在選擇 CPU 的時候,會發現 CPU 有各種參數,這些參數都是什麼意思,我們需要注意哪些參數?這可能是我們比較關心的問題。本文將帶你快速瞭解 CPU 的各種基本參數,讓你在看到 CPU 的參數時做到心中有數。
核心數
核心數是指 CPU 物理核心的數量,核心用於執行任務,核心數越多,可同時處理的任務就越多。
在不使用超線程技術(Hyper-Threading)的情況下,一個核心同時只能執行一個任務。
線程數
線程數是指 CPU 同時可以執行的任務的數量。
使用超線程技術可以使得一個核心可以同時處理多個任務。因此,線程數大於或等於核心數。
頻率
時鐘週期是計算機最基本的時間單位,每個時鐘週期,CPU 完成一個最基本的操作。
每秒包含的時鐘週期數就是時鐘頻率,即,時鐘頻率是時鐘週期的倒數,時鐘頻率的單位是赫茲(Hz),1 GHz = 10^9 Hz。有時會把時鐘頻率稱為時鐘速度。
主頻與睿頻/最大加速頻率
Intel 稱睿頻,AMD 稱最大加速頻率,睿頻和最大加速頻率可看作同一概念。
主頻指 CPU 的基本時鐘頻率,睿頻/最大加速頻率指 CPU 可以達到的最大時鐘頻率。
主頻和睿頻/最大加速頻率都是廠商經過測試後,充分考慮穩定、性能、功耗等因素而預設的值,睿頻不是 CPU 實際所能達到的物理極限。
超頻
BCLK Frequency,又稱外頻、系統時鐘頻率,是系統的基準頻率,系統各部件的頻率都是外頻的倍數。注意,外頻並不等同於總線頻率。
超頻指提高 CPU 時鐘頻率,可以提高 CPU 的性能。主頻 = 外頻 × 倍頻係數,超頻可以從外頻和倍頻係數入手。
由於外頻是系統基準頻率,提高倍頻會使得各部件的頻率都提高,容易導致部件運行不穩定,甚至燒壞硬件,所以,目前超頻以提高倍頻係數為主。
英特爾只有帶 K 後綴的 CPU 不鎖倍頻,而 AMD 的 CPU 全系不鎖倍頻。
當然,不是隻有 CPU 可以超頻,只是本文的超頻只談 CPU。睿頻/最大加速頻率實際上也是超頻,只不過由 CPU 自動完成。
IPC 與 IPS
IPC 表示每個時鐘週期可運行的指令的數量,IPS 表示每秒可運行的指令的數量,IPS = 頻率 × IPC。
MIPS 表示每秒可運行的指令的數量,以百萬為單位。
緩存
CPU 速度快、主存(內存)速度慢,為緩解 CPU 和 主存之間速度不匹配的矛盾,在二者之間引入緩存,緩存的速度介於 CPU 和主存之間。CPU 先去緩存中讀取數據,若發現數據不在緩存中,則再去主存讀取數據。
通常 CPU 分為三級緩存,即 L1、L2、L3,CPU 先去 L1 讀數據,若發現數據不在 L1,則去 L2 讀取數據,L3 同理。
緩存策略即如何維護緩存,包括將哪些數據放入緩存、哪些數據從緩存中移除等。在不考慮緩存策略的前提下,緩存容量越大,CPU 在緩存中讀取到數據的概率就越大,CPU 執行任務的速度就越快。
製程
製程指 CPU 的工藝技術,又稱工藝節點、節點,以納米(nm)為單位。製程數值越小,表示製程越先進,芯片單位面積內所能容納的晶體管的數量就越多。更先進的製程往往意味着更優秀的性能和能耗比。
台積電製程:
- 2020年量產 5nm,即 N5,此後相繼推出 N5P、N4、N4P製程;
- 2022 年量產 3nm,即 N3,此後相繼推出 N3E、N3P製程;
- 預計 2025 年量產 2nm,即 N2。
英特爾製程:
- 2019 年量產 10nm,即 Intel 7;
- 2022 年量產 7nm,即 Intel 4;
- 2024 年量產 3nm,即 Intel 3;
- 預計 2025 年量產 2nm,即 Intel 20a。
TDP
Thermal Design Power,散熱設計功耗。想讓 CPU 發揮官方標稱的性能,就需要一個散熱能力大於 TDP 的散熱器,也即,TDP 指標是供散熱器廠商以及聯想等 OEM 廠商設計和選擇散熱器參考的。
Intel 當初對 TDP 的定義是,散熱解決方案的設計必須滿足的最糟糕、最壞情況下的功耗,即 CPU 的最大功耗。
在未超頻的情況下,TDP 可看作 CPU 的最大功耗值,在超頻(含睿頻)的情況下,CPU 的實際滿載功耗大於 TDP。
指令集
計算機按指令系統進行劃分可劃分為:複雜指令系統計算機(CISC)、精簡指令系統系統計算機(RISC)。
CISC 的主要特點:
- 指令系統複雜,指令數目多;
- 指定長度不固定,指令格式多,尋址方式多;
- 可訪存的指令不受限制;
- 通用寄存器數量少;
- 各指令使用頻度相差很大;
- 各指令執行時間相差很大,大多數指令需要多個時鐘週期才能完成;
- 控制器大多采用微程序控制;
- 難以優化編譯生成生成高效代碼。
RISC 的主要特點:
- 指令系統簡單,指令數目少;
- 指定長度固定,指令格式少,尋址方式少;
- 可訪存的指令只有 Load/Store;
- 通用寄存器數量多;
- 各指令均比較常用;
- 絕大多數指令在一個時鐘週期內能夠完成;
- 控制器大多采用組合邏輯控制;
- 有利於編譯程序代碼優化。
x86 架構計算機是 CISC 的典型代表,Intel 和 AMD 均採用 x86 架構,所以在選擇 CPU 時,實際不用考慮其指令集。注意,雖然 Intel 和 AMD 均採用 x86 架構,但有各自特有的指令,也即二者的指令集並不完全相同。
架構
架構通常包括指令集架構和微架構。
指令集架構(ISA,Instruction Set Architecture)是計算機系統所支持的機器指令的集合。常見的指令集架構包括 x86、ARM、RISC-V。x86 架構在電腦領域佔主要地位,ARM 架構在手機和平板領域佔主要地位。
微架構(Micro-Architecture)是指令集架構的一種實現或具體設計,包含如何實現指令集、如何執行指令等。常見的微架構包括:AMD 的 Zen,Intel 的 Lake,Arm 的 Cortex。更先進的架構往往意味着更高的 IPC、更大的時鐘速度、更低的延遲等,這也從側面説明,“買新不買舊”有一定的道理。
核顯
核顯是整合在處理器中的顯示芯片,用於圖像處理。處理器不一定帶核顯,不如 Intel 帶 F 後綴的處理器。
在有獨顯的情況下,還需要核顯嗎?不帶核顯通常會比帶核顯的處理器更便宜,但是,差別不會太大,並且,如果有核顯,至少可以在獨顯出現故障的時候讓電腦亮機,單獨憑藉這一點,建議購買帶有核顯的處理器。
型號
處理器的型號通常包含處理器的基本參數信息。
以 intel Core i7-13700K 為例,Intel 表示品牌名,Core 表示子品牌,i7 表示產品線,13 表示代數,700 表示 SKU,K 表示帶核顯、高頻率、未鎖頻、高性能。
以 AMD Ryzen 7 7700 X 為例,AMD 表示品牌,Ryzen 表示子品牌,7 表示產品線,7 表示代數,700 表示 SKU,X 表示無核顯、高頻率、未鎖頻、最高性能。
關於處理器的命名規則,詳細可參考 電腦科普 | 電腦處理器是如何命名的,從命名中可以知道些什麼?。
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以上就是本文的全部內容,未來將會持續更新更多與電腦相關的科普文章,敬請期待。
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