處理器頻率提升的障礙

Ⅰ 為什麼現在cpu不再提高主頻而是走多核

如果你對2004年英特爾總裁貝瑞特當年當著6500人驚天一跪還記憶猶新的話，或許能更能理解這個問題，當年老貝這一跪是對「惟主頻論」失誤的真心懺悔。

當時NetBurst架構的Prescott（Pentium 4的核心），雖然已經是用了最先進的90nm工藝，但是3GHz主頻的CPU功耗就超過百瓦，如果頻率要超過4GHz，功耗將是何其了得。

所以，在這兒就可以回答題主， 正是因為功耗（散熱）制約了主頻的提升 。
登納德縮放定律的終結
相信你也聽過摩爾定律，它告訴我們，晶元中晶體管的尺寸正在不斷減小，因此晶元的晶體管數量可以不斷增加。雖然近些年，摩爾定律一直在修改，但它似乎尚未完全停止。

事實上，除了摩爾定律，還有一個很重要的定律，稱登納德縮放定律（Dennard Scaling），大體說，隨著晶體管尺寸的減小，它的功耗也按面積大致按比例下降。

摩爾定律和登納德縮放定律這兩個好基友放在一起，就是要告訴我們，可以不斷縮小晶體管尺寸，並且在CPU中容納更多晶體管，而功耗基本不變。

但是，到了Pentium 4，基本上宣告了登納德縮放定律的終結，因為Pentium 4的性能只有486的6倍，但功耗卻是後者的23倍（6^1.75）！

好吧，看看上面的圖，隨著晶體管的面積密度上升（藍色線）16倍，功耗僅下降約4倍（紫色線），功耗降低已經不再與晶元面積密度上升成正比，Dennard Scaling is dead.

也就是說，繼續以提升頻率來提升性能的方法已經行不通了！
多核也能刷性能
到底CPU的性能是怎麼定義的？英特爾是這么說的：

其中f為頻率，提升f就能提升CPU性能，不過這條路已經不通了。

但是，我們還可以提升IPC呀，IPC（instruction per clock）是每時鍾周期內所執行的指令數，所以才有了多核，2個核心，IPC就是原來的2倍，4個核心，IPC就翻了4倍，CPU的性能也就得到提升。所以我們消費級的CPU才從2核變成了4核，再到8核，現在已經升到了16核。

反正呢，現在摩爾定律還能苟延殘喘，但Dennard Scaling已是過去式，雖然工藝越來越先進，CPU里可以裝進更多的晶體管，但由於功耗牆的原因，已經沒辦法提高單個內核的頻率，解決方法是在晶元上保留更多內核以提高CPU性能。當然並非所有程序都可以支持多核，因此這種潛在的性能增益並不總是能夠得以呈現，但肯定是越來越好了。

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一個喇叭尺寸再大，音量再高，看電影的時候，也不可能比7.2聲道效果好。

理論上時鍾速度越高，也就是主頻越高，CPU運行的速度就越快。頻率就是指單位時間內完成定期更改的數量，有的指令可以在一個時鍾周期內完成，有的指令則需要多個時鍾周期來完成，如果將時鍾速度提高為3.2GHz，那麼CPU每秒就會執行32億個周期。

大家似乎很難理解主頻提高會提高CPU的性能，舉個例子：假如你舉手需要2秒，讓你1秒鍾完成一次舉手的動作，再讓你1秒鍾完成10次舉手動作，再讓你1秒鍾完成100次舉手動作，性能就是這樣被提高的。在能盡可能短的時間內讓CPU內的幾百億的晶體管快速的打開和關閉來提升CPU的運算能力。
提升CPU的主頻確實能夠提高CPU的性能，但很快被玩殘了
早期在絕大多數人的認知里，都認為主頻越高CPU的性能就一定越高，CPU的製造產商在過去也是一直這樣引導普羅大眾的。這就引發了英特爾和AMD持久的主頻爭霸戰。

AMD的速龍系列率先突破1GHz，使得英特爾亂了陣腳，慌忙地推出奔騰3系列。倉促推出的奔騰3還有很多問題所以並沒有幫英特爾扳回一局，所以很快就推出了基於NetBurst架構的奔騰4。速龍出場1.1GHz左右，而奔騰4則快速的拉到了1.4GHz左右，致使AMD的價格優勢盡失。

奔騰4雖然贏得了市場，但有心人很快就發現了問題，奔騰4在很多方面的表現還不如奔騰3，典型的「高頻低能」來描述。

這一切都歸功於NetBurst架構的超長流水線來提高主頻，20級流水線說句不好聽的就是在磨洋工，磨洋工就磨洋工吧，但痛點就是CPU的熱量大，所以後期的CPU對於風扇和散熱器的要求越來越高，這才有了後來的用CPU煮餃子，烤肉的梗。

性能不夠、超頻來湊，AMD也同樣犯過這樣的錯誤，通過超長流水線來提高CPU的頻率，比如4.7Ghz主頻的是FX-9590，TDP達到了220W，風冷壓不住，只能採用高端水冷散熱。這才有了網上所說的i3默秒全的梗，追求單核主頻的AMD最終坐實了千年老二的位置。不過還好AMD後期開始認識到問題的嚴重性，多核RYZEN系列開始有翻身的跡象。
單核通過提高主頻來提升CPU的性能註定只是一個笑話
2004年64歲的英特爾CEO當著6500多技術人員的面跪下道歉宣布放棄4GHz主頻的奔騰4，這說明英特爾也沒能解決CPU主頻提高散熱量增大的問題。這是英特爾的轉折點，也是單核到多核的一大轉折點，因為英特爾是繼Sun、IBM、AMD之後宣布走向多核。

CPU的性能=時鍾頻率*IPC（IPC即一個時鍾周期完成的指令數），而CPU的功耗和電流*電壓*電壓*主頻成正比，增加主頻很可能會以3次方的速度增加CPU的功耗，而增加IPC只會線性的增加CPU的功耗。假如增加1倍IPC而減少一倍時鍾頻率很可能產生一個結果CPU性能沒有改變，而功耗卻大幅地降低了。毫無疑問多核可以增加IPC，可以減少時鍾頻率的同時增加CPU的性能。
總結
過去的30多年裡，CPU性能隨著主頻的提高而提高是晶元產業從技術、應用、產業發展的基石，而現在大廈的基石卻徹底地改變了。只能說單核提升主頻來提高CPU的性能過於理想化，以至於忽略了很多外在的因素，現實無情的打臉最終才讓晶元巨頭們走向了多核之路。

目前限制CPU的不是技術工藝，而是散熱，Intel的CPU可以輕松6-7Ghz，前提是你得液氮散熱，考慮到目前大多數風冷散熱現實，限制主頻2-4之間，也是對市場妥協。如果將來某一天，普及微型液氮散熱器，說不定多核就沒那麼重要了

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首先，要說的是現在手機也不是不提高主頻了，只是提高的速度比以前更慢了。

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不要光用頻率衡量CPU的單核性能。舉個例子，里程碑1代的555Mhz主頻的德儀CPU，可以把HTC G7上面那顆1Ghz CPU從上到下秒一個遍。CPU單核心性能，可以用車輛的輪子計算。頻率只是轉速，代表轉多塊。影響的另外一個因素是單核能效，對應的是輪子的直徑。輪子的直徑大，並不需要轉多快也能維持高度。但是直徑小的，必須提高轉速才能達到一樣的速度，帶來的結果就是功耗和發熱的提高。

不要看核心頻率來定量CPU性能，要看核心架構在看頻率，一般同一架構頻率越高性能越好，像3.2gHz的八核推土機性能還不如四核八線程的酷睿i5性能好。四核四線程奔騰N4200還沒有雙核四線程M5性能好。目前CPU領域性能最好的是酷睿了，像主機CPU美洲豹架構只能和打樁機差不多，和酷睿i差遠了，有人推測八核美洲豹性能居然只有比雙核酷睿i5好一點。

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CPU性能可以通過哪些參數來衡量，相信很多人最先想到的都是CPU頻率，在架構工藝相同的情況下，CPU頻率越高性能越強。記得在2003年之前，CPU的頻率提升幅度都不算小，1981年的時候IBM電腦的CPU頻率是4.77Mhz，到了1995年英特爾CPU頻率達到了100Mhz，提升了20多倍。

2000年AMD的CPU頻率領先Intel突破了1Ghz，這5年裡面頻率提升了10倍，隨後2003年英特爾CPU頻率達到了3.7Ghz，就3年的時間，頻率又翻了幾倍，而到了2021年，CPU單核最高也就5.3GHz了，相比過去那些年的CPU頻率提升可以用緩慢來形容了。

為什麼主頻提不上去？
影響CPU頻率的一個物理限制條件是，主頻與信號在晶體管之間傳輸的延遲成反比，也就是說晶體管密度越大,時鍾頻率越高，而這也是在2003年以前CPU頻率可以通過採用更先進的工藝來提升主頻，而且提升的效果是特別明顯的。

但是CPU的頻率提升不是沒有限制因素的，這個因素就是能耗發熱問題，能耗過高會導致CPU發熱過大，可能會導致CPU燒毀，而CPU的能耗和時鍾頻率三次方成近似正比關系，也就是說頻率翻倍，能耗可能會達到之前的8倍。

之前對FX8350和FX9590的主頻和功耗關系進行過相關計算，大致的驗證一下能耗與頻率提升的關系，因為FX9590就是FX8350的官方超頻版本，同樣的工藝架構，同樣的核心數量，可以很好的觀察頻率和功率的關系，FX8350默認頻率是4Ghz，FX9590默認頻率是4.7Ghz。

FX9590的頻率是FX8350頻率的1.175倍，1.175的三次方是1.62，也就是說理論上來說FX9590能耗比FX8350要高62%，對二者的TDP進行對比，可以發現FX9590比FX8350要高76%（220除以125然後減去1），從這個結果來看，CPU的能耗和時鍾頻率的三次方成近似正比關系是成立的，總之可以肯定頻率和能耗的提升關系不是線性的。

當然有人會說，既然能耗增加導致發熱，那採用先進工藝不就可以緩解這個問題了，理論上來說是的，不過工藝越先進，熱密度越來越高，更容易出現積熱問題，就像7nm工藝雖然可以提供比14nm更低的能耗，但是7nm處理器的積熱問題更嚴重，能耗雖然低不少，但是溫度並不會比14nm的產品低，這也導致靠工藝提升來提升頻率越來越困難。

一個CPU中含有數十億個晶體管，比如英特爾的主流CPU擁有20億個晶體管，在某些高端產品中晶體管數量高達60億個。晶體管在做模擬信號的相互轉換時會根據CPU主頻的高低產生動態功耗，因而CPU的主頻越高，發熱量就越大。

當然晶元的製造工藝一直是在不斷發展，根據摩爾定律，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔一年半會增加一倍，性能也將提升一倍。

2000年的奔騰4處理器，製作工藝是180nm；

2010年的酷睿i7-980X，製作工藝32nm；

2013年的酷睿i7 4960X，製作工藝是22nm；

現如今酷睿i7 9700k的製造工藝更是達到了10nm級別。晶體管做得越小，導通電壓更低，就可以補償了CPU主頻升高帶來功耗的增加。

但是，CPU的製造工藝是不會無休止地提升，越往後技術難度越大， 因而製造工藝是限制目前CPU主頻提升的最大障礙 。 而且晶體管尺寸是減小了，但數量的增加會使晶體管之間的積熱問題凸顯出來，因此總的發熱量並不會有太多減少。

況且主頻僅僅是CPU性能表現的一個方面，而不代表CPU的整體性能。CPU的性能參數還有二級緩存、三級緩存、指令集、前端匯流排等方面。一味地升高CPU的主頻,會使CPU的發熱量成倍增加，最後為了給CPU降溫就要在散熱裝置上花費極大的功夫，這樣做是得不償失的。

所以為了增加CPU的速度，半導體的工程師們就給CPU設計多個核心，能夠達到相同的效果。就好比有100道算術題要計算，單核CPU就是讓一位速算高手來完成，而多核CPU就是請了四位速算能力一般的人，但最後還是四個人完成100道題所用的時間短，畢竟人多力量大嘛。

Ⅱ CPU多少多少納米到底是什麼意思

就是通常我們所說的CPU的「製作工藝」，是指在生產CPU過程中，集成電路的精細度，也就是說精度越高，生產工藝越先進。在同樣的材料中可以製造更多的電子元件，連接線也越細，精細度就越高，CPU的功耗也就越小。

晶元製造工藝從1971年開始，經歷了10微米、6微米、3微米、1.5微米、1微米、800納米、600納米、350納米、250納米、180納米、130納米、90納米、65納米、45納米、32納米、22納米、14納米、10納米，一直發展到目前(2019年）最新的7納米，而5納米將是下一代CPU的發展目標。

(2)處理器頻率提升的障礙擴展閱讀

計算公式

以當前處理器的製程工藝乘以0.714即可得出下一代CPU的製程工藝，如10*0.714=7.14，即7.14納米。

提高處理器的製造工藝具有重大的意義，因為更先進的製造工藝會在CPU內部集成更多的晶體管，使處理器實現更多的功能和更高的性能；更先進的製造工藝會使處理器的核心面積進一步減小，也就是說在相同面積的晶圓上可以製造出更多的CPU產品，直接降低了CPU的產品成本，從而最終會降低CPU的銷售價格使廣大消費者得利。

更先進的製造工藝還會減少處理器的功耗，從而減少其發熱量，解決處理器性能提升的障礙,處理器自身的發展歷史也充分的說明了這一點，先進的製造工藝使CPU的性能和功能一直增強，而價格則一直下滑，也使得電腦從以前大多數人可望而不可及的奢侈品變成了現在所有人的日常消費品和生活必需品。

總體來說，更先進的製成工藝需要更久的研製時間和更高的研製技術，但是更先進的製成工藝可以更好的提高中央處理器的性能，並降低處理器的功耗，另外還可以節省處理器的生產成本，以便降低售價。

參考資料來源：網路-製造工藝

參考資料來源：網路-製程工藝

Ⅲ CPU的頻率最高能到多少呢最大的賣點有哪些

理論上講，CPU的主頻是沒有上限的。但是現實是，隨著CPU的頻率增加，其功耗與發熱的增加，卻不是線性增加的，目前主流產品的頻率一般小於4GHz。所以，CPU的頻率有極限，但是這個極限，說不好是多少，因為技術在發展。最重要的一點是，現在發展方向，是朝著多核發展，而不是高頻發展，所以，頻率極限不好確定。

但是，最主要的是買點就是這個技術依然在不斷發展，各種技術手段的發明使得該行業的發展跟上了摩爾定律的步伐。在90納米時，應變硅發明了；45納米時，增加每個晶體管電容的分層堆積在硅上的新材料發明了；22納米時，三柵極晶體管的出現保證了縮小的步伐。那麼相應的，CPU的頻率是可以提升的，因為工藝的提升，極大的降低了CPU的發熱量。拿去年手機界的CPU高通810來說，由於CPU架構與製作工藝不相配，810的發熱量使得它“名噪一時”，大部分810產品比較失敗，今年820採用了更為先進的14nm工藝，發熱量明顯下降。

Ⅳ 製造工藝是什麼

製造工藝指製造CPU或GPU的製程，或指晶體管門電路的尺寸，單位為納米(nm)。目前主流的CPU製程已經達到了7-14納米(AMD三代銳龍已全面採用7nm工藝,intel第9代全面採用14nm)，更高的在研發製程甚至已經達到了4nm或更高，目前已經正式商用的高通855已採用7nm製程。
更先進的製造工藝可以使CPU與GPU內部集成更多的晶體管，使處理器具有更多的功能以及更高的性能;更先進的製造工藝會減少處理器的散熱設計功耗(TDP)，從而解決處理器頻率提升的障礙;更先進的製造工藝還可以使處理器的核心面積進一步減小，也就是說在相同面積的晶圓上可以製造出更多的CPU與GPU產品，直接降低了CPU與GPU的產品成本，從而最終會降低CPU與GPU的銷售價格使廣大消費者得利.....處理器自身的發展歷史也充分的說明了這一點，先進的製造工藝不僅讓CPU的性能和功能逐步提升，也使成本得到了有效的控制。

Ⅳ CPU頻率的提升到底會產生哪些影響呢

CPU頻率提升並不是很快，有人預言不會超過5GHz，確實在很長一段時間內，CPU頻率沒有超過5GHz，超過4GHz就被認為性能很好了。INTEL發布了一款8系列處理器旗艦產品intel i7 8086k，在6核12線程下達到了最大5GHZ睿頻，是intel有史以來發布頻率最高的處理器。那麼，CPU頻率的提升到底會產生哪些影響呢？

高頻CPU一定有高頻的好處，也一定會帶來性能和效率的提升。

Ⅵ cpu中的納米什麼意思

CPU作為電腦的核心組成部份，它的好壞直接影響到電腦的性能。下面是我帶來的關於 cpu 中的納米什麼意思的內容，歡迎閱讀!

cpu中的納米什麼意思：

是指CPU的製程(製造工藝)是22納米，單位面積晶體管數目更多，發熱更低，同等功耗下性能更強。製造工藝指製造CPU或GPU的製程，或指晶體管門電路的尺寸，單位為納米(nm)。目前主流的CPU製程已經達到了14-32納米(英特爾第五代i7處理器以及三星Exynos 7420處理器均採用最新的14nm製造工藝)，更高的在研發製程甚至已經達到了7nm或更高。

更先進的製造工藝可以使CPU與GPU內部集成更多的晶體管，使處理器具有更多的功能以及更高的性能;更先進的製造工藝會減少處理器的散熱設計功耗(TDP)，從而解決處理器頻率提升的障礙;更先進的製造工藝還可以使處理器的核心面積進一步減小，也就是說在相同面積的晶圓上可以製造出更多的CPU與GPU產品，直接降低了CPU與GPU的產品成本，從而最終會降低CPU與GPU的銷售價格使廣大消費者得利.....處理器自身的發展歷史也充分的說明了這一點，先進的製造工藝不僅讓CPU的性能和功能逐步提升，也使成本得到了有效的控制。

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多核心多核心，也指單晶元多處理器(Chip Multiprocessors，簡稱CMP)。CMP是由美國斯坦福大學提出的，其思想是將大規模並行處理器中的SMP(對稱多處理器)集成到同一晶元內，各個處理器並行執行不同的進程。這種依靠多個CPU同時並行地運行程序是實現超高速計算的一個重要方向，稱為並行處理。

與CMP比較，SMP處理器結構的靈活性比較突出。但是，當半導體工藝進入0.18微米以後，線延時已經超過了門延遲，要求微處理器的設計通過劃分許多規模更小、局部性更好的基本單元結構來進行。相比之下，由於CMP結構已經被劃分成多個處理器核來設計，每個核都比較簡單，有利於優化設計，因此更有發展前途。IBM 的Power 4晶元和Sun的MAJC5200晶元都採用了CMP結構。

多核處理器可以在處理器內部共享緩存，提高緩存利用率，同時簡化多處理器系統設計的復雜度。但這並不是說明，核心越多，性能越高，比如說16核的CPU就沒有8核的CPU運算速度快，因為核心太多，而不能合理進行分配，所以導致運算速度減慢。在買電腦時請酌情選擇。2005年下半年，Intel和AMD的新型處理器也將融入CMP結構。新安騰處理器開發代碼為Montecito，採用雙核心設計，擁有最少18MB片內緩存，採取90nm工藝製造。它的每個單獨的核心都擁有獨立的L1，L2和L3 cache，包含大約10億支晶體管。

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Ⅶ 為什麼近幾年cpu的ghz提升不高

MIT 研究人員最近在實驗室利用Graphene(石墨烯)製造出了新型的信號倍增器。 這種信號倍增器能夠利用很少的能量產生很純凈的信號，未來幾年可以應用於CPU製造，有望將CPU頻率從現在的幾GHz 提高到 500 - 1000GHz。

Graphene(石墨烯) 是一種2004年發現的新型材料，是一種「單層石墨」組成的具有等角六邊形狀的完美的二維結構晶體（是目前已知的唯一一種能在絕對零度以上克服熱力學漲落而存在的完美單原子層二維結構）. 它具有很多奇特的性質，成為近幾年來材料科學上的研究熱點。此前，在2008年，美國Rice大學曾利用該材料在實驗室製造出了新型的內存原型，可以用於製造<10nm的立體式超大容量內存（TB級）， 同時 比傳統的內存省電100萬倍； MIT此次的研究成果有著巨大的潛在應用價值，特別是可以替代傳統的半導體器件，用於製造超高效能的晶元上的應用令人十分期待。

不過目前最大的阻礙是石墨烯的造價，它是目前地球上最昂貴的材料之一，一塊可以放在一根頭發尖端的石墨烯樣品就高達1000美元 (Scientific America, 2008.4)。 相信未來幾年隨著更廉價的製造工藝的應用， 石墨烯的價格將會大大下降，到時這種神奇的材料將發揮巨大的威力。

Ⅷ intel的cpu14nm製程是什麼意思

製程14nm指CPU晶體管門電路為14納米。

CPU nm指的是製造CPU或GPU的製程，或指晶體管門電路的尺寸，單位為納米（nm)。目前主流的CPU製程已經達到了14-32納米，更高的在研發製程甚至已經達到了7nm或更高。

越小的nm表示更先進的製造工藝，更先進的製造工藝可以使CPU與GPU內部集成更多的晶體管，使處理器具有更多的功能以及更高的性能。

更先進的製造工藝會減少處理器的散熱設計功耗（TDP)，從而解決處理器頻率提升的障礙。

(8)處理器頻率提升的障礙擴展閱讀：

英特爾45納米高K技術能將晶體管間的切換功耗降低近30%，將晶體管切換速度提高20%，而減少柵極漏電10倍以上，源極向漏極漏電5倍以上。這就為晶元帶來更低的功耗和更持久的電池使用時間，並擁有更多的晶體管數目以及更小尺寸。

2007年，英特爾發布第一款基於45納米的四核英特爾至強處理器以及英特爾酷睿2至尊四核處理器，帶領世界跨入45納米全新時代。