今天小編分享的科技經驗:現代的處理器設計,為何不能回到“低主頻”時代,歡迎閲讀。
2004 年 10 月的一天,在美國佛羅裏達舉行的一場產業會議上,時任英特爾公司首席執行官貝瑞特曾單膝跪地、雙手合十,以一種誇張又略帶幽默的方式向消費者誠懇道歉。
而他道歉的原因則很簡單,因為當時英特爾決定取消原定即将發布的、代号 "Tejas" 的 4GHz 奔騰 4 處理器。他們終于意識到,一味推高頻率,并不總能帶來更快的速度,相反超高主頻設計給整套系統帶來的功耗、散熱,以及成本壓力已經太大。
當時的 Intel 產品路線,Tejas 據説原本會被作為究極奔騰 4,或奔騰 5 發布
是的,當時英特爾必須放棄超高主頻道路," 背叛 " 那些唯主頻論消費者的期待,并去尋找全新的產品設計方向。而在真正的新品推出前,一次隆重且幽默的道歉顯然是讓公司擺脱尴尬,同時為新品吸引關注的一種巧妙方式。
當然,現在我們都知道,那時候以色列的海法團隊已經成功重新挖掘出了奔騰 3 架構的潛力,推出了在移動設備上大放光彩的奔騰 M 處理器。于是在基于奔騰 M(或者説基于奔騰 3)進行技術創新後,便很快迎來了酷睿的時代。
在當時那個年代,消費者的确破除了 " 主頻迷信 "
有意思的是,不知是英特爾方面從此對 " 超高主頻 " 心有餘悸,還是因為新的架構确實不擅長運行在太高的頻率下,從 2003 年的初代奔騰 -M(0.9GHz)開始,一直到 2013 年的酷睿 i7-4790K。在這整整 10 年的時間裏,英特爾的旗艦 CPU 主頻一直都低于 4GHz,也就是低于那個從未發布的 " 究極奔騰 4" 處理器。
然而會有朋友因此就認為,奔騰 M、酷睿、酷睿 2、或酷睿 i 時代的處理器,在速度上比奔騰 4 慢嗎?
Tejas 處理器确實存在,據説它原本會是 7GHz 的單核設計、功耗高達 250W
很可能并不會有,因為所有的相關測試數據都表明,英特爾的新處理器架構确實做到了驚人的效率提升,它們完全可以用低得多的主頻,跑出比奔騰 4 快好幾倍的實際處理能力。從這一點來説,從 2003 年至 2013 年,英特爾始終沒有超過 4GHz 的處理器主頻設計反而就成為了一種正面的宣傳,給消費者傳達了 " 新架構更為高效,因此不再需要超高主頻 " 的印象。
然而超高主頻的處理器,如今似乎又回來了
正是由于我們三易生活熟稔這段歷史,所以面對如今的台式機、筆記型電腦,甚至是智能手機和平板電腦裏的 CPU、GPU 設計,才會多少感到有些不安。
正如大家所知的那樣,最近這幾年無論 PC、還是智能手機上的處理器,性能進步得确實都很快。
例如在 PC 上,非專業級的普通家用處理器核心數從 4 核、6 核、8 核,一路暴增到了 16 核、20 核、24 核,乃至 32 核,它們的主頻也從 4GHz、4.2GHz 快速提升到了超過 5GHz,甚至即将超過 6GHz。特别是在 " 輕薄型筆記型電腦 " 上,三年前 4 核 8 線程曾經還是高端标配,可現在就已經變成了 14 核、20 線程。
而在智能手機 SoC 上,雖然 8 核的 CPU 配置多年以來 " 雷打不動 ",但主頻的快速拉升依然是不可忽視的現實。雖然 2020 年我們還曾覺得超過 3GHz 的 CPU 超大核主頻簡直不可思議,但到了 2023 年,一些 SoC 的 " 中核 " 都已經超過了 3GHz 的運行頻率,甚至還有傳言稱下一代的手機 SoC 将直接升至 3.7GHz 的超高主頻。
即便是在現代的架構上,高主頻同樣也帶來了高發熱
那麼問題就來了,如此高的主頻,是否真的讓這些最新的處理器變得更快了呢?老實説,這個問題其實需要分不同的層面來看待。
首先,如果只看跑分,或者是只看滿負載、且散熱良好前提下的極限性能,那麼現代這些主頻更高的 CPU 設計,确實可以提供更高的極限性能。
但在這個基礎上想必許多朋友可能已經注意到,這些新款 CPU 的功耗、發熱在客觀上其實也越來越厲害。事實上,無論是如今那些 120W(峰值功耗)的移動 CPU,還是 254W(典型 TDP)的桌面 CPU,它們都比當年最熱、最耗電的奔騰 4(也才 90W 出頭)更熱、更耗電了。
更不要説在智能手機裏,現在旗艦機型 VC 均熱板的設計已經越來越復雜、電池容量和快充功率也做越做越大。這些實際上都表明,如今的 SoC 在性能顯著升高之餘,其實很難説沒有以更高的峰值功耗來作為代價。
真的需要越來越高的處理器頻率嗎
請注意,我們一直在強調 " 峰值功耗 " 這個概念。因為到了典型使用場景裏,這些最新架構、主頻更高的 CPU,大概率其實是跑不到它們那個高發熱、高功耗的最高主頻上的。
特别是在筆記型電腦和智能手機裏,廠商們為了更好的綜合表現,往往都會刻意通過調度策略,讓 CPU 在大多數時間都恰好只運行在它們能效比最高的一段主頻範圍上。
更有趣的是,那些總體性能更高的 CPU 反而大多采用低主頻、大緩存、超多核設計
但是這樣一來,一個問題自然也就產生了,既然更高的主頻還是會大幅增加功耗,那麼廠商們為什麼不幹脆放棄掉那部分會導致功耗猛漲的頻率範圍,只讓 CPU 運行在一個能效比始終最佳的主頻上。就像十多年前那樣,大膽放棄對 " 高主頻 " 的追求,而單純将半導體技術所帶來的增益,用于更高效的架構、更大的緩存呢?
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