沒有小熊了770

現在的主頻數據可以說已經很不錯了，雖然當年intel在04年的時候就雄心勃勃的說要發佈超過4.0GHZ主頻的CPU的時候，可是到了後來也只是將主頻做到了3.8GHZ的高度，這都十幾年過去了現在默認睿頻最高能到5.0的CPU雖然也有發佈，但是價格對於普通消費者來說的確很不親民，i9-9900KS，睿頻可以高達5.0ghz。下面是近幾年發佈的幾款CPU，基本上默認頻率大都還是在3.6的樣子，當然在睿頻的情況下大部分都能超過4.0了，這已經很好的成績了。

曾經記得在8代以前真正上4.0GHZ的CPU也就是從4790K開始的，我們知道想要提高CPU的運算效能，不能夠簡單通過堆砌內核的方式。那麼能不能簡單提高CPU主頻，讓CPU每個內核更快的算出結果呢？為什麼持CPU製程牛耳的Intel，不再勇攀主頻高峰了呢？其實，瓶頸主要在於散熱，尤其是在製程技術還停留在目前的14nm情況下想要主頻達到更高的水平可以說是非常困難的。

CPU發熱的原因

從含有1億4000萬個場效應晶體管FET的奔騰4到高達80多億的Kabylake，你想想幾十億個晶體場效應管堆砌到一塊，可以想想那時一個多麼燙的核心。場效應管在低電平的時候需要充電進行反轉，到高電平，然後高電平還要到低電平，從高到低的過程實際是一個方能的過程，單個場效應管單獨反轉一次釋放的能量是非常小的，但是如果以1GHZ的頻率，也就是1秒內要反轉十億次，那麼在這1秒內這釋放的熱量就比較可觀了，然後你再看看一個CPU內部要集成這麼幾十億個晶體管，那麼這帶來的熱量是不是更可怕。

從圖示中，也許你可以直觀的看出，能耗和頻率是正相關的。這個理解很正確，實際上能耗和頻率成線性相關。能耗關係公示是p=CV²F。P代表能耗。C可以簡單看作一個常數，它由製程等因素決定；V代表電壓；而f就是頻率了。理想情況，提高一倍頻率，則能耗提高一倍。看起來並不十分嚴重，不是嗎？但實際情況卻沒有這麼簡單。

接著上面的公式我們再來討論下為什麼實際情況沒有那麼簡單。就是當晶體管在工作的時候從高低跳變從而產生我們的0和1，也就是當高電平的時候是1，低電平的是0，既然需要這麼個過程，那麼晶體管在充電和放電的過程當中就有個充電時間，這個充電時間，稱之為門延遲，就是邏輯門延遲。這個充放電的過程後再採樣信號，這樣才能保證信號的完整度，這個充放電時間直接和電壓相關，既電壓越高，充電時間越短。那麼如果我們這個時候提高頻率的會造成一個現象，就是反轉的速度會跟不上，那麼採集的數字信號的完整度就有問題，從而造成計算機計算錯誤。那麼這個時候為了讓反轉變快只能提升電壓來提高頻率了，只有通過增加電壓讓反轉速度增快，才能讓整個系統穩定下來。

好了這個時候我們再來看看公示，如果單純的增加頻率的確是能耗只能提高一倍，但是你看電壓可是平方的關係，這樣的結果就是當提高頻率的同時還要提高電壓的平方，然後再相乘，這時候你就知道這個耗能簡直是呈幾何數量增長，多嚇人。

那麼功耗大大提升後，帶來的就是熱密度提高非常快，在功耗提升後，單位芯片的面積是固定的，從而熱密度提高很快，現有散熱設備短時間內排不出這麼多熱量，就會造成死機等現象，這就是為什麼我們在超頻的時候在加壓情況下，為了讓CPU能夠穩定的運行需要一個散熱性能非常好的散熱器了，同時，超頻之後的電能消耗也是非常大的。

總結：因此在沒有強勁的散熱情況下超頻，是對CPU的一種殘酷摧殘，想要CPU能夠穩定運行官方的默認頻率是最保險的一種方式。可以預見的是如果在現在以硅基材料為主的CPU製造技術下，在熱密度因素之下，CPU想要提升更高的主頻是很難做到的。除非是能做出一種超級散熱器能夠隨時帶走大量的熱量，這樣也許可以強行提高電壓降主頻提升起來。但是從近幾年的架構來看，提升CPU的性能也不是簡單的提升主頻就是提升性能，流水線的深度優化也是性能提升的關鍵，殊不知在同樣頻率之下CoffeeLake 3.8G的CPU相比奔騰4的3.8G，Benchmark跑下來效能提高了十幾倍，而功耗反倒下降不少！這就是說不一定非要單純的提升主頻才能提升CPU的性能。當然我整篇文章的解釋同時也回答了題主提出的問題關鍵，這也就是為什麼都這麼多年了，主頻依舊停留在了3.幾GHZ了。

程序小崔

英特爾在過去給了很多人以誤導，覺得CPU性能提升還是要全靠主頻帶動，比如當年的奔騰4就不惜一切代價提升主頻，但是最終到了4Ghz的節骨眼上無法控制功耗發熱了，於是徹底放棄了4Ghz頻率，後來英特爾改進設計思路，以提升CPU效能為主，於是我們看到酷睿2處理器頻率不過才2Ghz，但是性能已經大大超越了過去的3Ghz以上的奔騰D。

不管是英特爾還是AMD，現在都以CPU的效能提升為主，因為半導體工藝的進步已經很困難了，如果一昧提升主頻，對CPU的良品率和功耗發熱都不易控制，難度也非常大，是得不償失的選擇，所以我們看到現在的9代酷睿和3代銳龍，CPU基準頻率不過3Ghz甚至更低，即使是加速頻率也大都在4Ghz-5Ghz左右，比如我的銳龍3700X基準頻率不過才3.59Ghz，但是實際性能已經是相當強悍了，絕對不是幾年前的4Ghz處理器可以相比的。

隨著主流程序對多核多線程的優化加深，所以CPU廠商目前更加註重多核心的設計，畢竟這相對於提升CPU單核性能和頻率更加容易一些，性能提升也能做到立竿見影，所謂的5Ghz主頻更多的還是一個數字象徵意義，我們看到9900K儘管達到了5Ghz，但是功耗發熱都非常大，即使是未來幾年，主流CPU恐怕也達不到5Ghz這個頻率。

嘟嘟聊數碼

    回到2004年，intel宣佈發佈4.0GHz主頻的CPU，但是止步於3.8GHz，之後主頻不進反退，時間走過了20多年，為什麼CPU主頻不能不斷提高呢，難道是觸碰到頻率的天花板了嗎？其實，瓶頸主要散熱。

    頻率和能耗的關係？

    在CPU中，為了確保內部所有硬件單元能夠協同工作，需要一套時鐘信號與系統同步進行。時鐘信號由一系列的脈衝信號構成，呈方波信號，週期性的在0和1之間往復變化，如下圖所示▼。

    第一個脈衝和第二個脈衝之間的間隔稱為週期，1s內產生的脈衝個數稱為頻率，頻率的計量單位是Hz，計算公式是“f=1/T”,而目前CPU的主頻普遍處於GHz級別，也就是說每秒產生10億個脈衝信號。

    能耗和頻率是成正比的，能耗關係為“W=V2 x F”,其中W是能耗，C是常數，V是電壓，f是頻率，頻率提高一倍，能耗提高一倍。然而，不斷提高頻率的同時，還需要提高電壓，通過提高遞延，減少“門延遲”，讓整個系統穩定下來。那麼電壓和功耗之間並不是線性關係，而是平方關係，呈冪函數增長，如下圖所示▼。

    目前，有些CPU頻率的玩家，在液氮製冷技術的加持下，挑戰9GHz的主頻，但是這些對我們日常電腦來說十分遙遠，不具備液氮給CPU降溫的條件。因此Intel 、AMD逐步停止了高頻芯片的研發，轉向了低頻多核的架構。

    總之，一味地提高主頻不是可行的方案，會導致功耗急劇上升，經濟上不划算，因此intel、AMD等廠商早就放棄了單純追求高主頻，而是提高CPU的效能，主球每瓦性能。當期coffeelake 3.8GHz的CPU相比奔騰4的3.8GHz，benchmakr跑分效能提高了十幾倍，功耗反而降低了，這都歸功於架構的升級。

Geek視界

頻率提高了發熱，發熱量太大了就得降頻，不降頻就得冒煙，等於沒提高，所以4G主頻是個坎。02年的時候Intel首次推出突破3G主頻的奔騰四處理器，也是人類首次用上3G以上頻率的桌面級處理器（超頻選手不算），結果發熱量可以煎蛋，無論是遊戲性能，功耗還有價格，都敗給了主頻只有1.8G的AMD速龍3000+，那次是AMD第二次小超越intel(第一次是k7)，後來Intel吸取教訓，不再一味的堆主頻，而是不斷地優化架構，發展多核心多線程，至今AMD也沒趕上來。

劍齒虎戰神

拿高速公路來說，從限速80提高到100，再提高到120，這就相當於是提高主頻，顯然對於提升通行效率也有幫助，但是多線程技術出現後，人們發現其實對於提高通行效率有另外一個方案，拓寬道路不也行嗎，從雙向4車道提高到雙向八車道在不提高限速的情況下不是提高了一倍的通行效率嗎？

單純提高限速會帶來很多次生問題，就像我們現實中的交通一樣。而拓寬道路產生的並行處理問題則可以通過邏輯關係處理好。

SpicaX

頻率就是指一秒中震盪的次數。就像我沒在水中投入一塊石子，一秒鐘內產生的水波紋的數量就叫作頻率。在CPU內部頻率越高，產生的熱量也越大。

這就導致CPU的頻率不能夠無限制的提高，否則將是一個巨大的熱源。所以英特爾在奔騰四之後，著重於提高能效比，用更少的能耗，做更多的事情。所以後來的CP雖然頻率上並沒有以前的CPU頻率高，但是運行反而更快了。

一味地提高CPU頻率使功耗發熱量巨大，這需要相應的芯片製造工藝，提高來解決，但是目前的芯片製造工藝也無法支持一味的提升頻率，這不光導致工號的增大，發上來的增大，還導致CPU等良品率下降。

風來了156

一顆CPU強不強不只是看主頻，首先要看架構！舉個例子，一個酷睿的3.0G的主頻，一個i9的2.5G的主頻，後者比前者不知道要強多少倍！就像朝鮮的米格29與美國的F35，根本不在同一級別上，沒法比…

雪山老碼農

我認為這個問題其實主要是因為對摩爾定律（英特爾創始人之一戈登摩爾觀測到每隔18-24個月集成電路上集成的原件就會增加一倍，運算性能也提升一倍）的認可，以及目前cpu製造技術的侷限性所造成的。其實早在奔騰時代，英特爾就注意到了這個問題，如果僅僅追求速度的提升，那麼用不了幾年就會觸及cpu製造技術的天花板。製程雖然年年都在縮小，但這並不是無止境的。所以奔騰時代就已經出現了區別於普通奔騰處理器的含有mmx指令集的多能奔騰處理器，開始為cpu引入除了頻率以外的其他參數，這樣做豐富了CPU的評判標準可以使用戶的著眼點分散，不必只盯著頻率一個參數，讓製造廠家有一定的喘息時間，同時也儘可能的延緩觸及天花板的時間。但是即使如此，由於性能提升的需要，對於單核性能的壓榨也是日趨殘酷，於是廠家們又發明了一個其他的方法。記得還是在2000年前後3d顯卡大戰的年代。3dfx在與nvidia的交鋒中漸漸吃力為了挽回頹勢在voodoo4上使用了基於vsa-100的多核心方案，這樣有效的提升了顯卡性能，又減少了單核心的創新難度。唯一的缺點就是以當時芯片的生產水平增加一個核心意味著成本的很大提升，但這仍不失為一個不錯的方案。這就像一個家庭需要積累財富，如果只靠先生一個人掙錢的話，他努足了勁兒，從收入5000提升到1萬再到15,000，是很困難的，但是如果夫妻兩個人都上班，那麼即使是每個人只掙8000總收入實際上也是提升的，再過幾年兒子畢業了一起掙錢，那麼每個人可以在更輕鬆的狀態下實現家庭財富的更快速積累，這就是多核心的優勢。到這裡性能的問題有了著落，可是成本的問題還需要解決，雖說一家子掙錢眾人拾柴火焰高，但是添人進口挑費也隨之提高，咱們能不能少添人口，儘可能的讓現有的人再多掙錢，比如一個人打兩份工兼職一下呢？技高一籌的英特爾想到了辦法，之後不久上市的奔騰四也引入了多核心的概念，只不過英特爾沒有直接增加核心數而是採用超線程技術，虛擬出了兩個核心。這下皆大歡喜，性能成本兩全其美，而且分散用戶對於頻率的專注追逐。那之後的發展路線也基本是沿著這條路走下去，不一味提升單核運算頻率，而是採用提升頻率與增加核心數（包括線程數）相結合的方法來提升運算能力。直到今天我們已經迎來了第10代酷睿的王者i9 10900k 這款已經集成了10核心20線程。但是即使加載了Velocity Boost也依然讓頻率在5ghz左右徘徊沒有過分激進。這其中除了牙膏廠慣用的商業運作以外，我覺得也是有技術方面的限制，畢竟我們使用的還是電子計算機，當有朝一日（按摩爾定律用不了多久）我們的電路設計已經細到連電子（直徑0.008納米）都不能通過的時候，那麼就要真的徹底革新現在的CPU結構了。個人見解不對之處還請高人科普。

數碼徐霞客

我也覺得奇怪，2000年左右處理器頻率就可以到3G多了，差不多二十年過去了，頻率只提升了1G，心碎了了，究竟是真的無法克服技術上的障礙，還是公司壟斷技術後的吝嗇？

chris1010x

因為AMD彎道超車，看多核多線程吃下了英特爾半壁江山，所以英特爾也均衡發展。 英特爾04年就發文展望未來 10年內把主頻做到8.0以上。結果快20年了 還在5.0

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