CPU 性能

CPU 的本质

CPU 一般被叫做超大规模集成电路，这些电路，实际上都是一个个晶体管组合而成的。CPU 在计算，其实就是让晶体管里面的“开关”不断地去“打开”和“关闭”，来组合完成各种运算和功能。

要想计算得快，一方面，我们要在 CPU 里，同样的面积里面，多放一些晶体管，也就是增加密度。

另一方面，我们要让晶体管“打开”和“关闭”得更快一点，也就是提升主频。

能耗、散热

制成精度越低，晶体管之间的间距就会变大，电信号传输的时间就会变长，运算速度自然就慢了。

$$ \frac{负载电容电压^2开关频率*晶体管数量} {2} $$

同样的面积下，我们想要多放一点晶体管，就要把晶体管造得小一点。这就是平时我们所说的提升“制程”。

从 28nm 到 7nm，相当于晶体管本身变成了原来的 1/4 大小。

功耗和电压的平方是成正比的。这意味着电压下降到原来的 1/5，整个功耗会变成原来的 1/25。

事实上，从 5MHz 主频的 8086 到 5GHz 主频的 Intel i9，CPU 的电压已经从 5V 左右下降到了 1V 左右。这也是为什么我们 CPU 的主频提升了 1000 倍，但功耗只增长了 40 倍。

但是有个问题：电压要达到一定的水平才能保证运行时不出错。

写程序不考虑性能，等明年 CPU 性能提升一倍，到时候性能自然不成问题。这种想法已经不可行了。

从奔腾 4 开始，Intel 意识到通过提升主频比较难去实现性能提升，便开始推出 Core Duo 这样的多核 CPU，通过提升“吞吐量”而不是“响应时间”，来达到目的。

限制：有些计算是没有办法并行进行的，需要顺序执行，一步一步来。