03.01 为什么现在CPU主频还那么低?现在2020年了,主频普遍还是3.0左右?

没有小熊了770


英特尔在过去给了很多人以误导,觉得CPU性能提升还是要全靠主频带动,比如当年的奔腾4就不惜一切代价提升主频,但是最终到了4Ghz的节骨眼上无法控制功耗发热了,于是彻底放弃了4Ghz频率,后来英特尔改进设计思路,以提升CPU效能为主,于是我们看到酷睿2处理器频率不过才2Ghz,但是性能已经大大超越了过去的3Ghz以上的奔腾D。

不管是英特尔还是AMD,现在都以CPU的效能提升为主,因为半导体工艺的进步已经很困难了,如果一昧提升主频,对CPU的良品率和功耗发热都不易控制,难度也非常大,是得不偿失的选择,所以我们看到现在的9代酷睿和3代锐龙,CPU基准频率不过3Ghz甚至更低,即使是加速频率也大都在4Ghz-5Ghz左右,比如我的锐龙3700X基准频率不过才3.59Ghz,但是实际性能已经是相当强悍了,绝对不是几年前的4Ghz处理器可以相比的。

随着主流程序对多核多线程的优化加深,所以CPU厂商目前更加注重多核心的设计,毕竟这相对于提升CPU单核性能和频率更加容易一些,性能提升也能做到立竿见影,所谓的5Ghz主频更多的还是一个数字象征意义,我们看到9900K尽管达到了5Ghz,但是功耗发热都非常大,即使是未来几年,主流CPU恐怕也达不到5Ghz这个频率。


嘟嘟聊数码


    回到2004年,intel宣布发布4.0GHz主频的CPU,但是止步于3.8GHz,之后主频不进反退,时间走过了20多年,为什么CPU主频不能不断提高呢,难道是触碰到频率的天花板了吗?其实,瓶颈主要散热。

    频率和能耗的关系?

    在CPU中,为了确保内部所有硬件单元能够协同工作,需要一套时钟信号与系统同步进行。时钟信号由一系列的脉冲信号构成,呈方波信号,周期性的在0和1之间往复变化,如下图所示▼。

    第一个脉冲和第二个脉冲之间的间隔称为周期,1s内产生的脉冲个数称为频率,频率的计量单位是Hz,计算公式是“f=1/T”,而目前CPU的主频普遍处于GHz级别,也就是说每秒产生10亿个脉冲信号。


    能耗和频率是成正比的,能耗关系为“W=V2 x F”,其中W是能耗,C是常数,V是电压,f是频率,频率提高一倍,能耗提高一倍。然而,不断提高频率的同时,还需要提高电压,通过提高递延,减少“门延迟”,让整个系统稳定下来。那么电压和功耗之间并不是线性关系,而是平方关系,呈幂函数增长,如下图所示▼。

    目前,有些CPU频率的玩家,在液氮制冷技术的加持下,挑战9GHz的主频,但是这些对我们日常电脑来说十分遥远,不具备液氮给CPU降温的条件。因此Intel 、AMD逐步停止了高频芯片的研发,转向了低频多核的架构。


    总之,一味地提高主频不是可行的方案,会导致功耗急剧上升,经济上不划算,因此intel、AMD等厂商早就放弃了单纯追求高主频,而是提高CPU的效能,主球每瓦性能。当期coffeelake 3.8GHz的CPU相比奔腾4的3.8GHz,benchmakr跑分效能提高了十几倍,功耗反而降低了,这都归功于架构的升级。

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Geek视界


频率就是指一秒中震荡的次数。就像我没在水中投入一块石子,一秒钟内产生的水波纹的数量就叫作频率。在CPU内部频率越高,产生的热量也越大。

这就导致CPU的频率不能够无限制的提高,否则将是一个巨大的热源。所以英特尔在奔腾四之后,着重于提高能效比,用更少的能耗,做更多的事情。所以后来的CP虽然频率上并没有以前的CPU频率高,但是运行反而更快了。

一味地提高CPU频率使功耗发热量巨大,这需要相应的芯片制造工艺,提高来解决,但是目前的芯片制造工艺也无法支持一味的提升频率,这不光导致工号的增大,发上来的增大,还导致CPU等良品率下降。


风来了156


我也觉得奇怪,2000年左右处理器频率就可以到3G多了,差不多二十年过去了,频率只提升了1G,心碎了了,究竟是真的无法克服技术上的障碍,还是公司垄断技术后的吝啬?


chris1010x


一颗CPU强不强不只是看主频,首先要看架构!举个例子,一个酷睿的3.0G的主频,一个i9的2.5G的主频,后者比前者不知道要强多少倍!就像朝鲜的米格29与美国的F35,根本不在同一级别上,没法比…


雪山老码农


我认为这个问题其实主要是因为对摩尔定律(英特尔创始人之一戈登摩尔观测到每隔18-24个月集成电路上集成的原件就会增加一倍,运算性能也提升一倍)的认可,以及目前cpu制造技术的局限性所造成的。其实早在奔腾时代,英特尔就注意到了这个问题,如果仅仅追求速度的提升,那么用不了几年就会触及cpu制造技术的天花板。制程虽然年年都在缩小,但这并不是无止境的。所以奔腾时代就已经出现了区别于普通奔腾处理器的含有mmx指令集的多能奔腾处理器,开始为cpu引入除了频率以外的其他参数,这样做丰富了CPU的评判标准可以使用户的着眼点分散,不必只盯着频率一个参数,让制造厂家有一定的喘息时间,同时也尽可能的延缓触及天花板的时间。但是即使如此,由于性能提升的需要,对于单核性能的压榨也是日趋残酷,于是厂家们又发明了一个其他的方法。记得还是在2000年前后3d显卡大战的年代。3dfx在与nvidia的交锋中渐渐吃力为了挽回颓势在voodoo4上使用了基于vsa-100的多核心方案,这样有效的提升了显卡性能,又减少了单核心的创新难度。唯一的缺点就是以当时芯片的生产水平增加一个核心意味着成本的很大提升,但这仍不失为一个不错的方案。这就像一个家庭需要积累财富,如果只靠先生一个人挣钱的话,他努足了劲儿,从收入5000提升到1万再到15,000,是很困难的,但是如果夫妻两个人都上班,那么即使是每个人只挣8000总收入实际上也是提升的,再过几年儿子毕业了一起挣钱,那么每个人可以在更轻松的状态下实现家庭财富的更快速积累,这就是多核心的优势。到这里性能的问题有了着落,可是成本的问题还需要解决,虽说一家子挣钱众人拾柴火焰高,但是添人进口挑费也随之提高,咱们能不能少添人口,尽可能的让现有的人再多挣钱,比如一个人打两份工兼职一下呢?技高一筹的英特尔想到了办法,之后不久上市的奔腾四也引入了多核心的概念,只不过英特尔没有直接增加核心数而是采用超线程技术,虚拟出了两个核心。这下皆大欢喜,性能成本两全其美,而且分散用户对于频率的专注追逐。那之后的发展路线也基本是沿着这条路走下去,不一味提升单核运算频率,而是采用提升频率与增加核心数(包括线程数)相结合的方法来提升运算能力。直到今天我们已经迎来了第10代酷睿的王者i9 10900k 这款已经集成了10核心20线程。但是即使加载了Velocity Boost也依然让频率在5ghz左右徘徊没有过分激进。这其中除了牙膏厂惯用的商业运作以外,我觉得也是有技术方面的限制,毕竟我们使用的还是电子计算机,当有朝一日(按摩尔定律用不了多久)我们的电路设计已经细到连电子(直径0.008纳米)都不能通过的时候,那么就要真的彻底革新现在的CPU结构了。个人见解不对之处还请高人科普。


数码徐霞客


因为AMD弯道超车,看多核多线程吃下了英特尔半壁江山,所以英特尔也均衡发展。 英特尔04年就发文展望未来 10年内把主频做到8.0以上。结果快20年了 还在5.0


旧念4498


频率提高了发热,发热量太大了就得降频,不降频就得冒烟,等于没提高,所以4G主频是个坎。02年的时候Intel首次推出突破3G主频的奔腾四处理器,也是人类首次用上3G以上频率的桌面级处理器(超频选手不算),结果发热量可以煎蛋,无论是游戏性能,功耗还有价格,都败给了主频只有1.8G的AMD速龙3000+,那次是AMD第二次小超越intel(第一次是k7),后来Intel吸取教训,不再一味的堆主频,而是不断地优化架构,发展多核心多线程,至今AMD也没赶上来。


剑齿虎战神


拿高速公路来说,从限速80提高到100,再提高到120,这就相当于是提高主频,显然对于提升通行效率也有帮助,但是多线程技术出现后,人们发现其实对于提高通行效率有另外一个方案,拓宽道路不也行吗,从双向4车道提高到双向八车道在不提高限速的情况下不是提高了一倍的通行效率吗?

单纯提高限速会带来很多次生问题,就像我们现实中的交通一样。而拓宽道路产生的并行处理问题则可以通过逻辑关系处理好。


SpicaX


08年叫做高频低能 英特尔那时的称号,amd还特意为此更改自己的芯片名字,比如速龙3500+ 这个3500就是,我amd.的这款芯片相当于英特尔同级别的3.5主频的u,而这款3500+的主频 可能只有2.4-2.8之间 不记得了


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