CPU 是如何进化的?

CPU 是如何进化的?

免责声明:我不确定哪个 SE 适合放置此内容,因此如果 Super User 找错了地方,我深表歉意。我知道这是一个非常宽泛且可能非常复杂的答案,但是为什么每年/每两年 CPU 和一般计算机工程师都能够提高所述部件的性能?今天,性能的提高更多的是效率而不是原始兆赫,我明白这一点,但即便如此,效率是如何提高的?最让我困惑的是新设计的制作速度有多快。我认为提高效率的想法很难实现,那么人们如何有足够的资源以如此快的速度发布新一代产品呢?

答案1

简单的答案是,我们没有看到同比的改善,所以这个前提并不完全正确。

请记住,发布节奏是出于商业原因,而不是技术原因:可能不会有显著的改进,但消费者预计每年发布一次,这就是他们所做的。


更复杂的答案是许多CPU 性能方面:

  • 微架构会影响:
    • 它处理特定指令的速度有多快(每周期指令数),具体情况因指令而异。
    • 它处理指令序列(如流水线、分支预测、缓存等)的速度有多快?
    • 支持哪些专门的指令(例如 AES-NI,可大大加快加密速度,SIMD [SSE、AVX 等],可大大加快图像处理等大数据任务的速度,等等)
    • 查看更多:https://superuser.com/a/906227/117590
  • 时钟速度会影响每秒的周期数。这在很大程度上已经停滞,但我们仍在努力提高效率,以获得更高的时钟,而不会烧坏 CPU 或需要太多的冷却。
  • 核心数量,这会影响独立的指令流可以一次处理。这又受到效率的限制。另请参阅:https://superuser.com/a/797486/117590

现今的滴答声模型显示了过去如何处理这个问题:一年,你会看到微架构的改进,然后下一年你会看到“芯片缩小”,通过使用更小的工​​艺尺寸来提高效率。当芯片缩小发生在之前的微架构上时,下一代微架构可以同时进行。最近,这种情况正在放缓,因为我们在架构和工艺尺寸方面都已经没有多少改进可以挤出来了。

例如,最近一代的英特尔 Coffee Lake最小改进在 Kaby Lake 上,最小改进超过 Skylake。架构本身基本保持不变,SIMD 指令有一些小改进,内存控制器等也有改进。主要变化(如果有的话)是时钟速度略有提高……这是由于制造过程中的效率提高。Coffee Lake 的主要变化是核心数量的增加,这很可能主要是出于营销目的(与 AMD 竞争)。

我们也很少看到大的跳跃,就像旧的 Intel Core 和最近的 AMD Zen 架构一样。有许多设计团队同时在开发不同的架构,有时当主要架构的进展停滞时,另一个使用不同想法的架构可以“接管”(Core 取代了 Netburst,Zen 取代了 Excavator 系列)。

在台式机 CPU 领域之外,我们看到笔记本电脑和平板电脑等电池供电设备对电源效率的追求日渐提高。这是许多新架构的主要特点:它们不一定更快,但它们更高效这样你的电池就可以使用更长时间。

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