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    CPU性能是如何提升的? 频率与IPC科普

      [  中关村在线 原创  ]   作者:赵宇航   |  责编:杨勇

        不管是消费级市场的AMD和英特尔,还是在商用领域的各种国产芯片厂商,用户评判CPU芯片产品好坏的标准只有一个,那就是性能。一般用户判断CPU性能只用看处理器的实际表现就足够了,而在业界,CPU处理器的性能有一个标准的判断公式:CPU性能=IPC×频率。这个公式最早由英特尔提出,并被广泛认可。

    CPU性能提升之谜 架构重要还是工艺重要?
    九代酷睿

         其中频率我们都不陌生,也就是MHz的时钟速度,也是最近两年CPU一直在炒作的话题。频率越高,处理器指令执行越快,在实际应用中的表现是频率越高软件打开速度越快渲染时间少,游戏帧数高等。

         说道频率,就不得不提到现在火热的CPU制成工艺,也就是大家经常听到的14nm、12nm,7nm等话题。这些CPU半导体工艺上所说的多少nm艺并不是芯片里面晶体管的大小,而是芯片上晶体管门电路的宽度,门电路之间连线的宽度与门电路的宽度相同,所以线宽就是制程工艺所描写,现阶段主要以纳米(nm)为单位。

        制程工艺越小越精密,门电路的宽度也就越小,晶体管就可以做得更小、更密集,从而晶圆也就更小,芯片本身没有变得更复杂,这样就让成本降低不少。

    CPU性能提升之谜 架构重要还是工艺重要?
    晶圆

        台积电曾经说过这些晶体管的性能是不变的,只是工艺越高级如14nm到10nm,芯片能承载的晶体管会越多,从而减低成本,工艺的提升主要是减少芯片的发热和功耗,所以通常芯片制程工艺上升之后,芯片的频率也会随着提高。

    CPU性能提升之谜 架构重要还是工艺重要?
    基于台积电7nm工艺的三代锐龙

         而IPC就很复杂了,全称是instruction per clock,译指CPU每一时钟周期内所执行的指令多少, IPC是由处理器的设计架构所决定的,设计架构决定了处理器的IPC高低,所以想要提升IPC,就得对设计架构进行升级。

    CPU性能提升之谜 架构重要还是工艺重要?
    早期酷睿架构

          前几年因为CPU市场的整体设计架构没有太大的变化,IPC的概念和声量越来越小,直到最近两年AMD的Zen+和Zen2的到来,才让大部分人知道CPU的性能表现,不只取决于频率。

          所以CPU性能的提升不仅依赖于工艺进步,架构的不断升级也是关键,芯片的设计制造都有自己的一套逻辑和规律,工艺和架构的进步费时、费力而且烧钱,还得有天马行空般思维的天才带领才行。这个行业的进步只有一步一个脚印,没有侥幸和弯道超车的说法。

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