cpu性能怎样提高

为什么CPU频率和十年前比没高多少却提高了速度,速度是什么决定的?

如果只是从CPU频率来看,10多年前的奔腾4就已经达到了接近4Ghz的水平,包括AMD当时的FX也差不多,但是目前来看,酷睿i7和锐龙7系列的高端CPU也不过刚刚普遍突破4Ghz,很多型号的默认频率甚至还只有不到3Ghz,但是这些CPU的性能已经不是当年这些接近4Ghz的CPU能比拟的了。

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这里主要是因为半导体工艺的发展,从当年的几十nm工艺进化到了如今的7nm工艺,晶体管密度变得越来越大,所以同样尺寸下的CPU可以容纳更多的核心数量,当年的奔腾4只是单核心,而如今的CPU都普遍达到了6核心和8核心,10核心以上的也屡见不鲜,这样多核处理能力就远远超过了当年的CPU。

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除了工艺技术和核心数量的提升,新一代CPU在核心架构层面也都发生了翻天覆地的变化,即使是同样频率下,每颗核心的效率也远远甩开了10年前的CPU,二三级缓存的增加,再加上新的指令集的使用,从而使十年前的CPU和如今的CPU性能完全不能相比。

回首2004年,intel发布的奔腾4发布了4.0Ghz主频的CPU,十几年过去了主频不进反退。这么多年过去了,CPU主频为什么不能继续提高呢?难道是触碰到频率的天花板吗?其实,主要的瓶颈在于“散热”。

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不可忽视的“散热”问题

CPU由几十亿个晶体管构成,晶体管在充电和放电过程中会产生热量,单个晶体管产生的热量很少,然而几十亿个晶体管,产生的热量就非常可观了。

实际能耗和频率的关系为:W=V^2 x F,从这个公式可以看到,频率越高,功耗越大。然而它们之间并不是简单的频率提高一倍,能耗提升一倍的关系,还有门延迟的问题,才能保证信号的完整性,需要“加压”,减小门延迟,所以说提高频率,同时不得不提高电压,那么功耗就会大幅度提升,呈y=x^3的指数增长关系,如下图所示▼。

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下图▼显示了x86架构、ARM架构处理器的频率和功耗的关系,也可以印证这一点,功耗随着频率的增加,呈现指数级的增长。

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散热做不好,CPU的寿命会大大降低,因此普遍采用了动态频率技术,过热会让CPU处于最低工作频率,那么高频只能算是装饰了。那些超频玩家,将CPU主频超到了6.0GHz,然而需要借助液氮、液氦给CPU降温。

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低频多核

单纯提高CPU时钟频率,随之带来的散热问题是不得不面对的现实问题。毕竟,我们不可能无时不刻的使用液氮给CPU降温,所以intel、AMD都停止了高频芯片的研发,转向了低频多核的架构。因此,我们看到了多核CPU的大爆发,这是提高性能更好的方法。

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