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現(xiàn)代的處理器設計,為何不能回到“低主頻”時代

2004年10月的一天,在美國佛羅里達舉行的一場產(chǎn)業(yè)會議上,時任英特爾公司首席執(zhí)行官貝瑞特曾單膝跪地、雙手合十,以一種夸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將發(fā)布的、代號“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(tǒng)帶來的功耗、散熱,以及成本壓力已經(jīng)太大。


(資料圖)

當時的Intel產(chǎn)品路線,Tejas據(jù)說原本會被作為究極奔騰4,或奔騰5發(fā)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(chǎn)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脫尷尬,同時為新品吸引關注的一種巧妙方式。

當然,現(xiàn)在我們都知道,那時候以色列的海法團隊已經(jīng)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(或者說基于奔騰3)進行技術創(chuàng)新后,便很快迎來了酷睿的時代。

在當時那個年代,消費者的確破除了“主頻迷信”

有意思的是,不知是英特爾方面從此對“超高主頻”心有余悸,還是因為新的架構確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年的時間里,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(fā)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處理器確實存在,據(jù)說它原本會是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(shù)據(jù)都表明,英特爾的新處理器架構確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。從這一點來說,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,所以面對如今的臺式機、筆記本電腦,甚至是智能手機和平板電腦里的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,性能進步得確實都很快。

例如在PC上,非專業(yè)級的普通家用處理器核心數(shù)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,甚至即將超過6GHz。特別是在“輕薄型筆記本電腦”上,三年前4核8線程曾經(jīng)還是高端標配,可現(xiàn)在就已經(jīng)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(xiàn)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(jīng)超過了3GHz的運行頻率,甚至還有傳言稱下一代的手機SoC將直接升至3.7GHz的超高主頻。

即便是在現(xiàn)代的架構上,高主頻同樣也帶來了高發(fā)熱

那么問題就來了,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?老實說,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,那么現(xiàn)代這些主頻更高的CPU設計,確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(jīng)注意到,這些新款CPU的功耗、發(fā)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。

更不要說在智能手機里,現(xiàn)在旗艦機型VC均熱板的設計已經(jīng)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在性能顯著升高之余,其實很難說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里,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(fā)熱、高功耗的最高主頻上的。

特別是在筆記本電腦和智能手機里,廠商們?yōu)榱烁玫木C合表現(xiàn),往往都會刻意通過調度策略,讓CPU在大多數(shù)時間都恰好只運行在它們能效比最高的一段主頻范圍上。

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(chǎn)生了,既然更高的主頻還是會大幅增加功耗,那么廠商們?yōu)槭裁床桓纱喾艞壍裟遣糠謺е鹿拿蜐q的頻率范圍,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,而單純將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?

【本文圖片來自網(wǎng)絡】

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