CPU是否构成超级单核?技术可以实现吗?

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CPU的单核性能有多重要,这不需要重复,但CPU的单核性能可以无限增加?在回答这个问题之前,让我们来谈谈一个小故事。
多年前,VIA VIA仍然可以与Intel Hard Gang合作。那时,它是奔腾4时代。在CPU频率超过1 GHz,2 GHz和3 GHz后,英特尔必须执行更高频率的CPU。据说4 GHz频率是4 GHz。英特尔前首席执行官巴雷特跪下的场景,因为英特尔没有像奔腾4时代那样推出4GHz高频产品。
CPU是否具有卓越性能的单核?技术还可以吗?
但许多人不知道的是,4GHz并不是当时英特尔的最终目标。在2001年的IDF大会上,英特尔曾说过奔腾4处理器可以达到10GHz。现在已经过去了18年,这个目标还没有实现,基于硅的时代可能永远不会实现。
CPU是否具有卓越性能的单核?技术还可以吗?
这一事件可以说明CPU频率没有提高,但CPU 4的主流已经存在了4年。实际上,CPU的主流频率仍然在4GHz左右。虽然英特尔首次在Core i7-8086K上实现了官方的5GHz频率,但绝对是非常棒的。大多数处理器的日常使用频率不是那么高,4GHz的频率在高负载时是好的。
影响单核超级强大CPU性能的第一个问题是频率无法大幅提升。该因素也与当前的工艺技术有关。从本质上讲,摩尔定律失败了。这影响了半导体行业50年的黄金法则。硅基芯片的物理极限的到来已经失败。从28nm节点来看,它没有带来太多的性能提升,并且功耗问题变得越来越严重。
每个人都知道,工艺技术越先进(工艺数量越少),CPU性能越高,功耗和热量越低,但问题非常复杂。 CPU功耗可分为静态功耗(Static)。功率)和动态功率(Dynamic Power),前者主要是由漏电流引起的,工艺越先进,漏电流有增加的趋势,动态功耗可由公式1/2 * CV2F计算, F频率越高,动态功耗越高。
为了增加频率,电压增加是不可避免的,但是电压高并且功耗也很高。简而言之,静态功耗和动态功耗的存在决定了CPU频率越高,功耗越高,这将是严重的。由于频率降低,影响处理器的性能。CPU是否具有卓越性能的单核?技术还可以吗?
说到这一点,英特尔的14nm工艺一直在挤牙膏,但技术上非常好,从Skylake架构的14nm到咖啡湖目前的14nm ++工艺,性能提高了26%,或者消耗减少了52% %,并且在不改变基本结构的情况下很难得到这个分数。
过程技术的放缓使得无法大幅提高CPU频率。许多人会考虑是否存在可以极大地提高IPC性能的CPU架构。从理论上讲,这个想法是可能的,但现实是非常残酷的,CPU架构仍然是服从半导体过程物理的规律,没有先进的技术,无论CPU架构有多好。
CPU是否具有卓越性能的单核?技术还可以吗?
另外,即使你不考虑流程对CPU架构的影响,简单地说CPU架构,无论是X86还是ARM架构,在64位时代CPU单元无非就是ALU单元,缓存, I/O和其他子单元,但不管促销那个部分的单位,归根结底还是要看晶体管的数量,还要考虑升级成本——这个成本不仅仅是一个问题钱,如改善L1/L2/L3缓存可以提高性能,但缓存占用的核心区域非常大而且还存在命中率和命中惩罚的问题,而不仅仅是添加单位。
另外,CPU的内部也可以分为整数部分和浮点部分。前者对日常使用非常重要。浮点性能对于计算更重要,但CPU的浮点性能不是每天都需要的,所以每个人通常都不会感觉到它。这部分改进。
CPU是否构成超级单核?技术可以实现吗?
公平地说,近年来CPU浮点单元的进步符合单核超强要求,因为从SSE到AVX到AVX2再到最新的AVX-512,CPU浮点性能得到了很大提升。 。 。正如英特尔所说:“凭借多达两个512位Fusion Multiply-Add(FMA)单元,该应用程序可以在512位的每个时钟周期内每秒进行32次双精度和64次单精度浮点运算因此,与英特尔高级矢量扩展2.0(英特尔AVX2)相比,数据寄存器的宽度和数量以及FMA单元的宽度都增加了一倍。“它与8位64位和16位32位整数相比。
但正如我之前所说,CPU的浮点性能并不是每天所需要的。整数性能更重要,但整数单元的性能提升并不那么明显,这导致许多人认为CPU架构已挤压牙膏多年。
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