? ? 做各類仿真工作，硬件條件是最基礎(chǔ)的部分。如今主流仿真應(yīng)用（結(jié)構(gòu)有限元、流體CFD等）是基于CPU運(yùn)行的，因此CPU的性能直接決定了仿真求解速度。本文就自身的理解，簡單講述CPU選型的幾個(gè)基本原則。

1 架構(gòu)與制程

? ? 基本原則：買新不買舊，一定要選發(fā)布時(shí)間較近的CPU，可以多考慮AMD的產(chǎn)品。

? ? 架構(gòu)（architecture）是硬件的基本設(shè)計(jì)框架，直接決定了CPU的整體性能。和架構(gòu)相關(guān)的另一個(gè)概念叫制程（fabrication process），表示了芯片內(nèi)電路之間的間距。

? ? 通常而言，新架構(gòu)會(huì)采用更先進(jìn)制程，會(huì)比使用不那么先進(jìn)制程的舊架構(gòu)更優(yōu)秀，因此可實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的性能。制程則數(shù)字越低越好，例如7nm制程比14nm制程好。

? ? 近幾年AMD和英特爾的架構(gòu)、制程信息總結(jié)如下，格式：年份/架構(gòu)名/制程/產(chǎn)品舉例。規(guī)劃中的產(chǎn)品線信息根據(jù)近期的新聞總結(jié)。

AMD：

2019?/?Zen 2 / 7nm /?Ryzen 9 3950X

2020?/?Zen 3 / 7nm /?Ryzen 9 5950X

2022?/?Zen 4?/ 5nm /?Ryzen 9 7950X

規(guī)劃中：2024 / Zen 5 / 3nm /?

英特爾：

2020?/ Comet Lake / 14nm / i9 - 10900

2021?/ Rocket Lake / 14nm / i9 - 11900

2021?/ Alder Lake / 10nm / i9 - 12900

2022?/ Raptor Lake / 10nm /?i9 - 13900

規(guī)劃中：2024?/?Meteor Lake / 7nm

2 核心數(shù)與頻率

2.1 運(yùn)行頻率

? ? 對(duì)于同一架構(gòu)的CPU，頻率決定了單核心性能。CPU的頻率包括基準(zhǔn)頻率和最大加速頻率兩類，其中，基準(zhǔn)頻率是指空載狀態(tài)下的CPU頻率，最大加速頻率是指滿載運(yùn)行下可以實(shí)現(xiàn)的最大運(yùn)行頻率。頻率要求為越高越好。

2.2 核心數(shù)和線程的關(guān)系

? ? 關(guān)于核心數(shù)問題，涉及核心線程的概念。利用超線程技術(shù)將一個(gè)CPU核心虛擬化為兩個(gè)線程，可極大的方便操作系統(tǒng)進(jìn)行硬件資源調(diào)度。但是超線程技術(shù)不會(huì)實(shí)際增加算力。操作系統(tǒng)分配CPU資源是按照線程進(jìn)行分配，而不是核心。

? ? 類比舉例，CPU算力資源是一大碗菜，每個(gè)需要CPU的程序是夾菜的人，超線程技術(shù)則將菜（CPU算力）均分為兩小碗（一個(gè)核心虛擬化為兩個(gè)線程），當(dāng)多人吃菜（多個(gè)程序搶CPU資源）時(shí)，更容易將菜分配給每個(gè)吃菜的人（算力根據(jù)程序需求進(jìn)行分配）。

? ? 在仿真軟件的求解設(shè)置界面中，設(shè)置的調(diào)用核心數(shù)應(yīng)該基于線程數(shù)，而非CPU核心數(shù)。應(yīng)用程序不可能越過操作系統(tǒng)直接調(diào)度硬件資源。

? ? 任務(wù)管理器中顯示的CPU信息如圖，核心（cores）數(shù)量8，線程（logical processor）數(shù)量16。在仿真軟件的求解計(jì)算設(shè)置界面中，調(diào)用核心數(shù)輸入16才能使CPU滿載運(yùn)行；輸入8只能使一半核心滿載，一半核心空載。

2.3 核心數(shù)選型原則

? ? 核心數(shù)選擇根據(jù)主要應(yīng)用場景決定。所有程序都會(huì)出現(xiàn)核心數(shù)增加后并行效率惡化的趨勢，因此無限制的增加CPU核心數(shù)并不能顯著降低求解的時(shí)間。其惡化趨勢如圖所示。

? ? 對(duì)于并行加速效率較差的軟件（例如各類基于有限元法的軟件，包括ANSYS、Abaqus、HyperWorks、COMSOL等），可以考慮采用核心數(shù)中等，但是運(yùn)行頻率很高的型號(hào)，例如AMD線程撕裂者Pro 5965WX（24核心48線程，基準(zhǔn)頻率3.8GHz，最高加速頻率4.5GHz）。由于程序本身的并行效率較差，因此進(jìn)一步增加核心數(shù)量對(duì)于節(jié)約計(jì)算時(shí)間意義不大。

? ??對(duì)于并行加速效率極佳的軟件（例如基于有限體積法的Fluent、Star-CCM+，基于離散元法的EDEM等），可以考慮使用核心數(shù)更多的型號(hào)，至于單核心的頻率則可以不要求太高，例如AMD線程撕裂者Pro 5995WX（64核心128線程）。

3 CPU類型

? ? 仿真的CPU主要采用桌面CPU或服務(wù)器CPU，很少見筆記本的移動(dòng)端CPU。而且通常筆記本電腦無論硬件算力還是散熱條件，都難以運(yùn)行復(fù)雜的仿真項(xiàng)目。

? ? 對(duì)于同時(shí)代的CPU，因?yàn)閷?shí)際上采用相同架構(gòu)，因此兩類CPU單核心的性能本身差異并不大。甚至部分服務(wù)器CPU因?yàn)榭煽啃孕枨蠖拗屏祟l率，實(shí)際性能反而不如桌面CPU。服務(wù)器和桌面CPU，更多的差距在于兩者在其他硬件的支持能力不同。部分服務(wù)器CPU型號(hào)支持多CPU擴(kuò)展、大容量內(nèi)存等，可適用于非常復(fù)雜的仿真問題。

3 CPU性能參考標(biāo)準(zhǔn)

? ? CPU性能對(duì)比，可直接參考性能測試軟件（performance benchmark software）的評(píng)分。整體而言，測試軟件評(píng)分更高的CPU，其性能更強(qiáng)。不同性能測試軟件的測試方法、打分標(biāo)準(zhǔn)等均不同，且側(cè)重于不同的應(yīng)用場景，因此需要參考多方性能測試數(shù)據(jù)做綜合對(duì)比，且詳細(xì)比較同一測試軟件中不同項(xiàng)目的測試結(jié)果。

對(duì)于仿真應(yīng)用，可推薦的測試程序：

Geekbench（官網(wǎng)：browser.geekbench.com）

PassMark（官網(wǎng)：www.cpubenchmark.net）

4 其他注意事項(xiàng)

4.1 電源系統(tǒng)搭配

? ? 電源如果供電功率不足或者供電質(zhì)量太差（例如輸出到主板的電壓不穩(wěn)定）會(huì)嚴(yán)重影響各設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致莫名其妙的死機(jī)等問題。電源輸出功率要留有一定量余量，方便后續(xù)的硬件升級(jí)（如更換顯卡、增加內(nèi)存等）

4.2 散熱系統(tǒng)搭配

? ? 良好的散熱是硬件充分發(fā)揮性能的必備條件。散熱不佳會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)通過降頻甚至強(qiáng)制關(guān)機(jī)斷電等辦法保護(hù)硬件。如果安裝空間等條件足夠，建議使用水冷系統(tǒng)，可以承載更大的散熱負(fù)荷。與此同時(shí)，散熱系統(tǒng)需要定期做維護(hù)保養(yǎng)，包括清理內(nèi)部積灰、加注導(dǎo)熱硅脂等，建議對(duì)散熱系統(tǒng)做維護(hù)頻率至少一年一次。

4.3 軟件問題

? ? 保持應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序、BIOS等軟件部分的更新升級(jí)，使軟件能夠充分發(fā)揮硬件性能。特別是仿真軟件本身，各個(gè)主要開發(fā)商均把提升并行效率，在更多核心數(shù)下可實(shí)現(xiàn)高效并行作為功能優(yōu)化方向之一。

? ? 如果不存在VMWare之類必須開啟超線程才能運(yùn)行的程序，可建議將超線程在BIOS設(shè)置為關(guān)閉。關(guān)閉后，一個(gè)CPU核心等同于一個(gè)線程，因此實(shí)現(xiàn)同樣的算力，可使用更少的核心數(shù)，提升并行效率。

? ? 關(guān)閉超線程提升并行效率的方法不適用于英特爾酷睿系列的12代及后續(xù)型號(hào)。原因在于，此方法的前提是每個(gè)CPU核心算力是相同的。酷睿系列的12代及后續(xù)型號(hào)采用大小核架構(gòu)，僅大核（性能核）支持超線程，小核（效能核）不支持超線程，而且大核小核之間的算力差異巨大。

參考：

AMD產(chǎn)品手冊(cè)?www.amd.com/en/products/specifications

英特爾產(chǎn)品手冊(cè)?ark.intel.com/content/www/us/en/ark.html#@Processors

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的仿真的硬件选型原则：CPU的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。