cpu的性能与什么有关系?

拉普兰德x德克萨斯


CPU性能首先是与架构有很大关系,不管频率多高,核心数多强,如果架构本身效率低,那么这颗CPU的效能也不会好,就像当年英特尔拿第一代酷睿架构和AMD k8架构对比那样,酷睿E6300仅仅不到2Ghz的主频就可以打败AMD接近3Ghz的速龙CPU。

如果架构相同或者效率差不多的情况下,那么就是拼主频和核心数了,谁的主频高,谁在单核性能和整体性能方面就有优势,英特尔这几年的八代和九代酷睿就把高主频当作了一大卖点,突破5Ghz也成为很多游戏玩家的追求,而AMD新款CPU尽管效能不错,但是主频仍然和英特尔差一截,从而导致锐龙3000和酷睿高端系列的单核性能差距。此外,这里要说的是,CPU采用的制程工艺也会对主频高低产生很大影响,更先进的工艺有利于提升频率,但是前提是较为成熟的工艺。

AMD锐龙在核心数量上一直是有优势的,如果你玩一些大型游戏或者搞内容创作、视频直播的话,更多的核心数量优势很大,这也不是一点单核性能优势可以弥补的,就像如果你需要多核性能,那么在i5-9400和锐龙3600之间显然是选择后者。

缓存对CPU性能也有一定影响,不过发展到今天,CPU配备的缓存容量也基本能满足需求了,各型号之间的缓存容量差距也不算很大,所以造成的性能差距也不是很明显。


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古希腊数学家毕达哥拉斯说,万物皆数学。而数学的精髓是公式。衡量CPU性能的同样有一个公式:CPU性能公式。我写在纸上了,拍成图片如下:

图片中的CPU性能公式看着挺吓人,概括后其实就是一句话:要提高CPU的性能,就要减少程序执行的时间。换句话说就是,提高CPU执行程序的效率。

换成通俗易懂的话就是,员工(CPU)干同样的活(执行程序),花的时间越少,则工作效率越高,老板越高兴。反之,工作效率越低,老板会把这类员工优化掉。

从CPU性能公式可以看出,要让CPU提高程序的执行效率(提高处理器性能),需要从三个方面入手:

  1. 减少程序的指令数;

  2. 减少指令的执行周期数;

  3. 减少时钟周期时间(每周期的时间);

而要把这三方面做圆满了,实际就等于重新设计一款CPU,用行话说就是采用新的CPU架构。换句话说,架构才是决定CPU性能的关键,一款CPU性能是否强大,和它是否采用了漂亮的新架构有决定关系。

至于频率和工艺制程,则是影响CPU性能的次要因素。19年前的2000年,英特尔发布了奔腾4,运行频率达到4GHz,超过现今大多数CPU。

奔腾4采用NetBurst架构,英特尔号称它能飙到10GHz,但由于NetBurst架构设计翻车,频率是飙上去了,功耗也线性提升,性能(整数运算和浮点运算)却被旧的P6架构吊打,后来搞得英特尔CEO贝瑞特为此当众单膝着地致歉。

奔腾4的教训说明架构对提升CPU性能远比频率重要。

由于工艺制程影响CPU运行频率,所以三者对CPU性能影响,按重要程度从重到轻排列:架构>工艺制程>频率。

架构对CPU性能的巨大影响,可能被很多人忽视,因为大多数人认为,工艺制程挤牙膏会导致CPU性能提升不明显。其实,架构挤牙膏才是妨碍CPU性能提升的元凶。

同样请出CPU界老大英特尔,其2013年发布的i5-4300U,到2017年的i5-7300U,一共有4代CPU,工艺制程也从22nm节点上升到14nm节点,然而实际性能增长曲线就是一条平坦的线条(见下图黄色线条),一点不性感。

低压版i5的性能之所以没有随制程同步提升,主要原因就是,从i5-4300U的Haswell架构到2017年i5-7300U的Kaby Lake架构都是小修小补,不客气地说就是,英特尔在架构上挤牙膏了。

CPU性能强不强,就看架构猛不猛。就这么简单。



魔铁的世界


主频

主频也叫时钟频率,单位是MHz(或GHz),用来表示cpu的运算、处理数据的速度。cpu的主频它直接的决定了cpu的性能,因此要想性能得到很好地提升,提高cpu的主频是一个很好地途径。不过并不是主频越高cpu就越好,除了参考主频之外,还要参考其它参数如何。

缓存

缓存大小也是cpu的重要指标之一,而且缓存的结构和大小对cpu速度的影响非常大,cup内缓存的运行频率极高,一般是和处理器同频运作,工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时,cpu往往需要重复读取同样的数据块,而缓存容量的增大,可以大幅度提升内部读取数据的命中率,而不用再到内存或者硬盘上寻找,以此提高系统性能。

核心与线程

如今的cpu都是多核,不管是intel还是amd。据悉最新的Intel十代i3桌面处理器都有了4核。核心数量越多,cpu能够同时处理的任务也就相应地增多。

不过这不表示核心数越多就越好,就拿日常工作和看视频来说,同代处理器4核和8核表现出的效果是一样的,如果没有涉及到超大型游戏或做视频、绘图、大程序项目这些,买8核甚至更多核的处理器就是浪费资源。

线程指的就是一个单向的控制程序,线程数量增多就意味着在一个进程中可以通过多个线程处理完成不同的任务。通过多线程技术,可以把不同种类的任务通过不同线程万成,提高CPU执行程序的效率。

制作工艺

制作工艺越小会在cpu内部集成更多的晶体管,使处理器实现更多的功能和更高的性能;制作工艺越小会使处理器的核心面积进一步减小,也就是说在相同面积的晶圆上可以制造出更多的cpu产品,直接降低了产品成本,从而最终会降低销售价格使广大消费者得利。此外还会减少处理器的功耗,从而减少其发热量,解决处理器性能提升的障碍。

寄存器数量

cpu由于需要处理程序的信息,要将程序先调入内存中;但内存对于cpu的处理速度来说依然很慢,有一部分要调入寄存器和高速缓存中。寄存器过少或者高速缓存过小,就会大大的限制到cpu的处理效率。

如果说运算单元是人类的大脑,那么寄存器就是给cpu传递信息的神经元。一个cpu如果寄存器性能不好或者是数量过少的话,那就会导致无法快速运行,这就像是一个高速的列车,虽然说马力很高,但是却没有足够的燃料来供它运行。

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