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CPU性能是如何提升的? 頻率與IPC科普
2020-02-16 13:20:19  出處:中關村在線  作者:趙宇航 編輯:憲瑞   點擊可以復制本篇文章的標題和鏈接

不管是消費級市場的AMD和英特爾,還是在商用領域的各種國產芯片廠商,用戶評判CPU芯片產品好壞的標準只有一個,那就是性能。一般用戶判斷CPU性能只用看處理器的實際表現就足夠了,而在業界,CPU處理器的性能有一個標準的判斷公式:CPU性能=IPC x 頻率。這個公式最早由英特爾提出,并被廣泛認可。

CPU性能是如何提升的? 頻率與IPC科普
九代酷睿

其中頻率我們都不陌生,也就是MHz的時鐘速度,也是最近兩年CPU一直在炒作的話題。頻率越高,處理器指令執行越快,在實際應用中的表現是頻率越高軟件打開速度越快渲染時間少,游戲幀數高等。

說道頻率,就不得不提到現在火熱的CPU制成工藝,也就是大家經常聽到的14nm、12nm,7nm等話題。這些CPU半導體工藝上所說的多少nm藝并不是芯片里面晶體管的大小,而是芯片上晶體管門電路的寬度,門電路之間連線的寬度與門電路的寬度相同,所以線寬就是制程工藝所描寫,現階段主要以納米(nm)為單位。

制程工藝越小越精密,門電路的寬度也就越小,晶體管就可以做得更小、更密集,從而晶圓也就更小,芯片本身沒有變得更復雜,這樣就讓成本降低不少。

CPU性能是如何提升的? 頻率與IPC科普
晶圓

臺積電曾經說過這些晶體管的性能是不變的,只是工藝越高級如14nm到10nm,芯片能承載的晶體管會越多,從而減低成本,工藝的提升主要是減少芯片的發熱和功耗,所以通常芯片制程工藝上升之后,芯片的頻率也會隨著提高。

CPU性能是如何提升的? 頻率與IPC科普
基于臺積電7nm工藝的三代銳龍

而IPC就很復雜了,全稱是instruction per clock,譯指CPU每一時鐘周期內所執行的指令多少, IPC是由處理器的設計架構所決定的,設計架構決定了處理器的IPC高低,所以想要提升IPC,就得對設計架構進行升級。

CPU性能是如何提升的? 頻率與IPC科普

早期酷睿架構

前幾年因為CPU市場的整體設計架構沒有太大的變化,IPC的概念和聲量越來越小,直到最近兩年AMD的Zen+和Zen2的到來,才讓大部分人知道CPU的性能表現,不只取決于頻率。

所以CPU性能的提升不僅依賴于工藝進步,架構的不斷升級也是關鍵,芯片的設計制造都有自己的一套邏輯和規律,工藝和架構的進步費時、費力而且燒錢,還得有天馬行空般思維的天才帶領才行。這個行業的進步只有一步一個腳印,沒有僥幸和彎道超車的說法。


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