为什么CPU不能做一个超强单核.docx
为什么CPU不能做一个超强单核W1的的单核性能有多重要，这个不用再重复了，但是CPu的单核性能可以无限增加下去吗？回答这个问题之前，先说一个小故事吧。很多年前VIA威盛还可以跟英特勾硬刚，那时候是Pen1iUm4时代，英特尔在CPU频率不断突破IGHz、2GHz、3GHz之后要做更高频率的CPU,放言称奔4频率上色Hz,后来就有了英特尔前任CEO巴瑞特下跪的一幕，因为英特尔在奔4时代并没有如承诺的那样推出4GHz高频的产品。但是很多人不知道的是，4GHz并不是英特尔当时的最终目标，2001年的IDF会议上英特尔曾经表示奔4处理器可以上IOGHZ频率。如今18年过去了,这个目标一直都没实现，（硅基时代）可能永远都无法实现了。第九代酷睿处理器规格(1astupdate:2019/01/10)梁号核心城理要地级军ft大曾嫌13«存°p内存独率上市价Core9-99OOK871636GHZ5OGHZ16MB95W2666MHZ$488Core999OOKF8/1636GHz5OGHz16MB95W2666MHz$488Corei7-9700K8/836GHz49GHz12M95W2666MHz$374Corei79700KF8/83.6GHz49GHZ1295W2666MHz$374Core5-96OOK6/637GHz46GHZ9MB95VV2666MHz$262Core5-96OOKF6/637GHz46GHZ9MB95W2666MHZ$262Corei5-94006/629GHz41GHz9MB65W2666MHz$182Core片940OF6/629GHZ41GHZ9MB65W2666MW$182Corei3-9350KF4/44OGHz4.6GHZ8MB91W2400MHZ$173第八代酷咨处理答Corei7-8700K6/1237GHZ47GHz12M95W2666MHZ$359Core7-87OO6/123.2GHz4.6GHz12M65VV2666MHz$303Core5-86OOK6/636GHZ43GHZ9MB95W2666MHZ$257Core5-84OO6/628GHz4.0GHz9MB65W2666MHZ$182Core3-835OK4/44OGHzN/A8MB91W2400MHzS168Core3-81OO4/436GHZN/A6UB65VV24OOMHZ$117Core3-81OOF4/43.6GHzNZA6M65W无咱知UrwwJeTecransxom这件事就能说明CPU频率不是想提升就提升的，奔4时代过去这么多年了，其实CPU的主流频率依然在4GHz左右，英特尔虽然在酷睿i7-8086K上首次实现官方因HZ频率，但绝大多数处理器日常使用的频率都没这么高，高负载下频率在4GHz出头就不错了。制约单核性能超强的CPU出现的第一个问题就是频率无法大幅提升，而这个因素也跟现在的制程工艺有关，实质上是摩尔定律已经失效了，这个影响了半导体行业50年的金科玉律随着硅基近左物理极限的到来已经失效了，从28nm节点之后其实就没有带来很大的性能改进了，而且功耗问题也越来越严重。大家都知道理论上制程工艺越先进(制程数字越小)，CPU性能会更高，功耗、发热会更低，但是实际上这个问题很复杂，CPU的功耗可以分为静态功耗(Stat在Power)及动态功耗(DynamicPower),前者主要是漏电流引起的，制程越先进，漏电流又有增加的趋势，而动态功耗可以用12*CV2F这个公式来计算，F频率越高，动态功耗就越高。为了上更高的频率，电压增加不可避免，但电压高了功耗也高了，总之静态功耗、动态功耗的存在就决定了CPU频率越高，功耗就会极速增加，将会严重影响处理器的性能表现，因为要降频。oo0404PerformarKe(Norm)C9AUJON)t*f,w屿怪嫌女uiMatchedIeakageffin0.7VHighestperformancedevkewoR1DsHighestperformancetransistorsTeCTfc，£曰F1tMjistorperformanceenhancedonanannua1说到这一点，英特尔的Mnm工艺虽然被人调侃挤牙膏，但从技术上来说真的很牛了，从Sky1ake架构的第一代14nm到现在Coffee1ake的14nm+工艺，性能提升26%,或者功耗降低52%,在不改变基本结构的情况下这个成绩很难得。制程工艺的放缓导致CPU频率不可能大幅提升，有很多人会想到那么有没有非常牛的CPU架构让IPC性能大幅提升呢？理论上这种思路是可以的，但是现实很残酷，CPU架构还是要服从半导体工艺物理定律的，没有先进的工艺，再好的CPU架构也不可能实现。此外，即便不考虑工艺对CPU架构的影响，单纯说CPU架构的话，不论是X86还是ARM架构,在64位时代CPU单元不外乎就是A1U单元、缓存、I/O等子单元，但是不论提升那部分单元，归根到底还是要算到品佳萱数量上来，还要考虑提升导致的成本一一这个成本不只是钱的问题，比如提升11/12/13缓存可以提高性能，但是缓存占用的核心面积很大，而且还有命中率及命中惩罚的问题，不是随便加加单元就行的。此外，CPU的内部还可以分为整数部分、浮点部分，前者对日常使用很重要，浮点性能对计算更重要，但CPU的浮点性能并不是日常所需的，所以大家普遍感觉不到这部分的提升。Sandra2016SP1故建H5B7(MPbj)乎ar<s<i2单稀度浮停(MPix/S)IAMORyzen71800X备事必是1!双fiS"W(MPi"s)也AMDRyzen71800X:31：祁二殳:理H国场量季点(MPiX)Core7-7700KSGHz:13.18%AMORyzcn71800X:14533%Corei9-790GX:26126KK1OK0510IS202530.Corei97900XCoreDr-6900KAMDRyzen7IWOX二Core7-7700Krr>支持AVX512的酷毒i97900X浮点性能提升很JK)公平地说，近年来CPU浮点单元的进步是符合题0所说的单核超强的要求的，因为从SSE到AVX到AVX2再到最新的AVX-512,CPU浮点性能是有大幅提升的。如英特尔所说：“借助多达两个512位融合乘加(FMA)单元，应用程序在512位矢量内的每个时钟周期每秒可打包32次双精度和64次单精度浮点运算，以及八个64位和十六个32位整数。因此，与英特尔高级矢量扩展2.0（英特尔AVX2）相比，数据寄存器的宽度、数量以及FMA单元的宽度都增加了一倍但是前面也说了，CPU的浮点性能不是日常所需的，整数性能更加重要一些，但是整数单元性能提升就没这么明显了，导致很多人以为CPU架构多年来挤牙膏。
