英特尔带来了 18 核心的酷睿 i9,但影响处理器性能的因素可不仅仅是核心数

摘要

影响处理器性能的因素有哪些?

无论是出于对之前 AMD 锐龙系列处理器的反击,还是对市场需求的考量,Intel 这次终于摆脱了以往「挤牙膏」的形象。

在刚刚结束的 Computex 2017 上,Intel 发布了全新酷睿 X(Core X)系列桌面处理器产品。除了全新 i5 和 i7 系列,最最最大的亮点是带来了性能最强的新型号酷睿 i9。

酷睿 i9 处理器有 5 个型号,核心数量从 10 核心起步,最高的旗舰型号 Core i9-7980XE 有 18 个核心,36 线程,基础频率为 3.3 GHz。单个处理器的运算速度超过 1TFLOP(每秒 1 万亿次浮点运算次数)。

有趣的是,年初的时候,虽然 AMD 发布了大量新品,但这次的 Computex 2017,它们依旧留有后手。5 月 31 日,AMD 正式宣布了 Ryzen ThreadRipper 高端处理器,最高为 16 核心 32 线程,64 条 PCIe 3.0 总线,16MB 三级缓存,四通道 DDR4 内存。

虽然 AMD 此次并没有透漏 ThreadRipper 家族的完整型号和规格,不过就已知消息来看,其 64 条 PCIe 3.0 已经超越了 Intel Core i9-7900X 的 44 条,而四通道内存也超越了 Kaby Lake X 的 Core i5-7640X 和 Core i7-7740X 的双通道。

鉴于这段时间 Intel 与 AMD 发布新品引发了诸多热议,今天我们来谈谈影响处理器性能的几个重要指标:主频、核心数、缓存。

主频:一定条件下,衡量 CPU 性能强弱的重要指标

提及处理器性能,大家往往首先会想到主频,甚至相当一部分人将主频高低与处理器性能划了等号。严格来讲,主频是反应处理器性能的一项重要指标,但仅仅是之一。

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以主频高低来衡量处理器的性能,重要的一点在于其它变量需要保持一致(比如核心数、缓存等等),否则没有参考价值。举例来讲,你会发现主频更高的老处理器往往实际性能并没有主频低一些的新一代处理器强。

首先解释下什么是 CPU 主频。CPU 的主频,即 CPU 内核工作的时钟频率(CPU Clock Speed)。通俗来讲,主频就是 CPU 内的时钟在每秒内有多少个周期。

相同架构下,一定时间所完成指令的数目是固定不变的。也就是说,处理器的主频越高,完成一个完整周期用时越短,运行速度也更快。

说到这里,还有一个问题是需要搞清楚的:主频、外频、倍频之间到底有何关系?实际上外频反应的是 CPU 和外部硬件连接的速度,可调节,现在我们所说的超频,就是通过调节外频来获得的。

和外频不同,倍频一般由官方锁定不可改动,主频、外频、倍频之间其实存在比例关系,即:主频=外频×倍频。

回过头来主频与 CPU 性能之间的关系,理论上来讲,主频乘以一个周期内的指令执行数即是运算速度。因此,架构相同的情况下,主频对 CPU 的运算速度起到决定性作用。

核心数:面对多任务处理更具优势,不过需要理性看待

文章开头我们提到了拥有 18 核心 36 线程的 Intel Core i9-7980XE,以及 16 核心 32 线程的 AMD Ryzen ThreadRipper 顶级处理器。那么 CPU 核心以及线程数,到底对其性能表现有着怎样的影响?具体到普通消费者,更多核心的到来,又是否值得我们「狂欢」呢?

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核心数并不难理解,就是物理硬件上有几个运算核心,作用是可以同时处理对应核心数的数据流。比如我们常说的双核、四核、八核,分别对应了 2 个、4 个、8 个独立的核心单元组,上边提到的 16 核心或者 18 核心也是同样的逻辑。

从物理硬件角度出发,线程数与核心数是一一对应的关系。即 CPU 拥有多少核心,就有多少线程。但是,为了充分利用每个核心的性能,英特尔提出了「多线程概念」。

实际上,线程数是一种逻辑的概念,就是模拟出的 CPU 核心数。简单来讲,它可以通过一个 CPU 核心数模拟出双线程的 CPU,也就是说它可以同时运行两个线程,但实际性能相比实际核心还是有一定差距。所以很多时候,你从任务管理器中读取的 CPU 核心数并不等同于实际物理核心数。

值得一提的是,过去很长一段时间,多线程概念仅仅基于 Intel 的 CPU 而言,不过随着 AMD 刚刚发布的最新 Ryzen 锐龙处理器同样支持多线程,也打破了这个规则。

多核心的意义是什么?有关这个问题,在之前结束的 Computex 2017 上,英特尔客户端计算事业部移动端总经理 Anand Srivatsa 也给出了答案。

Anand Srivatsa 认为:「不同应用在核方面的伸缩能力不同。内容处理应用能够在很多核之间伸缩自如,游戏的伸缩能力就比较弱,所以现在大多数游戏本只配四核处理器就足够了。但其实也要考虑到超级巨型任务用户的需求,为这些用户准备多核心处理器已经是必然的趋势。」

简单来讲,多核心的优势在于,面对多任务处理时更加出色。值得一提的是,这里讲到的多任务处理并不是我们日常同时打开多个网页这些比较简单的操作,应付这些任务,四核心处理器便可以很好的完成。它所对应的是对处理器要求更高的大型任务(比如 3D 后期渲染)。

但如果应付对处理器单核性能有一定要求的运算任务,实际上由于功耗限制,你会发现拥有更多核心的处理器,反而单核性能要弱一些。

所以还是应该理性来看待 CPU 核心数提升这件事儿,如果说你确实对于多任务处理有更高的要求,那么在经济条件允许的情况下,选择拥有更多核心的处理器无可厚非。但对于更多的普通消费者而言,没有必要盲目跟风。

缓存:容量并不大,但对处理器运行速度有很大影响

由于处理器处理速度非常的快,这就对数据交换提出了严苛的要求。而缓存的出现,是用来弥补处理器速度与数据调取速度之间的差距。

由于它的工作效率远远大于系统内存和硬盘,所以可以帮助处理器更高效的工作。目前处理器缓存包括三部分: L1 Cache(一级缓存)、L2 Cache(二级缓存)、L3 Cache(三级缓存)。

这里我们从 CPU 的工作原理来出发,来更为详细的对缓存进行解释。具体来讲,CPU 要读取一个数据时,会首先从缓存中查找,找到就立即读取。如果没有找到,则需要从内存中去调取数据,但工作效率也相应地会有所下降,通俗来讲,处理器性能会受到影响。

总结 CPU 调取数据的顺序,其实是先缓存,再内存。缓存与内存的关系,实际上和内存与硬盘之间的关系大致相同。

用一个相对形象的比喻来说,内存相当于仓库,而硬盘则可以看成播着有各类庄稼的土地。为了方便,通常的逻辑是先把庄稼收割放到仓库里,需要的时候,即可直接从仓库中调用。

就此而言,仓库的容量显然越大越好。理论上更大的缓存容量,无疑可以帮助处理器可以更快速的调度数据。但碍于制造工艺以及 CPU 内有限的面积,就目前而言,缓存容量并不大。

不过虽然缓存容量有所限制,可以做的事情还是很多。比如刚刚发布的酷睿 i9 处理器,其除了在核心数量方面相对以往有所提升,英特尔在底层架构方面也做了一些调整,比如通过调整 L2/L3 比例,加大 L2(二级缓存)规模来有效提高性能。

总结

以上我们谈到了 CPU 的主频、核心数、缓存对其性能所产生的影响,正如文章开始时我说到的,这几项仅仅是所有影响处理器性能因素中的几项,包括架构、制造工艺、工作电压等都会对处理器的性能有影响。

当然,除了前边列举出来的几项,使用过程中,它的实际表现还会受到很多不可控因素的影响。比如温度这一项。

以笔记本产品为例,无论轻薄本、商务本还是目前比较火的游戏本,散热性能都是大家关注的焦点。尤其是经常处于长时间、高负载运行的游戏本,对于自身散热要求要更高。

究其原因,除了机身温度会造成使用体验下降,更重要的一点在于,当温度过高的情况下,将导致处理器降频,造成性能下降。

严格来讲,我们在考察一款处理器性能是否足够出色的时候,需要顾及到的因素很多。但从消费者实际购买的角度出发,如果把所有可能影响处理器性能的因素考虑在内,去衡量是否应该入手,显然不太现实。

其实,无论 Intel 还是 AMD,对于旗下不同产品线都进行了目标人群分类。大家在购买相关产品的时候,提前去查阅相关资料,根据自己的实际需要去选择即可。

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