pada chip prosesor CPU, memungkinkan akses data yang lebih cepat dibandingkan dengan random access memory (RAM). Cache dapat dibuat melalui pengembangan perangkat lunak atau komponen perangkat keras.

• Kecepatan jam: Setiap komputer dilengkapi dengan jam internal yang mengatur kecepatan dan frekuensi operasi sistem. Jam mengelola sirkuit CPU melalui pengiriman pulsa listrik. Tingkat pengiriman pulsa tersebut disebut clock speed, yang diukur dalam Hertz (Hz) atau megahertz (MHz). Secara tradisional, salah satu cara untuk meningkatkan kecepatan pemrosesan adalah dengan mempercepat kecepatan jam komputer.

• Inti: Inti bertindak sebagai pemroses di dalam prosesor. Inti adalah unit pemrosesan yang membaca dan menjalankan berbagai instruksi program. Prosesor diklasifikasikan menurut berapa banyak inti yang tertanam di dalamnya. CPU dengan banyak inti dapat memproses instruksi jauh lebih cepat daripada prosesor inti tunggal. (Catatan: Istilah "Intel Core" digunakan secara komersial untuk memasarkan lini produk CPU multi-core Intel.)

• Thread: Thread adalah urutan instruksi terkecil yang dapat diprogram dan dijalankan secara mandiri oleh penjadwal sistem operasi, kemudian dikirim ke CPU untuk diproses. Melalui multithreading—di mana beberapa thread dijalankan secara bersamaan—proses komputer dapat dikerjakan secara paralel. Hyper-threading mengacu pada bentuk multithreading milik Intel untuk paralelisasi komputasi.

Komponen lain dari CPU

Selain komponen di atas, CPU modern biasanya mengandung yang berikut:

• Unit Logika Aritmatika (ALU): melakukan semua operasi aritmatika dan logika, seperti perhitungan matematika dan perbandingan logika. Kedua jenis terkait dengan tindakan komputer tertentu.
• Bus: Memastikan transfer data dan aliran data yang tepat antar komponen sistem komputer.
• Unit kontrol: Berisi sirkuit intensif yang mengatur sistem komputer dengan mengeluarkan sistem denyut listrik dan memerintahkan sistem untuk melaksanakan instruksi komputer tingkat tinggi.
• Register instruksi dan penunjuk: Menampilkan lokasi set instruksi berikutnya yang akan dieksekusi oleh CPU.
• Unit memori: Mengelola penggunaan memori dan aliran data antara RAM dan CPU. Selain itu, unit memori mengawasi penanganan memori cache.
• Register: Menyediakan memori permanen built-in untuk kebutuhan data yang konstan dan berulang yang harus ditangani secara teratur dan segera.

CPU menjalankan siklus perintah berulang yang diatur oleh unit kontrol, dengan bantuan sinkronisasi dari jam komputer.

Pekerjaan yang dilakukan CPU terjadi sesuai dengan siklus yang telah ditetapkan (disebut siklus instruksi CPU). Siklus instruksi CPU mengacu pada jumlah pengulangan tertentu, yang menunjukkan berapa kali instruksi dasar akan dijalankan, sesuai dengan kemampuan pemrosesan komputer.

Tiga instruksi komputasi dasar adalah sebagai berikut:

• Fetch: Pengambilan terjadi kapan saja data diambil dari memori.
• Decode: Dekoder dalam CPU menerjemahkan instruksi biner menjadi sinyal listrik yang kemudian diteruskan ke bagian lain dari CPU.
• Eksekusi (Execute): Eksekusi terjadi ketika komputer menafsirkan dan melaksanakan serangkaian instruksi program komputer.

Upaya untuk meningkatkan kecepatan pemrosesan seringkali membuat beberapa pemilik komputer mengabaikan langkah-langkah penting yang biasa dilakukan untuk mencapai kinerja tinggi, seperti menambahkan lebih banyak inti memori. Sebaliknya, pengguna ini menyesuaikan jam komputer sehingga berjalan lebih cepat pada mesin mereka. Proses “overclocking” analog dengan smartphone “jailbreaking” sehingga kinerjanya dapat diubah. Sayangnya, seperti halnya jailbreak pada ponsel cerdas, mengubah pengaturan seperti itu dapat membahayakan perangkat dan tidak disetujui oleh produsen komputer.

CPU ditentukan oleh prosesor atau mikroprosesor yang menggerakkannya:

• Prosesor inti tunggal: Prosesor inti tunggal adalah mikroprosesor yang memiliki satu CPU pada chip (die) yang terbuat dari bahan silikon tempat chip dan microchip dipasang. Prosesor inti tunggal umumnya lebih lambat dibandingkan prosesor multi-inti, karena hanya dapat menjalankan satu thread dan menyelesaikan siklus instruksi satu per satu. Mereka paling cocok untuk komputasi tujuan umum.
• Prosesor multi-inti: Prosesor multi-inti terdiri atas beberapa inti yang masing-masing dapat menjalankan instruksi secara terpisah, seolah-olah mereka adalah komputer yang berbeda, meskipun semua inti tersebut terletak pada chip yang sama. Untuk banyak program komputer, prosesor multi-inti memberikan output yang unggul dan berkinerja tinggi.
• Prosesor tertanam: Prosesor tertanam adalah mikroprosesor yang dirancang khusus untuk digunakan dalam sistem tertanam, seperti perangkat elektronik yang tidak memerlukan interaksi langsung dengan pengguna. Sistem tertanam memiliki ukuran kecil, dirancang untuk mengonsumsi daya rendah, dan prosesor terintegrasi untuk memungkinkan akses langsung ke data. Prosesor tertanam termasuk mikroprosesor dan mikrokontroler.
• Prosesor inti ganda: Prosesor inti ganda adalah jenis prosesor multi-inti yang memiliki dua mikroprosesor yang bekerja secara independen satu sama lain.
• Prosesor empat inti: Prosesor empat inti adalah jenis prosesor multi-inti yang memiliki empat mikroprosesor yang bekerja secara independen satu sama lain.
• Prosesor delapan inti: Prosesor delapan inti adalah jenis prosesor multi-inti yang memiliki delapan mikroprosesor yang bekerja secara independen satu sama lain.
• Prosesor sepuluh inti: Prosesor sepuluh inti adalah sirkuit terintegrasi yang memiliki 10 inti prosesor dalam satu chip atau paket.

Meskipun ada beberapa perusahaan yang memproduksi produk atau mengembangkan perangkat lunak untuk CPU, jumlahnya telah menyusut menjadi hanya beberapa pemain utama dalam beberapa tahun terakhir.

Dua perusahaan besar di bidang ini adalah Intel dan Advanced Micro Devices (AMD). Masing-masing menggunakan jenis arsitektur set instruksi (ISA) yang berbeda. Prosesor Intel menggunakan arsitektur komputer set instruksi kompleks (CISC). Prosesor AMD mengikuti arsitektur komputer set instruksi yang dikurangi (RISC).

• Intel: Intel memasarkan prosesor dan mikroprosesor melalui empat lini produk. Lini premium dan kelas atas adalah Intel Core. Prosesor Xeon Intel ditargetkan untuk kantor dan bisnis. Lini Intel Celeron dan Intel Pentium dianggap lebih lambat dan kurang kuat dibandingkan lini Core.

• Advanced Micro Devices (AMD): AMD menjual prosesor dan mikroprosesor melalui dua jenis produk: CPU dan APU (singkatan dari Accelerated Processing Unit). APU adalah CPU yang dilengkapi dengan grafis Radeon yang dipatenkan. Prosesor Ryzen™ AMD adalah mikroprosesor berkinerja tinggi dengan kecepatan tinggi, dirancang khusus untuk pasar permainan video. Prosesor Athlon yang dulunya dianggap sebagai lini produk kelas atas dari AMD, kini digunakan oleh AMD sebagai pilihan untuk komputasi dasar.

• Arm: Meskipun Arm tidak memproduksi perangkat keras secara langsung, Arm menyewakan desain prosesor kelas atas serta teknologi eksklusif lainnya kepada perusahaan yang memproduksi perangkat tersebut. Apple, misalnya, telah berhenti menggunakan chip Intel di Mac dan kini membuat prosesor khusus sendiri dengan menggunakan desain dari Arm. Perusahaan lain mengikuti contoh ini.

Unit pemrosesan grafis (GPUs)

Meskipun istilah “unit pemrosesan grafis” mengandung kata “grafis,” sebenarnya istilah ini kurang menggambarkan karakteristik utama GPU, yaitu kecepatan pemrosesan. Dalam hal ini, peningkatan kecepatannya adalah penyebab percepatan grafik komputer.

GPU adalah jenis sirkuit elektronik dengan aplikasi langsung untuk PC, smartphone, dan konsol video game, yang merupakan penggunaan aslinya. Saat ini, GPU juga digunakan untuk tujuan di luar akselerasi grafis, seperti penambangan mata uang kripto dan pelatihan neural networks.

Mikroprosesor

Upaya miniaturisasi komputer terus berlanjut dengan perkembangan ilmu komputer yang berhasil menciptakan CPU berukuran sangat kecil sehingga dapat dimasukkan ke dalam chip sirkuit terpadu kecil, yang disebut mikroprosesor. Mikroprosesor ditentukan oleh jumlah inti yang mereka dukung.

Inti CPU adalah “otak di dalam otak,” yang berfungsi sebagai unit pemrosesan fisik dalam CPU. Mikroprosesor dapat berisi beberapa prosesor. Inti fisik adalah CPU yang terintegrasi langsung di dalam satu chip dan menempati satu soket saja, sehingga memungkinkan inti fisik lainnya untuk berbagi lingkungan komputasi yang sama.

Perangkat hasil

Tanpa perangkat output untuk menampilkan hasil instruksi CPU, komputasi akan menjadi aktivitas yang sangat terbatas. Perangkat ini mencakup periferal, yaitu perangkat yang terhubung ke bagian luar komputer dan secara signifikan meningkatkan fungsionalitasnya.

Periferal menyediakan sarana bagi pengguna komputer untuk berinteraksi dengan komputer dan membuatnya memproses instruksi sesuai dengan keinginan pengguna komputer. Ini termasuk kebutuhan desktop seperti keyboard, mouse, pemindai, dan printer.

Periferal bukan satu-satunya perangkat tambahan yang umum pada komputer modern. Ada juga perangkat input/output yang memiliki fungsi ganda untuk menerima dan mengirimkan informasi, seperti kamera video dan mikrofon.

Konsumsi daya

Beberapa masalah dipengaruhi oleh konsumsi daya. Salah satu tantangannya adalah jumlah panas yang dihasilkan oleh prosesor multi-inti dan bagaimana membuang kelebihan panas tersebut agar prosesor tetap terlindungi secara termal. Oleh karena itu, pusat data skala besar (yang menampung ribuan server) dirancang dengan sistem pendingin dan pengatur suhu udara yang canggih.

Selain itu, ada juga pertanyaan mengenai keberlanjutan, bahkan jika hanya melibatkan beberapa komputer, bukan ribuan. Semakin kuat komputer dan CPU-nya, semakin banyak energi yang dibutuhkan untuk menjalankannya—dan pada beberapa kasus skala besar, ini bisa berarti daya komputasi dalam ukuran gigahertz (GHz).

Chip khusus

Perkembangan paling mendalam dalam komputasi sejak awal mulanya, kecerdasan buatan (AI) sekarang memengaruhi sebagian besar, jika tidak semua, lingkungan komputasi. Salah satu perkembangan di bidang CPU adalah penciptaan prosesor khusus yang dirancang untuk menangani beban kerja besar dan kompleks yang terkait dengan AI (atau tujuan khusus lainnya):

• Perangkat ini mencakup Tensor Streaming Processor (TSP), yang dirancang untuk menangani tugas machine learning (ML) serta aplikasi AI lainnya. Prosesor lain yang cocok untuk tugas AI adalah AMD Ryzen Threadripper™ 3990X dengan 64 core dan Intel Core i9-13900KS dengan 24 core.
• Banyak pengguna memilih CPU Intel Core i7 14700KF dengan 20 core dan 28 thread untuk aplikasi seperti pengeditan video. Yang lain memilih Ryzen 9 7900X, yang dianggap CPU terbaik AMD untuk tujuan pengeditan video.
• Untuk prosesor gaming, AMD Ryzen 7 5800X3D dilengkapi teknologi 3D V-Cache yang meningkatkan dan mempercepat performa grafis dalam permainan.
• Untuk komputasi umum, seperti menjalankan sistem operasi Windows atau menjelajahi situs web multimedia, prosesor AMD atau Intel model terbaru seharusnya mampu menangani tugas-tugas ini dengan lancar.

Transistor

Transistor sangat penting bagi elektronika secara umum dan komputasi secara khusus. Istilah ini adalah gabungan dari “resistansi transfer” dan biasanya merujuk pada komponen semikonduktor yang berfungsi membatasi atau mengendalikan arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian.

Dalam komputasi, transistor sama pentingnya dengan elemen. Transistor adalah unit bangunan dasar di balik pembuatan semua microchip. Transistor membantu menyusun CPU, dan transistor inilah yang membuat bahasa biner 0 dan 1 yang digunakan komputer untuk menginterpretasikan logika Boolean.

Ilmuwan komputer selalu bekerja untuk meningkatkan output dan fungsionalitas CPU. Berikut adalah beberapa proyeksi tentang CPU masa depan:

• Bahan chip baru: Chip silikon sudah lama menjadi andalan industri komputasi dan elektronik lainnya. Gelombang prosesor baru (tautan berada di luar ibm.com) akan memanfaatkan bahan chip baru yang menawarkan peningkatan kinerja. Ini termasuk tabung nano karbon (yang menunjukkan konduktivitas termal yang sangat baik melalui tabung berbasis karbon sekitar 100.000 kali lebih kecil dari lebar rambut manusia), graphene (zat yang memiliki sifat termal dan listrik yang luar biasa) dan komponen spintronik (yang mengandalkan studi tentang cara elektron berputar, dan pada akhirnya dapat menghasilkan transistor berputar).
• Quantum over binary: Meskipun CPU saat ini bergantung pada bahasa biner, komputasi kuantum pada akhirnya akan menggantikannya dengan pendekatan yang lebih canggih. Berbeda dengan bahasa biner, komputasi kuantum didasarkan pada prinsip-prinsip mekanika kuantum, sebuah cabang ilmu yang telah merevolusi dunia fisika. Dalam komputasi kuantum, digit biner (1 dan 0) dapat berada dalam berbagai keadaan secara bersamaan (tidak terbatas pada dua keadaan seperti pada komputasi konvensional). Dan karena data ini akan berada di lebih dari satu lokasi, pengambilan akan menjadi lebih mudah dan lebih cepat. Akibatnya, pengguna akan merasakan peningkatan signifikan dalam kecepatan komputasi serta peningkatan keseluruhan dalam daya pemrosesan.

• AI di mana-mana: Seiring dengan semakin meluasnya penerapan kecerdasan buatan—baik di industri komputasi maupun dalam kehidupan sehari-hari—AI akan memberikan dampak langsung pada desain CPU. Ke depannya, kita dapat berharap melihat semakin banyak integrasi fungsionalitas AI langsung ke dalam perangkat keras komputer. Ketika ini terjadi, kita akan mengalami pemrosesan AI yang secara signifikan lebih efisien. Lebih lanjut, pengguna akan melihat peningkatan kecepatan pemrosesan dan perangkat yang akan dapat membuat keputusan secara mandiri dalam waktu nyata. Sambil menantikan implementasi perangkat keras tersebut, produsen chip Cerebras telah meluncurkan prosesor yang diklaim sebagai “chip AI tercepat di dunia” (tautan berada di luar ibm.com). Chip WSE-3-nya dapat melatih model AI dengan parameter sebanyak 24 triliun. Mega-chip ini berisi empat triliun transistor, selain 900.000 inti.

Perusahaan berharap banyak dari komputer yang mereka investasikan. Komputer-komputer ini mengandalkan CPU dengan daya pemrosesan yang kuat untuk menangani beban kerja berat yang umum dalam lingkungan bisnis berbasis padat data saat ini.

Organisasi membutuhkan solusi yang dapat diterapkan yang dapat berubah seiring perubahan mereka. Komputasi cerdas bergantung pada peralatan yang mampu mendukung misi Anda, bahkan ketika pekerjaan itu berkembang. Server IBM menawarkan kekuatan dan fleksibilitas, sehingga Anda dapat berkonsentrasi pada pekerjaan yang ada. Temukan server IBM yang Anda butuhkan untuk mendapatkan hasil yang diandalkan organisasi Anda—kini dan nanti.