CPU处理器性能到底过剩了没有?这个问题争论了很多年了。

曾经,不少人觉得日常上上网、看看视频、打打游戏,CPU性能早就够用了,四核甚至双核OK——现在回头来看,这种想法是错误的,需求一直在变,CPU性能也需要一直跟着提升,远远没有到尽头。

CPU性能远没有过剩:频率、IPC双管齐下

做为PC电脑的性能基础,CPU几乎影响所有应用的性能表现。现在需要PC的场景越来越多,哪怕是办公上网,大家也要开很多网页,挂着微信、QQ,编辑着Word、Excel或者PPT,如果是玩游戏,那在加上光追特效、直播、音视频聊天,一般CPU早就撑不住了。

如果是内容创作等生产力应用,比如PS、视频编辑、动画渲染之类的,那CPU性能要求就更高了。

所以说,CPU性能过剩论可以停了,现在大家希望的是CPU不断提升性能,这又得从两方面来看——大家都知道CPU性能=IPCx频率,所以要从频率及IPC两方面着手。

CPU频率上,Intel这两年进步很多,最新的10代、11代酷睿处理器已经将频率推向了5．3GHz,但是坏消息就是CPU频率提升越来越难,而且还会带来功耗、发热增加的负面影响,预计会在5GHz左右徘徊一段时间了。

CPU频率不能大幅提升,那就要看IPC性能了,它指的是Instruction per Clock(每周期指令数)——在同样的时间内完成的指令计算越多,IPC就越强,CPU性能也会越高。

频率与IPC的关系就像是汽车拉货——速度快的汽车相当于频率高,单位时间内可以多跑几趟,而IPC相当于拉货能力,有的小车只能装载一两吨货,换个大点的车(IPC强)就可以一次拉上三五吨,CPU整体性能就这么提升了。

解决CPU性能,频率与IPC最好的方式是双管齐下,而IPC又跟CPU架构息息相关,提高IPC得看新架构升级。

2年升级三代架构 Intel处理器IPC三级跳

为了提升CPU性能,Intel这两年开挂一般升级,除了将CPU频率提升到5．3GHz之外,IPC方面也靠着2年升级三代架构实现了越级,今年下半年还会有12代酷睿Alder Lake问世,性能再上一个台阶。

Intel此前使用多年的内核架构Skylake在10代酷睿开始放弃,Intel推出了新一代的CPU路线图,其中酷睿系列的主要是Sunny Cove、Willow Cove、Golden Cove,每一代内核架构的升级重点都不同。

全新架构打头阵的是Sunny Cove,也是针对10nm工艺重点优化的CPU架构,首发于IceLake10代酷睿处理器上,其主要设计目标是通过改进架构来提升大量应用的性能及能效,几乎所有应用中都有明显的性能提升,重点就是ST单线程性能。

为了提高IPC性能,Sunny Cove内核的内部设计相比Skylake有很大不同,各部分的配置“更宽,更深,更多“,比如L1数据缓存提升50%、L2缓存翻倍,执行端口从8个增加到10个等等。

在通用性能上,Sunny Cove能够减少延迟、提高吞吐量、提升并行计算能力,改善游戏、多媒体、数据等相关应用体验。

除此之外,Sunny Cove还针对特殊应用做了强化,涉及人工智能/机器学习、加解密、压缩/解压、通信/网络、通用SIMD(单指令多数据流)/矢量处理、特殊SIMD/矢量处理、多线程与多代理处理等等。

其中的代表就是AES加密解密性能,在Sunny Cove架构的10代酷睿处理器上,7-Zip的性能可提升75%,效果非常明显。

10nm Sunny Cove架构是近年来Intel架构改进最大的一次,所以它在性能上的提升非常明显,在同样的15W功耗下,IceLake处理器的ST单线程性能相比Skylake提升了30-40%以上。

综合大量应用来算,Sunny Cove架构的IPC性能少则提升10%左右,多则提升40%,平均下来提升18%,这可是Intel酷睿处理器最近10年来提升最明显的一次。

IceLake处理器之后,Intel又在11代酷睿、代号Tiger Lake的处理器上升级了Willow Cove微架构,工艺也升级到了10nm SuperFin,优化版的10nm工艺提升了能效,将CPU频率提升20%,移动处理器也能轻松达到4．8GHz。

在IPC性能上,Willow Cove架构在Sunny Cove上继续改进,重点缓存系统,L2缓存从512KB提升到1．25MB,L3缓存从8MB提升到12MB,同时还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核心都是首发在移动处理器上的,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架构,这个内核不在路线图上,应该是基于Suuny Cove或者Willow Cove的,移植到桌面处理器上。

Cypress Cove架构的IPC提升了19%,幅度比Sunny Cove的18%略高。

在Intel的CPU路线图中,最值得期待的还有Golden Cove,它会用于下半年的12代酷睿Alder Lake处理器,目前还没发布,所以具体信息欠奉。

但从之前的消息来看,Golden Cove架构又是一次重点改进,它会再次提升ST单线程性能及AI性能,改进网络及5G性能,同时提升安全性。

Golden Cove还会使用大小核架构,与高效能核心Gracemont搭配,桌面版可以轻松做到16核24线程——大核Golden Cove支持HT超线程,小核不支持,所以是24线程。

其他方面,Golden Cove的IO系统也会全面升级,支持DDR5内存,频率可达DDR5-6400,还有PCIe 5．0首发,这也会提升Golden Cove的性能。

综合来看,相比Sunny Cove架构提升了18%的IPC性能,Golden Cove这一代有望提升更多,50%的IPC性能提升是可以期待的。

总的来说,从2019年到2021年,Intel加快了处理器的升级换代,2年时间就要推出三代架构,IPC性能也犹如做了火箭一样蹿升,今年下半年的Golden Cove非常值得期待。