CPU處理器性能到底過(guò)剩了沒(méi)有?這個(gè)問(wèn)題爭(zhēng)論了很多年了。

曾經(jīng),不少人覺(jué)得日常上上網(wǎng)、看看視頻、打打游戲,CPU性能早就夠用了,四核甚至雙核OK——現(xiàn)在回頭來(lái)看,這種想法是錯(cuò)誤的,需求一直在變,CPU性能也需要一直跟著提升,遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有到盡頭。

CPU性能遠(yuǎn)沒(méi)有過(guò)剩:頻率、IPC雙管齊下

做為PC電腦的性能基礎(chǔ),CPU幾乎影響所有應(yīng)用的性能表現(xiàn)?，F(xiàn)在需要PC的場(chǎng)景越來(lái)越多,哪怕是辦公上網(wǎng),大家也要開(kāi)很多網(wǎng)頁(yè),掛著微信、QQ,編輯著Word、Excel或者PPT,如果是玩游戲,那在加上光追特效、直播、音視頻聊天,一般CPU早就撐不住了。

如果是內(nèi)容創(chuàng)作等生產(chǎn)力應(yīng)用,比如PS、視頻編輯、動(dòng)畫渲染之類的,那CPU性能要求就更高了。

所以說(shuō),CPU性能過(guò)剩論可以停了,現(xiàn)在大家希望的是CPU不斷提升性能,這又得從兩方面來(lái)看——大家都知道CPU性能=IPCx頻率,所以要從頻率及IPC兩方面著手。

CPU頻率上,Intel這兩年進(jìn)步很多,最新的10代、11代酷睿處理器已經(jīng)將頻率推向了5．3GHz,但是壞消息就是CPU頻率提升越來(lái)越難,而且還會(huì)帶來(lái)功耗、發(fā)熱增加的負(fù)面影響,預(yù)計(jì)會(huì)在5GHz左右徘徊一段時(shí)間了。

CPU頻率不能大幅提升,那就要看IPC性能了,它指的是Instruction per Clock(每周期指令數(shù))——在同樣的時(shí)間內(nèi)完成的指令計(jì)算越多,IPC就越強(qiáng),CPU性能也會(huì)越高。

頻率與IPC的關(guān)系就像是汽車?yán)洝俣瓤斓钠囅喈?dāng)于頻率高,單位時(shí)間內(nèi)可以多跑幾趟,而IPC相當(dāng)于拉貨能力,有的小車只能裝載一兩噸貨,換個(gè)大點(diǎn)的車(IPC強(qiáng))就可以一次拉上三五噸,CPU整體性能就這么提升了。

解決CPU性能,頻率與IPC最好的方式是雙管齊下,而IPC又跟CPU架構(gòu)息息相關(guān),提高IPC得看新架構(gòu)升級(jí)。

2年升級(jí)三代架構(gòu) Intel處理器IPC三級(jí)跳

為了提升CPU性能,Intel這兩年開(kāi)掛一般升級(jí),除了將CPU頻率提升到5．3GHz之外,IPC方面也靠著2年升級(jí)三代架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了越級(jí),今年下半年還會(huì)有12代酷睿Alder Lake問(wèn)世,性能再上一個(gè)臺(tái)階。

Intel此前使用多年的內(nèi)核架構(gòu)Skylake在10代酷睿開(kāi)始放棄,Intel推出了新一代的CPU路線圖,其中酷睿系列的主要是Sunny Cove、Willow Cove、Golden Cove,每一代內(nèi)核架構(gòu)的升級(jí)重點(diǎn)都不同。

全新架構(gòu)打頭陣的是Sunny Cove,也是針對(duì)10nm工藝重點(diǎn)優(yōu)化的CPU架構(gòu),首發(fā)于IceLake10代酷睿處理器上,其主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是通過(guò)改進(jìn)架構(gòu)來(lái)提升大量應(yīng)用的性能及能效,幾乎所有應(yīng)用中都有明顯的性能提升,重點(diǎn)就是ST單線程性能。

為了提高IPC性能,Sunny Cove內(nèi)核的內(nèi)部設(shè)計(jì)相比Skylake有很大不同,各部分的配置“更寬,更深,更多“,比如L1數(shù)據(jù)緩存提升50%、L2緩存翻倍,執(zhí)行端口從8個(gè)增加到10個(gè)等等。

在通用性能上,Sunny Cove能夠減少延遲、提高吞吐量、提升并行計(jì)算能力,改善游戲、多媒體、數(shù)據(jù)等相關(guān)應(yīng)用體驗(yàn)。

除此之外,Sunny Cove還針對(duì)特殊應(yīng)用做了強(qiáng)化,涉及人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)、加解密、壓縮/解壓、通信/網(wǎng)絡(luò)、通用SIMD(單指令多數(shù)據(jù)流)/矢量處理、特殊SIMD/矢量處理、多線程與多代理處理等等。

其中的代表就是AES加密解密性能,在Sunny Cove架構(gòu)的10代酷睿處理器上,7-Zip的性能可提升75%,效果非常明顯。

10nm Sunny Cove架構(gòu)是近年來(lái)Intel架構(gòu)改進(jìn)最大的一次,所以它在性能上的提升非常明顯,在同樣的15W功耗下,IceLake處理器的ST單線程性能相比Skylake提升了30-40%以上。

綜合大量應(yīng)用來(lái)算,Sunny Cove架構(gòu)的IPC性能少則提升10%左右,多則提升40%,平均下來(lái)提升18%,這可是Intel酷睿處理器最近10年來(lái)提升最明顯的一次。

IceLake處理器之后,Intel又在11代酷睿、代號(hào)Tiger Lake的處理器上升級(jí)了Willow Cove微架構(gòu),工藝也升級(jí)到了10nm SuperFin,優(yōu)化版的10nm工藝提升了能效,將CPU頻率提升20%,移動(dòng)處理器也能輕松達(dá)到4．8GHz。

在IPC性能上,Willow Cove架構(gòu)在Sunny Cove上繼續(xù)改進(jìn),重點(diǎn)緩存系統(tǒng),L2緩存從512KB提升到1．25MB,L3緩存從8MB提升到12MB,同時(shí)還增加了一些新指令集,比如CET、AMX、AVX512矢量指令等等。

值得一提的是,此前的Sunny Cove、Wollow Cove核心都是首發(fā)在移動(dòng)處理器上的,今年3月份Intel推出了11代酷睿桌面版Rocket Lake-S系列,它使用的是Cypress Cove架構(gòu),這個(gè)內(nèi)核不在路線圖上,應(yīng)該是基于Suuny Cove或者Willow Cove的,移植到桌面處理器上。

Cypress Cove架構(gòu)的IPC提升了19%,幅度比Sunny Cove的18%略高。

在Intel的CPU路線圖中,最值得期待的還有Golden Cove,它會(huì)用于下半年的12代酷睿Alder Lake處理器,目前還沒(méi)發(fā)布,所以具體信息欠奉。

但從之前的消息來(lái)看,Golden Cove架構(gòu)又是一次重點(diǎn)改進(jìn),它會(huì)再次提升ST單線程性能及AI性能,改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)及5G性能,同時(shí)提升安全性。

Golden Cove還會(huì)使用大小核架構(gòu),與高效能核心Gracemont搭配,桌面版可以輕松做到16核24線程——大核Golden Cove支持HT超線程,小核不支持,所以是24線程。

其他方面,Golden Cove的IO系統(tǒng)也會(huì)全面升級(jí),支持DDR5內(nèi)存,頻率可達(dá)DDR5-6400,還有PCIe 5．0首發(fā),這也會(huì)提升Golden Cove的性能。

綜合來(lái)看,相比Sunny Cove架構(gòu)提升了18%的IPC性能,Golden Cove這一代有望提升更多,50%的IPC性能提升是可以期待的。

總的來(lái)說(shuō),從2019年到2021年,Intel加快了處理器的升級(jí)換代,2年時(shí)間就要推出三代架構(gòu),IPC性能也猶如做了火箭一樣躥升,今年下半年的Golden Cove非常值得期待。