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

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。

频率并不是衡量CPU性能的唯一标准。Intel、AMD在发布新的CPU的时候都会公布基础频率,其实这个频率多少GHz是指CPU内部的数字时钟信号频率(时钟频率)。它并不能代表CPU的真实性能水平,4GHz的CPU不一定就比3GHz的强。

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案例一:

早年,AMD和Intel还在1GHz左右激烈角逐时,Intel受到基于K7架构的速龙威胁,匆忙推出1.13GHz奔腾3处理器。奔腾3因为很多问题而被迫召回。而当时的人们认为主频的高低就代表了CPU的性能的高低。于是接连失利的Intel就憋出了一个大招,推出了NetBurst架构的奔腾4,出场就是1.4~1.5GHz。

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不过很快就有人发现了问题,通过++测算:奔腾4的1.5G大概只有奔腾3的1.2~1.3GHz水平。频率之所以这么高,奥秘在于架构上,奔腾4基于NetBust架构采用了20级流水线技术,在这之前是10级。长流水线的好处是把频率做高,但是效率低。

案例二:

像极了奔腾4的超长流水线设计,AMD的推土机也成为了奔腾4一样的高频低能,单核的性能相比自家的上一代K10架构有明显的倒退。

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“性能不够、超频来凑”,把这点做到极致的是FX-9590,基础频率4.7GHz、最大动态加速到5.00GHz,TDP达到了220W。以至于90%的风冷散热器根本压不住,所以FX-9590搭配了高端水冷散热器捆绑销售。

为了确保CPU内部所有硬件单元能够协同工作,就需要一套时钟信号与系统同步进行操作。时钟信号是由一系列的脉冲信号构成,并且总是按一定电压幅度、时间间隔连续发出方波信号,周期性的在“0”和“1”之间往复的变化。

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单位时间1s内产生的重复性脉冲的个数就是频率(单位Hz),时钟频率与周期互为倒数(f=1/T)。1GHz就意味着1s会产生10亿个时钟脉冲信号,可以想象到CPU内部结构是多么精妙,可以处理如此短的信号,整套系统又可以协同有序地运行。

CPU的主频为什么会变?

比如Turbo Boost技术让CPU每一个核心都有自己的锁相环电路,这样每个核心的电压和频率都可以独立控制。功耗控制单元会以1ms(每秒1000次)的速度实时监测核心的温度、电流及功耗等参数,所以CPU可以根据负载需要调整CPU的频率。同时由于参与到运算的核心数越多,控制起来就更为复杂,所以一般核心数目越多,能达到最高频率越低。

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