现在的位置: 首页资讯>正文

做一个性能超强的单核CPU在技术上可行吗?

2019年03月27日 作者: 暂无评论 176+ 0

CPU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威盛还可以跟英特尔硬刚,那时候是Pentium 4时代,英特尔在CPU频率不断突破1GHz、2GHz、3GHz之后要做更高频率的CPU,放言称奔4频率上4GHz,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10GHz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。

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5GHz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芯片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(Static Power)及动态功耗(Dynamic Power),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1/2*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。

说到这一点,英特尔的14nm工艺虽然被人调侃挤牙膏,但从技术上来说真的很牛了,从Skylake架构的第一代14nm到现在Coffee Lake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ALU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晶体管数量上来,还要考虑提升导致的成本——这个成本不只是钱的问题,比如提升L1/L2/L3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。

支持AVX512的酷睿i9-7900X浮点性能提升很大

公平地说,近年来CPU浮点单元的进步是符合题目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。

 

热门推荐:

 

小编推荐活动:

 

邀请您加入爱板工程师群(群号135513647)
更多活动、咨询、技术交流

 

发表评论

相关文章

走进魔改CPU的内心世界:优、缺点并存!

前段时间出现了很火的“8代酷睿屏蔽触点兼容100、200系列主板”的黑科技,随着Intel处理器的涨价这个套路也渐渐熄火。最近却又有另一种关于应该CPU的黑科技在网上流传,这次的主角又是谁呢?请...

AMD即将推出Threadripper新模式:性能提升近一半

近日,AMD发表了一篇博客文章,描述了即将推出了Threadripper处理器功能,称为“动态本地模式”(Dynamic Local Mode),该模式对AMD最新旗舰的游戏性能有很大帮助。具体来说,AMD在制造Thread...

购买CPU,很多人都可能会踏入的误区,90%都会踩雷!

我们在组装电脑时,CPU、主板和显卡往往是我们最关注的三个部件,这也被称为组装电脑的三大件。这三大件中CPU是电脑的大脑,决定电脑的运行速度,主板是身躯,决定电脑的扩展能力,连接电脑...

CPU处理器包装为什么有差别?

很多人在装机过程发现,在某电商平台输入处理器信息后,会出现盒装版和标明散片装两种商品,二者在售价上也天差地别,因为担心假货,很多人愿意花费更多的售价购买正品盒装版,今天为大家讲...

常常能看到散片cpu与盒装cpu,那么它们有什么区别?

很多人在装机过程发现,在某电商平台输入处理器信息后,会出现盒装版和标明散片装两种商品,二者在售价上也天差地别,因为担心假货