影響CPU性能的幾大關(guān)鍵因素

隨著手機(jī)CPU廠商（高通、海思、三星、聯(lián)發(fā)科）的不斷發(fā)力，手機(jī)CPU都是四核、八核，聯(lián)發(fā)科甚至開始十核了，而且主頻也越來越高，因此絕大部分人認(rèn)為手機(jī)CPU可以和電腦CPU相媲美，但事實(shí)卻完全不是這樣。

說到CPU性能，就不得不先講清楚影響CPU性能的幾大關(guān)鍵因素：架構(gòu)、工藝、主頻、核心等，絕不是簡簡單單的核數(shù)和主頻。

手機(jī)cpu和電腦cpu的性能比較

一、架構(gòu)區(qū)別

簡單的來說，架構(gòu)對(duì)于CPU來說就像一座建筑的框架，作為CPU最基本卻也是最重要的部分。手機(jī)CPU構(gòu)架主要是基于ARM（高級(jí)精簡指令集機(jī)器Advanced RISC Machines）架構(gòu)設(shè)計(jì)，而ARM用精簡指令系統(tǒng)（RISC），設(shè)計(jì)思想減少了大量CPU內(nèi)部的指令集，造成ARM CPU性能至今一直都達(dá)不到英特爾X86 CPU的水平。　　而電腦CPU采用的是X86、X64等架構(gòu)，用復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC），最終結(jié)果是采用ARM架構(gòu)的CPU，運(yùn)算能力大大低于電腦CPU的運(yùn)算能力，同等頻率CPU浮點(diǎn)運(yùn)算能力相差在幾千到上萬倍。　　有人一定會(huì)說，那為什么手機(jī)CPU不也采用X86、X64等架構(gòu)，這是因?yàn)槎ㄎ粏栴}決定的，手機(jī)的CPU必須滿足功耗低、廉價(jià)，而X86、X64等架構(gòu)CPU確實(shí)無法滿足這一點(diǎn)。

二、工藝&主頻

手機(jī)CPU主流14/16nm，已經(jīng)趕上了電腦CPU的制程水平。再來說說主頻，CPU的主頻與CPU實(shí)際的運(yùn)算能力存在一定的關(guān)系，但并沒有直接關(guān)系。決定CPU的運(yùn)算速度還要看CPU的的綜合指標(biāo)，有緩存、指令集，CPU的位數(shù)等因素?！　∫?yàn)镃PU的位數(shù)很重要，這也就是搭載了64位的CPU的手機(jī)比32位快的多的原因。手機(jī)CPU和電腦CPU架構(gòu)由于不同，相同主頻下電腦CPU要比手機(jī)CPU的運(yùn)算能力高幾十到幾百倍。

三、核心的影響

手機(jī)多核其實(shí)應(yīng)該叫多CPU，將多個(gè)CPU芯片封裝起來處理不同的事情，你甚至可以戲稱為“膠水核心”，也就是被強(qiáng)行粘在一起的意思。在待機(jī)或者空閑的時(shí)候，八核的手機(jī)也只能用到一到兩個(gè)核心。

手機(jī)CPU與電腦CPU的性能究竟差多少？

而電腦則不同，PC的多核處理器是指在一個(gè)處理器上集成了多個(gè)運(yùn)算核心，通過相互配合、相互協(xié)作可以處理同一件事情，是多個(gè)并行的個(gè)體封裝在了一起。用一句話概括，就是并行處理，雙核就是單車道變多車道?！　≡谔幚硗患虑闀r(shí)候，核心的增多并沒有手機(jī)CPU運(yùn)算能力并沒有實(shí)際性的增強(qiáng)，可以想象性單車道擠在八輛車上的場景。這也就是為什么Intel的atom手機(jī)處理器和蘋果的處理器只有雙核，卻要比大多同頻率四核處理器都強(qiáng)。單核心能力其實(shí)更重要，這就是聯(lián)發(fā)科多核（10核心）并不能提升太多的原因。

四、GPU核心

一般來說，手機(jī)GPU是與CPU封裝在一起的在同一塊SoC上，相當(dāng)intel的核芯顯卡。而電腦則不同，早期電腦的CPU通常都是主攻運(yùn)算，視頻和圖形處理都交給顯卡，顯卡集成在北橋中?！　『髞碛辛霜?dú)立顯卡，而集顯慢慢的集成到了CPU中，而現(xiàn)在核心顯卡正在慢慢替代集顯了。值得一提的是，Intel最新的核芯顯卡功耗、性能都相當(dāng)優(yōu)秀，大有取代獨(dú)立顯卡的趨勢(shì)?！　∮绊慍PU性能的因素盤點(diǎn)

1、主頻

主頻也叫時(shí)鐘頻率，單位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用來表示CPU的運(yùn)算、處理數(shù)據(jù)的速度?！　PU的主頻=外頻&TI mes;倍頻系數(shù)。很多人認(rèn)為主頻就決定著CPU的運(yùn)行速度，這不僅是片面的，而且對(duì)于服務(wù)器來講，這個(gè)認(rèn)識(shí)也出現(xiàn)了偏差。至今，沒有一條確定的公式能夠?qū)崿F(xiàn)主頻和實(shí)際的運(yùn)算速度兩者之間的數(shù)值關(guān)系，即使是兩大處理器廠家Intel（英特爾）和AMD，在這點(diǎn)上也存在著很大的爭議，從Intel的產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，可以看出Intel很注重加強(qiáng)自身主頻的發(fā)展。

像其他的處理器廠家，有人曾經(jīng)拿過一塊1GHz的全美達(dá)處理器來做比較，它的運(yùn)行效率相當(dāng)于2GHz的Intel處理器。主頻和實(shí)際的運(yùn)算速度存在一定的關(guān)系，但并不是一個(gè)簡單的線性關(guān)系?！∷?，CPU的主頻與CPU實(shí)際的運(yùn)算能力是沒有直接關(guān)系的，主頻表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩的速度。在Intel的處理器產(chǎn)品中，也可以看到這樣的例子：1 GHz Itanium芯片能夠表現(xiàn)得不多跟2.66 GHz至強(qiáng)（Xeon）/Opteron一樣快，或是1.5 GHz Itanium 2大約跟4 GHz Xeon/Opteron一樣快。CPU的運(yùn)算速度還要看CPU的流水線、總線等等各方面的性能指標(biāo)。

主頻和實(shí)際的運(yùn)算速度是有關(guān)的，只能說主頻僅僅是CPU性能表現(xiàn)的一個(gè)方面，而不代表CPU的整體性能。

2、外頻

外頻是CPU的基準(zhǔn)頻率，單位是MHz。CPU的外頻決定著整塊主板的運(yùn)行速度。通俗地說，在臺(tái)式機(jī)中，所說的超頻，都是超CPU的外頻（當(dāng)然一般情況下，CPU的倍頻都是被鎖住的）相信這點(diǎn)是很好理解的。但對(duì)于服務(wù)器CPU來講，超頻是絕對(duì)不允許的。前面說到CPU決定著主板的運(yùn)行速度，兩者是同步運(yùn)行的，如果把服務(wù)器CPU超頻了，改變了外頻，會(huì)產(chǎn)生異步運(yùn)行，（臺(tái)式機(jī)很多主板都支持異步運(yùn)行）這樣會(huì)造成整個(gè)服務(wù)器系統(tǒng)的不穩(wěn)定?！　∧壳暗慕^大部分電腦系統(tǒng)中外頻與主板前端總線不是同步速度的，而外頻與前端總線（FSB）頻率又很容易被混為一談，下面的前端總線介紹談?wù)剝烧叩膮^(qū)別。

3、前端總線（FSB）頻率

前端總線（FSB）頻率（即總線頻率）是直接影響CPU與內(nèi)存直接數(shù)據(jù)交換速度。有一條公式可以計(jì)算，即數(shù)據(jù)帶寬=（總線頻率&TI mes;數(shù)據(jù)位寬）/8，數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率。比方，現(xiàn)在的支持64位的至強(qiáng)Nocona，前端總線是800MHz，按照公式，它的數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬是6.4GB/秒。　　外頻與前端總線（FSB）頻率的區(qū)別：前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，外頻是CPU與主板之間同步運(yùn)行的速度。也就是說，100MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號(hào)在每秒鐘震蕩一億次;而100MHz前端總線指的是每秒鐘CPU可接受的數(shù)據(jù)傳輸量是100MHz&TI mes;64bit÷8bit/Byte=800MB/s?！　∑鋵?shí)現(xiàn)在“HyperTransport”構(gòu)架的出現(xiàn)，讓這種實(shí)際意義上的前端總線（FSB）頻率發(fā)生了變化。IA-32架構(gòu)必須有三大重要的構(gòu)件：內(nèi)存控制器Hub （MCH） ，I/O控制器Hub和PCI Hub，像Intel很典型的芯片組 Intel 7501、Intel7505芯片組，為雙至強(qiáng)處理器量身定做的，它們所包含的MCH為CPU提供了頻率為533MHz的前端總線，配合DDR內(nèi)存，前端總線帶寬可達(dá)到4.3GB/秒。

但隨著處理器性能不斷提高同時(shí)給系統(tǒng)架構(gòu)帶來了很多問題。而“HyperTransport”構(gòu)架不但解決了問題，而且更有效地提高了總線帶寬，比方AMD Opteron處理器，靈活的HyperTransport I/O總線體系結(jié)構(gòu)讓它整合了內(nèi)存控制器，使處理器不通過系統(tǒng)總線傳給芯片組而直接和內(nèi)存交換數(shù)據(jù)。這樣的話，前端總線（FSB）頻率在AMD Opteron處理器就不知道從何談起了。

4、CPU的位和字長

位：在數(shù)字電路和電腦技術(shù)中采用二進(jìn)制，代碼只有“0”和“1”，其中無論是 “0”或是“1”在CPU中都是 一“位”。

字長：電腦技術(shù)中對(duì)CPU在單位時(shí)間內(nèi)（同一時(shí)間）能一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)叫字長。所以能處理字長為8位數(shù)據(jù)的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在單位時(shí)間內(nèi)處理字長為32位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。字節(jié)和字長的區(qū)別：由于常用的英文字符用8位二進(jìn)制就可以表示，所以通常就將8位稱為一個(gè)字節(jié)。字長的長度是不固定的，對(duì)于不同的CPU、字長的長度也不一樣。8位的CPU一次只能處理一個(gè)字節(jié)，而32位的CPU一次就能處理4個(gè)字節(jié)，同理字長為64位的CPU一次可以處理8個(gè)字節(jié)。

5、倍頻系數(shù)

倍頻系數(shù)是指CPU主頻與外頻之間的相對(duì)比例關(guān)系。在相同的外頻下，倍頻越高CPU的頻率也越高。但實(shí)際上，在相同外頻的前提下，高倍頻的CPU本身意義并不大。這是因?yàn)镃PU與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸速度是有限的，一味追求高主頻而得到高倍頻的CPU就會(huì)出現(xiàn)明顯的“瓶頸”效應(yīng)-CPU從系統(tǒng)中得到數(shù)據(jù)的極限速度不能夠滿足CPU運(yùn)算的速度。

一般除了工程樣版的Intel的CPU都是鎖了倍頻的，少量的如Inter 酷睿2 核心的奔騰雙核E6500K和一些至尊版的CPU不鎖倍頻，而AMD之前都沒有鎖，現(xiàn)在AMD推出了黑盒版CPU（即不鎖倍頻版本，用戶可以自由調(diào)節(jié)倍頻，調(diào)節(jié)倍頻的超頻方式比調(diào)節(jié)外頻穩(wěn)定得多）。

6、緩存

緩存大小也是CPU的重要指標(biāo)之一，而且緩存的結(jié)構(gòu)和大小對(duì)CPU速度的影響非常大，CPU內(nèi)緩存的運(yùn)行頻率極高，一般是和處理器同頻運(yùn)作，工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)內(nèi)存和硬盤。實(shí)際工作時(shí)，CPU往往需要重復(fù)讀取同樣的數(shù)據(jù)塊，而緩存容量的增大，可以大幅度提升CPU內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)的命中率，而不用再到內(nèi)存或者硬盤上尋找，以此提高系統(tǒng)性能。但是由于CPU芯片面積和成本的因素來考慮，緩存都很小。

7、CPU擴(kuò)展指令集

CPU依靠指令來自計(jì)算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)。指令的強(qiáng)弱也是CPU的重要指標(biāo)，指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。

從現(xiàn)階段的主流體系結(jié)構(gòu)講，指令集可分為復(fù)雜指令集和精簡指令集兩部分（指令集共有四個(gè)種類），而從具體運(yùn)用看，如Intel的MMX（MulTI Media Extended，此為AMD猜測(cè)的全稱，Intel并沒有說明詞源）、SSE、 SSE2（Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2）、SSE3、SSE4系列和AMD的3DNow！等都是CPU的擴(kuò)展指令集，分別增強(qiáng)了CPU的多媒體、圖形圖象和Internet等的處理能力。

通常會(huì)把CPU的擴(kuò)展指令集稱為”CPU的指令集”。SSE3指令集也是目前規(guī)模最小的指令集，此前MMX包含有57條命令，SSE包含有50條命令，SSE2包含有144條命令，SSE3包含有13條命令。目前SSE4也是最先進(jìn)的指令集，英特爾酷睿系列處理器已經(jīng)支持SSE4指令集，AMD會(huì)在未來雙核心處理器當(dāng)中加入對(duì)SSE4指令集的支持，全美達(dá)的處理器也將支持這一指令集

8、封裝形式

CPU封裝是采用特定的材料將CPU芯片或CPU模塊固化在其中以防損壞的保護(hù)措施，一般必須在封裝后CPU才能交付用戶使用。CPU的封裝方式取決于CPU安裝形式和器件集成設(shè)計(jì)，從大的分類來看通常采用Socket插座進(jìn)行安裝的CPU使用PGA（柵格陣列）方式封裝，而采用Slot x槽安裝的CPU則全部采用SEC（單邊接插盒）的形式封裝?，F(xiàn)在還有PLGA（Plastic Land Grid Array）、OLGA（Organic Land Grid Array）等封裝技術(shù)。由于市場競爭日益激烈，目前CPU封裝技術(shù)的發(fā)展方向以節(jié)約成本為主。

9、多線程

同時(shí)多線程Simultaneous Multithreading，簡稱SMT。SMT可通過復(fù)制處理器上的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，讓同一個(gè)處理器上的多個(gè)線程同步執(zhí)行并共享處理器的執(zhí)行資源，可最大限度地實(shí)現(xiàn)寬發(fā)射、亂序的超標(biāo)量處理，提高處理器運(yùn)算部件的利用率，緩和由于數(shù)據(jù)相關(guān)或Cache未命中帶來的訪問內(nèi)存延時(shí)。當(dāng)沒有多個(gè)線程可用時(shí)，SMT處理器幾乎和傳統(tǒng)的寬發(fā)射超標(biāo)量處理器一樣。

SMT最具吸引力的是只需小規(guī)模改變處理器核心的設(shè)計(jì)，幾乎不用增加額外的成本就可以顯著地提升效能。多線程技術(shù)則可以為高速的運(yùn)算核心準(zhǔn)備更多的待處理數(shù)據(jù)，減少運(yùn)算核心的閑置時(shí)間。這對(duì)于桌面低端系統(tǒng)來說無疑十分具有吸引力。Intel從3.06GHz Pentium 4開始，所有處理器都將支持SMT技術(shù)。

10、多核心

多核心，也指單芯片多處理器（Chip Multiprocessors，簡稱CMP）。CMP是由美國斯坦福大學(xué)提出的，其思想是將大規(guī)模并行處理器中的SMP（對(duì)稱多處理器）集成到同一芯片內(nèi)，各個(gè)處理器并行執(zhí)行不同的進(jìn)程。與CMP比較， SMT處理器結(jié)構(gòu)的靈活性比較突出。

但是，當(dāng)半導(dǎo)體工藝進(jìn)入0.18微米以后，線延時(shí)已經(jīng)超過了門延遲，要求微處理器的設(shè)計(jì)通過劃分許多規(guī)模更小、局部性更好的基本單元結(jié)構(gòu)來進(jìn)行。相比之下，由于CMP結(jié)構(gòu)已經(jīng)被劃分成多個(gè)處理器核來設(shè)計(jì)，每個(gè)核都比較簡單，有利于優(yōu)化設(shè)計(jì)，因此更有發(fā)展前途。目前，IBM 的Power 4芯片和Sun的 MAJC5200芯片都采用了CMP結(jié)構(gòu)。多核處理器可以在處理器內(nèi)部共享緩存，提高緩存利用率，同時(shí)簡化多處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

編輯：黃飛