移动处理器和台式处理器有何区别？

Question 1

注意：这个答案是基于这样的假设：所比较的 CPU 包括大约 2006 年至 2015 年的商用 Intel、AMD 和基于 ARM 的 SoC。如果范围太广，任何比较测量结果都将无效；我想在这里提供一个非常具体和“切实”的答案，同时还涵盖两种最广泛使用的处理器类型，所以我做了一些假设，这些假设在绝对普遍的 CPU 设计情况下可能无效。如果您有挑剔之处，请在分享之前记住这一点。谢谢！

让我们先搞清楚一件事：MHz / GHz 和核心数是不再任意两个处理器的相对性能的可靠指标。

即使在过去，这些数字充其量也只是可疑的数字，但现在我们有了移动设备，它们绝对是糟糕的指标。我会解释它们在哪里能稍后将在我的回答中用到，但现在，让我们来讨论其他因素。

如今，比较处理器时要考虑的最佳数字是热设计功率（TDP）特征制造尺寸，又称“晶圆厂规模”（以纳米为单位——纳米）。

基本上：随着热设计功率的增加，CPU 的“规模”也会增加。想象一下自行车、汽车、卡车、火车和 C-17 货机之间的“规模”。更高的 TDP 意味着更大的规模。MHz可以不可以更高，但其他因素，例如微架构的复杂性、内核的数量、分支预测器的性能、缓存的数量、执行管道的数量等，在更大规模的处理器上都趋于更高。

现在，随着晶圆厂规模减少，CPU 的“效率”就会提高。因此，如果我们假设两个处理器的设计完全相同，只是其中一个缩小到 14nm，而另一个缩小到 28nm，那么 14nm 处理器将能够：

履行至少与更大晶圆厂规模的 CPU 一样快；
使用更少的电力；
这样做的同时，耗散的热量更少；
就芯片的物理尺寸而言，使用较小的体积来实现这一点。

一般来说，当英特尔和基于 ARM 的芯片制造商（三星、高通等）缩小晶圆厂规模时，它们也倾向于稍微提高性能。这限制了它们究竟能获得多少功率效率，但每个人都希望自己的产品运行得更快，所以他们以“平衡”的方式设计芯片，这样你就能一些提高电源效率，以及一些性能提升。在另一个极端，他们可以保持处理器确切地与上一代一样耗电，但性能有所提升很多；或者，他们可以保留处理器确切地与上一代速度相同，但功耗降低很多。

需要考虑的主要问题是，当前平板电脑和智能手机 CPU 的 TDP 约为 2 到 4 瓦，晶圆厂规模为 28 纳米。低端2012 年推出的台式机处理器的 TDP 至少为 45 瓦，晶圆厂规模为 22 纳米。即使平板电脑的片上系统 (SoC) 连接到交流电源，不必担心耗电（以节省电池），四核平板电脑 SoC 的每一个 CPU 基准测试结果都会完全输给 2012 年推出的低端“Core i3”双核处理器，后者的运行频率可能更低。

原因：

Core i3/i5/i7 芯片很多比平板电脑芯片更大（就晶体管数量、物理芯片面积、功耗等而言）；
台式机使用的芯片很多而不是省电。软件、硬件和固件相结合，严重降低移动 SoC 的性能，以延长电池寿命。在台式机上，这些功能仅在不会显著影响高端性能时才会实现，并且当应用程序需要高端性能时，可以始终如一地提供。在移动处理器上，它们通常会实现许多小“技巧”来丢帧等（例如在游戏中），这些技巧对于眼睛来说大多是不可察觉的，但可以节省电池寿命。

我刚刚想到了一个巧妙的类比：你可以把处理器的“MHz”想象成汽车内燃机上的“RPM”计。如果我把摩托车的发动机转速提高到 6000 RPM，这是否意味着它可以比火车的 16 缸原动机在 1000 RPM 时拉动更多的负载？不，当然不是。原动机的功率约为 2000 到 4000 马力（例如这里），而摩托车发动机的功率约为100至200马力（例如这里最高马力摩托车发动机曾经刚刚超过200马力）。

TDP 比 MHz 更接近马力，但不完全相同。

一个反例是将 2014 款“Haswell”（第 4 代）英特尔酷睿 i5 处理器与高端 AMD 处理器进行比较。这两款 CPU 的性能接近，但英特尔处理器的能耗要低 50%！事实上，55 瓦的酷睿 i5 通常比 105 瓦的 AMD“Piledriver”CPU 性能更好。主要原因是英特尔拥有更先进的微架构，自“Core”品牌推出以来，其性能就已远远超过 AMD。英特尔的晶圆厂规模扩张速度也比 AMD 快得多，让 AMD 望尘莫及。

台式机/笔记本电脑处理器在性能方面有些相似，但英特尔微型平板电脑由于功率限制，其性能与 ARM 移动 SoC 相似。但只要台式机和“全尺寸”笔记本电脑处理器继续逐年创新（这似乎很有可能），平板电脑处理器就不会超越它们。

最后，我想说的是，MHz 和核心数并不完全地无用指标。在比较 CPU 时，可以使用以下指标：

属于同一细分市场（智能手机/平板电脑/笔记本电脑/台式机）；
位于同一 CPU 中一代（即，只有当 CPU 基于相同架构时，这些数字才有意义，这通常意味着它们会在同一时间发布）；
具有相同的晶圆厂规模和相似或相同的TDP；
当比较它们的所有规格时，它们的主要或唯一的区别在于MHz（时钟速度）或核心数量。

如果这些陈述适用于任何两个 CPU（例如，Intel Xeon E3-1270v3 与 Intel Xeon E3-1275v3），那么只需通过 MHz 和/或核心数进行比较即可能为您提供性能差异的线索，但在大多数工作负载下，差异会比您预期的要小得多。

这是我在 Excel 中制作的一个小图表，用于展示一些常见 CPU 规格的相对重要性（注意：“MHz”实际上是指“时钟速度”，但我当时很着急；“ISA”是指“指令集架构”，即 CPU 的实际设计）

注意：这些数字是根据我的经验得出的近似值/大概数字，而不是任何科学研究。

CPU 规格相对重要性的大概数字

Answer

注意：这个答案是基于这样的假设：所比较的 CPU 包括大约 2006 年至 2015 年的商用 Intel、AMD 和基于 ARM 的 SoC。如果范围太广，任何比较测量结果都将无效；我想在这里提供一个非常具体和“切实”的答案，同时还涵盖两种最广泛使用的处理器类型，所以我做了一些假设，这些假设在绝对普遍的 CPU 设计情况下可能无效。如果您有挑剔之处，请在分享之前记住这一点。谢谢！

让我们先搞清楚一件事：MHz / GHz 和核心数是不再任意两个处理器的相对性能的可靠指标。

即使在过去，这些数字充其量也只是可疑的数字，但现在我们有了移动设备，它们绝对是糟糕的指标。我会解释它们在哪里能稍后将在我的回答中用到，但现在，让我们来讨论其他因素。

如今，比较处理器时要考虑的最佳数字是热设计功率（TDP）特征制造尺寸，又称“晶圆厂规模”（以纳米为单位——纳米）。

基本上：随着热设计功率的增加，CPU 的“规模”也会增加。想象一下自行车、汽车、卡车、火车和 C-17 货机之间的“规模”。更高的 TDP 意味着更大的规模。MHz可以不可以更高，但其他因素，例如微架构的复杂性、内核的数量、分支预测器的性能、缓存的数量、执行管道的数量等，在更大规模的处理器上都趋于更高。

现在，随着晶圆厂规模减少，CPU 的“效率”就会提高。因此，如果我们假设两个处理器的设计完全相同，只是其中一个缩小到 14nm，而另一个缩小到 28nm，那么 14nm 处理器将能够：

履行至少与更大晶圆厂规模的 CPU 一样快；
使用更少的电力；
这样做的同时，耗散的热量更少；
就芯片的物理尺寸而言，使用较小的体积来实现这一点。

一般来说，当英特尔和基于 ARM 的芯片制造商（三星、高通等）缩小晶圆厂规模时，它们也倾向于稍微提高性能。这限制了它们究竟能获得多少功率效率，但每个人都希望自己的产品运行得更快，所以他们以“平衡”的方式设计芯片，这样你就能一些提高电源效率，以及一些性能提升。在另一个极端，他们可以保持处理器确切地与上一代一样耗电，但性能有所提升很多；或者，他们可以保留处理器确切地与上一代速度相同，但功耗降低很多。

需要考虑的主要问题是，当前平板电脑和智能手机 CPU 的 TDP 约为 2 到 4 瓦，晶圆厂规模为 28 纳米。低端2012 年推出的台式机处理器的 TDP 至少为 45 瓦，晶圆厂规模为 22 纳米。即使平板电脑的片上系统 (SoC) 连接到交流电源，不必担心耗电（以节省电池），四核平板电脑 SoC 的每一个 CPU 基准测试结果都会完全输给 2012 年推出的低端“Core i3”双核处理器，后者的运行频率可能更低。

原因：

Core i3/i5/i7 芯片很多比平板电脑芯片更大（就晶体管数量、物理芯片面积、功耗等而言）；
台式机使用的芯片很多而不是省电。软件、硬件和固件相结合，严重降低移动 SoC 的性能，以延长电池寿命。在台式机上，这些功能仅在不会显著影响高端性能时才会实现，并且当应用程序需要高端性能时，可以始终如一地提供。在移动处理器上，它们通常会实现许多小“技巧”来丢帧等（例如在游戏中），这些技巧对于眼睛来说大多是不可察觉的，但可以节省电池寿命。

我刚刚想到了一个巧妙的类比：你可以把处理器的“MHz”想象成汽车内燃机上的“RPM”计。如果我把摩托车的发动机转速提高到 6000 RPM，这是否意味着它可以比火车的 16 缸原动机在 1000 RPM 时拉动更多的负载？不，当然不是。原动机的功率约为 2000 到 4000 马力（例如这里），而摩托车发动机的功率约为100至200马力（例如这里最高马力摩托车发动机曾经刚刚超过200马力）。

TDP 比 MHz 更接近马力，但不完全相同。

一个反例是将 2014 款“Haswell”（第 4 代）英特尔酷睿 i5 处理器与高端 AMD 处理器进行比较。这两款 CPU 的性能接近，但英特尔处理器的能耗要低 50%！事实上，55 瓦的酷睿 i5 通常比 105 瓦的 AMD“Piledriver”CPU 性能更好。主要原因是英特尔拥有更先进的微架构，自“Core”品牌推出以来，其性能就已远远超过 AMD。英特尔的晶圆厂规模扩张速度也比 AMD 快得多，让 AMD 望尘莫及。

台式机/笔记本电脑处理器在性能方面有些相似，但英特尔微型平板电脑由于功率限制，其性能与 ARM 移动 SoC 相似。但只要台式机和“全尺寸”笔记本电脑处理器继续逐年创新（这似乎很有可能），平板电脑处理器就不会超越它们。

最后，我想说的是，MHz 和核心数并不完全地无用指标。在比较 CPU 时，可以使用以下指标：

属于同一细分市场（智能手机/平板电脑/笔记本电脑/台式机）；
位于同一 CPU 中一代（即，只有当 CPU 基于相同架构时，这些数字才有意义，这通常意味着它们会在同一时间发布）；
具有相同的晶圆厂规模和相似或相同的TDP；
当比较它们的所有规格时，它们的主要或唯一的区别在于MHz（时钟速度）或核心数量。

如果这些陈述适用于任何两个 CPU（例如，Intel Xeon E3-1270v3 与 Intel Xeon E3-1275v3），那么只需通过 MHz 和/或核心数进行比较即可能为您提供性能差异的线索，但在大多数工作负载下，差异会比您预期的要小得多。

这是我在 Excel 中制作的一个小图表，用于展示一些常见 CPU 规格的相对重要性（注意：“MHz”实际上是指“时钟速度”，但我当时很着急；“ISA”是指“指令集架构”，即 CPU 的实际设计）

注意：这些数字是根据我的经验得出的近似值/大概数字，而不是任何科学研究。

CPU 规格相对重要性的大概数字

Question 2

嗯。这是个好问题。

答案是否定的，三星 Galaxy 很可能不如您的台式电脑强大。如果您运行全面的 CPU 基准测试，这一点就会很明显。

我会尽量按照我所看到的方式整理答案。其他更有经验的成员可能会在稍后添加更多细节和价值。

首先，由于 CPU 架构不同，移动设备处理器和台式电脑处理器支持的指令集不同。你可能已经猜到了，PC 的指令集更大。

另一件事是虚假广告。PC CPU 宣传的速度通常可以达到，并且 CPU 可以长时间以该速度运行。这是因为主电源的供电量过大，并且冷却系统良好，可以将热量从核心中散发出去。移动设备并非如此。宣传的速度是最大可能速度，但比平均速度高得多。移动设备通常会因为过热和节省电池而降低 CPU 速度。

最后但并非最不重要的是附加组件的可用性，例如主内存 (RAM)、高速缓存等。RAM 的数量并不是唯一标准。还有 RAM 时钟速度，它定义了在 RAM 中存储和检索数据的速度。这些参数在移动设备和 PC 之间也有所不同。

您可能会想出更多差异，但根本原因是功耗和尺寸要求。PC 可以从电源获取更多电力，也可以承受更大的尺寸，因此它们将始终提供更高的处理能力。

我推荐以下额外阅读材料：处理器：计算机与移动设备

Answer

嗯。这是个好问题。

答案是否定的，三星 Galaxy 很可能不如您的台式电脑强大。如果您运行全面的 CPU 基准测试，这一点就会很明显。

我会尽量按照我所看到的方式整理答案。其他更有经验的成员可能会在稍后添加更多细节和价值。

首先，由于 CPU 架构不同，移动设备处理器和台式电脑处理器支持的指令集不同。你可能已经猜到了，PC 的指令集更大。

另一件事是虚假广告。PC CPU 宣传的速度通常可以达到，并且 CPU 可以长时间以该速度运行。这是因为主电源的供电量过大，并且冷却系统良好，可以将热量从核心中散发出去。移动设备并非如此。宣传的速度是最大可能速度，但比平均速度高得多。移动设备通常会因为过热和节省电池而降低 CPU 速度。

最后但并非最不重要的是附加组件的可用性，例如主内存 (RAM)、高速缓存等。RAM 的数量并不是唯一标准。还有 RAM 时钟速度，它定义了在 RAM 中存储和检索数据的速度。这些参数在移动设备和 PC 之间也有所不同。

您可能会想出更多差异，但根本原因是功耗和尺寸要求。PC 可以从电源获取更多电力，也可以承受更大的尺寸，因此它们将始终提供更高的处理能力。

我推荐以下额外阅读材料：处理器：计算机与移动设备

Question 3

实际上，不同制造商的处理器之间的 MHz 等级关系不大。它只与完全相同系列的 CPU 有一定关系。虽然手机处理器的速度越来越快，可能完全胜过那些旧的 Pentium 4，但您仍然无法将它们与低端酷睿 i3 进行比较。

您应该知道，影响整体性能的因素有很多，而不仅仅是 CPU。例如，

CPU 时钟速度
处理器核心数
每周期指令数
分支预测
指令系统
指令宽度
总线宽度
内存速度
缓存大小
缓存设计
硅片布局
软件优化
ETC

因此，时钟速度或 MHz 等级只是衡量性能的众多因素之一。AMD 处理器与 Intel 或 ARM 处理器完全不同。众所周知，频率为 3GHz 且内核数相同的 AMD CPU 的性能不如内核数相同、规格和 GHz 等级相似的 Intel CPU。

你还会注意到，内存速度和缓存一样，也会影响性能。需要注意的是，与台式机处理器和手机处理器相比，服务器处理器拥有更大的 L1 缓存。因此，它们等待数据的时间比手机 CPU 要短。

我之所以添加指令集和软件优化，是因为某些软件算法可以在一个芯片上运行得比另一个芯片更好，因为它们可以利用特殊指令来加速某些操作，否则这些操作可能需要数十条指令。这一点不容小觑。

需要指出的是，TPD 与性能无关。如果制造工艺更小，例如从 32nm 升级到 22nm，则 22nm 芯片的 TDP 会低于 32nm 芯片。但性能下降了吗？不，恰恰相反。确实存在跨平台测量，试图衡量相对性能，例如 Linpack 基准。但这些是人为的测量，基准很少是特定应用程序性能的良好指标。

Answer

实际上，不同制造商的处理器之间的 MHz 等级关系不大。它只与完全相同系列的 CPU 有一定关系。虽然手机处理器的速度越来越快，可能完全胜过那些旧的 Pentium 4，但您仍然无法将它们与低端酷睿 i3 进行比较。

您应该知道，影响整体性能的因素有很多，而不仅仅是 CPU。例如，

CPU 时钟速度
处理器核心数
每周期指令数
分支预测
指令系统
指令宽度
总线宽度
内存速度
缓存大小
缓存设计
硅片布局
软件优化
ETC

因此，时钟速度或 MHz 等级只是衡量性能的众多因素之一。AMD 处理器与 Intel 或 ARM 处理器完全不同。众所周知，频率为 3GHz 且内核数相同的 AMD CPU 的性能不如内核数相同、规格和 GHz 等级相似的 Intel CPU。

你还会注意到，内存速度和缓存一样，也会影响性能。需要注意的是，与台式机处理器和手机处理器相比，服务器处理器拥有更大的 L1 缓存。因此，它们等待数据的时间比手机 CPU 要短。

我之所以添加指令集和软件优化，是因为某些软件算法可以在一个芯片上运行得比另一个芯片更好，因为它们可以利用特殊指令来加速某些操作，否则这些操作可能需要数十条指令。这一点不容小觑。

需要指出的是，TPD 与性能无关。如果制造工艺更小，例如从 32nm 升级到 22nm，则 22nm 芯片的 TDP 会低于 32nm 芯片。但性能下降了吗？不，恰恰相反。确实存在跨平台测量，试图衡量相对性能，例如 Linpack 基准。但这些是人为的测量，基准很少是特定应用程序性能的良好指标。

Question 4

移动处理器和台式处理器有何区别？

移动处理器和台式处理器之间的显著差异是：

功耗：移动处理器必须由电压低、容量小的小型电池供电。因此，对于操作性能和营销宣传而言，节能是主要考虑因素。对于台式机处理器而言，节能只是次要考虑因素。对于游戏市场而言，节能实际上无关紧要。
物理尺寸因素：移动处理器必须尽可能小巧轻便。对于台式机处理器而言，尺寸和重量基本上无关紧要，除了制造和成本问题外，没有设计目标。
I/O 扩展：移动处理器适用于单板计算机，具有明确定义且数量有限的外设和端口，并且基本上没有扩展能力（即没有 PCIe 总线）。即使其主内存容量也可能被限制在几 GiB 以尽量减少 MMU 要求。另一方面，台式机处理器必须能够安装大型主内存，并具有使用（高速）PCIe 和 USB 总线的适配器和外设的扩展能力。

这些设计目标严重限制了移动处理器的计算能力。幸运的是，半导体/处理器技术正在不断进步，因此最新的移动处理器可以与旧台式机处理器的计算能力相媲美。
但对于任何给定的时间点，“最佳”移动处理器在计算能力上都不会胜过“最佳”台式机处理器。再加上受限的 I/O 扩展，更昂贵的移动处理器可能只会用于独立的一体化“台式机”系统。

我的问题是，这是否意味着三星的新产品比我的台式机更强大？

你必须定义“强大”，并选择衡量标准。几乎任何单身的指标（营销人员喜欢使用）可以被操纵以产生虚假的比较。众所周知，有些计算机经过重新设计，只是为了在特定基准测试中表现良好（例如测量 FLOPS），而其整体性能可能并不比竞争对手更好
。单身的CPU 时钟速度（即 GHz）、TDP 或晶圆厂规模等指标在评估性能时可能变得不那么相关，也不具有可比性随着技术的变化。

Answer

移动处理器和台式处理器有何区别？

移动处理器和台式处理器之间的显著差异是：

功耗：移动处理器必须由电压低、容量小的小型电池供电。因此，对于操作性能和营销宣传而言，节能是主要考虑因素。对于台式机处理器而言，节能只是次要考虑因素。对于游戏市场而言，节能实际上无关紧要。
物理尺寸因素：移动处理器必须尽可能小巧轻便。对于台式机处理器而言，尺寸和重量基本上无关紧要，除了制造和成本问题外，没有设计目标。
I/O 扩展：移动处理器适用于单板计算机，具有明确定义且数量有限的外设和端口，并且基本上没有扩展能力（即没有 PCIe 总线）。即使其主内存容量也可能被限制在几 GiB 以尽量减少 MMU 要求。另一方面，台式机处理器必须能够安装大型主内存，并具有使用（高速）PCIe 和 USB 总线的适配器和外设的扩展能力。

这些设计目标严重限制了移动处理器的计算能力。幸运的是，半导体/处理器技术正在不断进步，因此最新的移动处理器可以与旧台式机处理器的计算能力相媲美。
但对于任何给定的时间点，“最佳”移动处理器在计算能力上都不会胜过“最佳”台式机处理器。再加上受限的 I/O 扩展，更昂贵的移动处理器可能只会用于独立的一体化“台式机”系统。

我的问题是，这是否意味着三星的新产品比我的台式机更强大？

你必须定义“强大”，并选择衡量标准。几乎任何单身的指标（营销人员喜欢使用）可以被操纵以产生虚假的比较。众所周知，有些计算机经过重新设计，只是为了在特定基准测试中表现良好（例如测量 FLOPS），而其整体性能可能并不比竞争对手更好
。单身的CPU 时钟速度（即 GHz）、TDP 或晶圆厂规模等指标在评估性能时可能变得不那么相关，也不具有可比性随着技术的变化。

移动处理器和台式处理器有何区别？

答案1

答案2

答案3

答案4

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