Qual é a diferença entre estados C e estados P da CPU?

Nos processadores modernos, o gerenciamento de energia não é um único interruptor, mas um conjunto de mecanismos coordenados (C-Estados e P-Estados da CPU, entre outros) que o sistema operacional, o firmware e a própria CPU usam para ajustar o consumo de energia, a temperatura e o desempenho em tempo real. Este artigo destila e organiza esse emaranhado de siglas para que você possa entender o que acontece nos bastidores quando seu computador economiza energia ou acelera.

Embora cada fabricante e família de CPU adicione seu próprio toque, a base é comum: ACPI define “estados” padrão para o sistema, dispositivos e processador. Aqui, você verá as diferenças entre os estados C e P, como eles se relacionam com os estados G/S/D, qual o impacto real que eles têm na latência, por que gamers e audiófilos profissionais costumam desabilitar o modo de suspensão profunda e quais ferramentas práticas estão disponíveis para uso em Windows, Linux e ambientes como o ESXi.

ACPI em poucas palavras

ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) é o padrão que orquestra a energia em PCs e servidores, e que substituiu o APM com maior controle e granularidade. Nasceu das mãos da Intel, Microsoft e Toshiba nos anos 90 e evoluiu para incluir 64 bits, multiprocessamento, barramentos modernos (PCIe, SATA, USB 3.x) e detecção de eventos (por exemplo, o botão liga/desliga).

Embora o ACPI seja usado principalmente na família x86, ele também foi implantado em outras arquiteturas. Em dispositivos móveis ARM, no entanto, são utilizadas estratégias proprietárias (como big.LITTLE e clusters heterogêneos) para equilibrar eficiência e resposta dependendo da carga.

Estados globais e suspensos (Estados G e Estados S)

Os estados globais descrevem o estado completo do sistema. O mais importante é G0/S0 (Trabalhando), onde o computador está ativo. Em hardware recente, há S0ix (subestados de S0) que permitem modos de hibernação muito bons com parte do SoC hibernando, especialmente em laptops.

• G0/S0: sistema em operação.
• G1 (Dormindo): abrange S1, S2, S3 (suspender para RAM) e S4 (hibernar para disco). O S3 mantém a RAM energizada para retomar rapidamente; o S4 libera memória para armazenamento não volátil.
• G2/S5 (desligamento suave): Desligamento lógico com energia mínima para permitir ativação por eventos (teclado, rede, etc.).
• G3 (Mecânico desligado): Desligamento físico; somente o RTC sobrevive por bateria.

Lembre-se de que Os estados C do processador residem dentro de G0/S0:Quando o sistema entra em G1, o pacote da CPU é desligado e os estados C param de ser reproduzidos.

Estados do dispositivo (D-States)

O ACPI também define como os periféricos dormem ou despertam. D0 é equivalente a “operação plena”, D1/D2 são intermediários (dependente do dispositivo) e D3 se ramifica em Quente (com alimentação auxiliar, respondendo ao barramento) ou Frio (completamente desligado, sem resposta). Isso permite, por exemplo, que uma placa de rede desperte o computador enquanto outros dispositivos permanecem em repouso.

T-States: Modulação de relógio, o último recurso

Além de P e C, há o modulação de relógio (Estados T): um tipo de PWM que suprime pulsos de clock interno em um padrão (por exemplo, 1 em cada 8), reduzindo a atividade sem alterar a frequência base anunciada. É projetado como uma contramedida térmica ou de emergência (PROCHOT) e é controlado via IA32_CLOCK_MODULATION, com causas/registros em MSR_*_PERF_LIMIT_REASONS.

Embora alguns documentos o considerem “irrelevante”, na prática Continua aparecendo em laptops com um design térmico justo e sob cargas sustentadas. Se você vir o Windows relatando uma "velocidade" abaixo do EIST mínimo, é provável que haja um T-State ativo (clock gating).

Estados M: Economia de memória

O ACPI também fornece estados de memória para reduzir o consumo de energia do subsistema DRAM quando o sistema está ocioso. M0 é operação normalOs modos M1/M2 e outros forçam a memória a se autoatualizar e desaceleram o tempo, reduzindo o consumo de energia com latências de ativação mais longas. Esses modos são menos visíveis para o usuário, mas contribuem para a economia geral.

Estados C do processador: dormir com a cabeça

Vamos agora abordar o tópico do artigo: Estados C e Estados P. Estados C são os estados ociosos do kernel ou pacote. Quanto maior o número, mais profundo é o sono e maior economia, mas também maior latência de ativação. São solicitados com instruções privilegiadas, como HLT ou MWAIT (este último pode solicitar explicitamente um Cx e um substatus), e o mapeamento de capacidade chega ao sistema operacional via ACPI (_CST).

• C0: execução normal. É aqui que os P-Estados entram em ação.
• C1/C1E (Parada): o núcleo para, retorno quase instantâneo para C0; C1E reduz ainda mais o consumo.
• C2 (Cronômetro): Os sinais do relógio são interrompidos, o retorno demora um pouco mais.
• C3 (Sono/Sono Profundo): L1/L2 é liberado para o último cache (LLC) e os relógios do núcleo são desligados; apenas o estado essencial do núcleo é preservado.
• C6 e acima: O núcleo pode ser desligado e seu contexto salvo em SRAM dedicada, reduzindo a tensão do núcleo para ~0 V; ao sair, o estado do núcleo é restaurado. Alguns modelos expõem até C10 em plataformas recentes.

Além dos estados C por núcleo (estados CC), existe o plano de Pacote C-States (PC-states) que desativam blocos compartilhados (como o LLC) quando todos os núcleos permitem. Há combinações inválidas (se um núcleo estiver em C0, o pacote não pode estar em PC6), e a CPU pode "promover" ou "rebaixar" automaticamente a camada com base nas latências e residências de destino.

A latência é importante: C1 é abandonado em apenas algumas dezenas de ciclos, enquanto C6/C7 pode custar centenas de microssegundos. Consequentemente, cargas sensíveis a atrasos (jogos, áudio em tempo real, redes exigentes) sofrem se o processador entrar em hibernação com frequência.

Estados P de desempenho: frequência e tensão

Enquanto os Estados C são “dormir quando não há trabalho”, os Estados P são “ajustar o ritmo quando Sim, há trabalho, mas não é o máximo.”. P0 é o estado de maior desempenho (maior frequência/tensão), seguido por P1, P2… cada um com pares de frequência-tensão decrescentes. Essas tabelas são declaradas ao sistema operacional via ACPI (_PSS) e controladas por MSRs como IA32_PERF_CTL/IA32_PERF_STATUS.

Historicamente, o sistema operacional pedia P-States (EIST/SpeedStep na Intel, PowerNow! na AMD), mas hoje é comum Estados de desempenho controlados por hardware (HWP/Speed ​​​​Shift):O sistema operacional indica uma preferência (desempenho/economia) e a CPU decide em milissegundos o ponto exato, com uma granularidade por núcleo muito fina.

Um detalhe importante: P-Estados e C-Estados são “ortogonais”Você pode estar em P0 (alta frequência) e, ao ficar inativo, entrar em C6. Por outro lado, sob carga sustentada em P2, não há estados C porque o núcleo está em execução (C0). É por isso que é uma boa ideia separar mentalmente "frequência/voltagem" (P) de "ocioso" (C).

Do APM ao ACPI: uma mudança de paradigma

APM era a API anterior gerenciada principalmente pelo BIOS e drivers. Ela permitia Desligue periféricos inativos e defina estados globais simples, mas a CPU estava fora do controle direto do sistema operacional por motivos de segurança. O ACPI evoluiu para um modelo mais rico e padronizado, com descrições de tabelas, controle granular e colaboração estreita entre firmware, sistema operacional e hardware.

Como entrar e sair dos Estados C

Quando o planejador não tem threads prontos, ele executa HLT ou MWAIT com uma dica do C-State de destino; Interrupções “quebram” o sono e retornar o núcleo para C0. Os caches privados são liberados em C3; o contexto é salvo na SRAM em C6 e a voltagem é reduzida a zero. Algumas CPUs implementam o Roteamento de Interrupção com Reconhecimento de Energia (PAIR) para rotear interrupções para núcleos já ativos (para salvar) ou núcleos ociosos (para desempenho), conforme apropriado.

Limites de turbo, TDP e potência

Os processadores definem um TDP que o sistema de resfriamento deve ser capaz de dissipar de forma sustentada (PL1: potência média segura). Acima, janelas elétricas mais altas podem entrar (PL2, e níveis adicionais como PL3/PL4, dependendo da plataforma) por períodos limitados. Se houver margem térmica e elétrica, o núcleo pode exceder a frequência base via Turbo, mesmo formato assimétrico (mais turbo com menos núcleos ativos).

Quando as temperaturas excedem o limite ou o VRM/potência o exige, PROCHOT pode ser ativado e entrar no estado T ou corte de frequência para proteger o chip. Esse comportamento é comum em laptops finos.

Windows: Planos de energia, leituras e contadores

Ofertas do Windows planos como “Poupança de Energia”, “Equilibrado” e “Alto Desempenho”. O primeiro tende a estados P mais baixos agressivamente e dormir profundamenteO terceiro mantém frequências altas e evita quedas de latência em detrimento da eficiência. "Balanceado" tenta um meio-termo.

No Gerenciador de Tarefas, “velocidade” é uma métrica sintética que médias por núcleo e considera o dever de modulação se houver estados T. Pode exceder a base (Turbo) ou ficar abaixo do EIST mínimo (gating). Para telemetria avançada, o contador “\Informações do Processador(_Total)\% Desempenho do Processador” reflete a porcentagem de desempenho efetivo da CPU.

Existem utilitários para diagnosticar ou ajustar: CPU-Z (dados básicos), HWiNFO (sensores), ThrottleStop (relógios, estados C por núcleo e controle de modulação/PROCHOT), ou ParkControl (ajuste de estacionamento do núcleo/C-States) que tocam em parâmetros ocultos do plano de energia (powercfg permite editar “IDLE_PROMOTE/DEMOTE”, etc.).

Linux: cpupower, turbostat e CoreFreq

No Linux, ferramentas como CPU mostrar governadores, faixas de frequência e latências de transição; turbostato exibe MSRs, motivos de limite de desempenho do núcleo (MSR_CORE_PERF_LIMIT_REASONS) e residências por C-State; e Frequência de núcleo fornece uma visão detalhada de frequências absolutas, estados C e Turbo por núcleo/pacote.

Uma nuance prática: em alguns computadores, o driver intel_idle pode ignorar restrições do BIOS sobre C-States e usam sua própria tabela. Em outros casos, o firmware "bloqueia" o C-State mais profundo permitido para o SO via MSR.

BIOS/UEFI e perfis: quem realmente está no comando?

Nas configurações do BIOS/UEFI eles geralmente aparecem interruptores de chave: EIST/SpeedStep, TurboBoost e CPU C-StatesAlém disso, muitos servidores permitem que você escolha perfis de energia: "Desempenho Máximo" (tudo no seu melhor, com latências mínimas) ou "Controlado pelo SO/Personalizado", em que o hipervisor ou o SO controla os estados do PC/C. Selecionar "Modo de Controle do SO" delega a inteligência ao sistema operacional.

Se você usa hipervisores como o ESXi, é uma boa ideia combinar Modo de controle do sistema operacional no BIOS com o plano “Alto desempenho” do hipervisor quando o objetivo é reduzir o desempenho (por exemplo, com NSX-T, nós de borda ou funções sensíveis à latência). Nesse cenário, você verá o estado P 0 com mais frequência e os estados C limitados a C0/C1; com um plano "balanceado", o host dependerá mais de estados P mais baixos e estados C mais profundos.

Para resumir toda essa confusão de C-States e P-States: ACPI define o quadro, C-States economizam energia quando não há trabalho, P-States ajustam marcha alta/baixa sob carga, T-States salvam o dia em calor extremo e M-States economizam watts de memória. O segredo é escolher o perfil certo para seu uso., meça com as ferramentas corretas e, se necessário, defina limites sensatos para a profundidade do repouso.

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Daniel Terrasa

Editor especializado em temas de tecnologia e internet com mais de dez anos de experiência em diferentes mídias digitais. Já trabalhei como editor e criador de conteúdo para empresas de e-commerce, comunicação, marketing online e publicidade. Também escrevi em sites de economia, finanças e outros setores. Meu trabalho também é minha paixão. Agora, através dos meus artigos em Tecnobits, procuro explorar todas as novidades e novas oportunidades que o mundo da tecnologia nos oferece todos os dias para melhorar nossas vidas.