對比同一代的i3、i5、i7,爲什麼CPU核心越多,單個核心的主頻越低?

何茂松

同架構下CPU核心線程越多表示能處理的任務數也越多,提高了執行程序的效率。主頻只是CPU其中的一個重要參數指標,很多情況下我們認為主頻的提升是提升CPU性能的。

以上2者都是提升CPU性能的方法,如果魚和熊掌兼得呢?多核多線程+高頻不是要美滋滋飛天了?

從圖中看似儘管在同一核心面積下I7-8700K做到了高主頻和多核多線程兩者同時兼得了。但不要忽略了CPU核心內部的晶體管數量以及設計TDP。

同架構同封裝面積下,I7晶體管數量遠高於I3晶體管數量是無需質疑的。而我們也知道處理器的頻率就是晶體管開啟關閉的次數,越多的晶體管參與開啟關閉並速率越高那麼頻率也就越高。

像I7這類多核處理器因為晶體管分散到了各個核心,在同樣功率下相對而言每個核心參與的晶體管數量較少反而頻率提升有限。

那麼頻率為何提升有限,這個就跟TDP有關了,TDP數值越大表明散熱量就越大。TDP數值標註了一塊CPU滿載時最高散熱熱量,要求散熱系統能滿足TDP要求。這麼做是為了不超過結點溫度而對CPU帶來損害或者損壞。

想要再度提升頻率那就只能突破TDP,在功率和散熱上花功夫,這也是CPU超頻為何對供電對散熱器有高要求的原因。只要做到了搭載平臺的供電和散熱能滿足TDP,那麼全核高頻也不是問題。

肯定還有人有印象,英特爾在不久前在臺北電腦展上展示了一款LGA3467頂尖至強處理器,這款處理器28核56線程全核運行在5.0GHz下。而運行這款處理器的平臺需要一款近兩千瓦的電源以及加強版的高效水冷機。

這樣就容易理解了吧,核心越多單核心頻率就越低這句話不完全正確。這句話只是相對而言,限制於現有工藝和用戶需求。


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這個問題我認為對於如今的酷睿I3、I5、I7來說並不適用,因為6核心I7 8700K頻率高達3.7-4.7,而I3 8100雖說是4核,但是主頻只有3.6,而且無法睿頻。即使是同為6核沒有超線程技術的I5 8600K,頻率也低於8700K。就連AMD最新的銳龍8核2700X的主頻在全家族中同樣也是主頻最高的。

所以現在的CPU中,只有英特爾10核以上的I9、至強與AMD的線程撕裂者這些更多核心的CPU才會出現主頻相對更低的情況,為什麼這些核心更多的CPU主頻一般會降低,有這麼幾種情況:

廠商劃分產品定位的手段。

就像I3一樣,四個核心達到4Ghz以上的頻率按理說是輕而易舉,但是英特爾為了拉開I3與I5的檔次,就會人為降低I3的頻率並鎖頻,因為消費級市場一般對CPU頻率高低是比較敏感的,像I7 8700K這樣的高端U就要把它的主頻儘量做到現有技術水平的最高點。

然而對於需要超多核心的服務器和工作站市場,這些應用環境對CPU核心數和穩定性更敏感,多核帶來的性能提升要大於主頻,然而核心越多,高頻率的穩定性就越差,所以針對10核乃至20核以上的CPU,頻率完全可以降低。

工藝和功耗的限制

CPU芯片都是從固定大小的晶圓上切割出來的,工藝越先進所能切割出來的芯片也就越多,產量也就越大,然而每一代工藝和架構所能達到的頻率都是有極限的,多達20核的CPU面積和晶體管數量驚人,很難保證這樣的CPU所有核心都穩定高頻率,即使是能達到,所帶來的功耗的發熱也是難以控制的,缺乏實用性。

控制成本和價格

CPU芯片在晶圓上產出的質量良莠不齊,存在良品率的問題,然而核心越多的處理器出現的瑕疵概率就越大,所有核心同步運行在高頻率的穩定性也會越差,廠商這時候除了把一些產品降級為更少核心的產品外,還會盡量把多核心的處理器保持在一個良品率最高的頻率上,因為這樣不至於把頻率定的太高導致實際產量太少的情況,能有效降低多核CPU的成本和價格。

對於CPU來說,穩定性是第一位的。多核CPU是未來的趨勢,也是彌補單核心頻率難以大幅度提升的手段,超多核心的CPU並不是做不到高主頻,只是在現有的技術水平下,廠商權衡經濟性和實用性所做出的取捨。現在的技術和工藝已經能使6核乃至8核CPU達到同期最高頻率,隨著未來的7nm、5nm技術的發展,可能10核以上的CPU也能出廠達到5Ghz以上的頻率了,我們拭目以待。


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誰告訴你核心越多頻率就越低的,i3 8100四核四線程頻率3.6GHz,i5 8400六核六線程睿頻頻率4.0GHz,i7 8700K六核十二線程超頻頻率5GHz,核心越多頻率越高,核心跟頻率並沒有任何關係,Intel前兩週剛展示了一款28核56線程的CPU可以穩定運行在5GHz,所以頻率能跑多高第一看CPU體質,第二看散熱,只要體質好散熱跟得上,比如Intel用壓縮機制冷,多核心一樣能上高頻率,使用液氮冷卻甚至能到8GHz以上的頻率。之所以一般你看到核心多的CPU會把主頻設的比較低那是為了考慮散熱,多核心CPU都是服務器用的,服務器第一要求穩定,而且服務器都是機櫃形式,散熱空間有限,所以功耗必須得控制,不然每個CPU都整一套壓縮機制冷系統,幾萬顆CPU佔用空間豈不是比天安門廣場還大,成本太高根本不現實


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這就看你這個程序有沒有對多核優化了

比方說i3 8代

4核心 單個核心頻率我忘記了 姑且算他3.0

總頻率就是4x3.0=12g

我r7 1800 8核 單核頻率我就算他是2.0

8x2.0=16g 這樣算也比i3高 而且現在的cpu都有動態加速 eist之類的省電技術 i9的默認頻率也才2.7 2.8左右 但是你可以睿頻 也可以超頻 看你自己


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