文/M叔

圖侵刪

我敢跟你打個賭，你問身邊的熟悉的人："買手機(jī)或者電腦，處理器是單核好還是雙核好？"

十個人起碼有九個都會回答"肯定雙核啊"，理由通常是"人多力量大之類的"。

如果按照這邏輯8核一定比4核的快，16核一定比8核快，以此類推，核是越多越好。

可是，我得告訴你情況不是這樣的。

CPU發(fā)展的困境

我們買電腦時，常常看到上面圖片里的參數(shù)，如果只能選一項(xiàng)的話，其中CPU主頻這欄是比較直觀的反應(yīng)CPU快慢的參數(shù)。（雖然這樣理解不夠全面，但是好理解）

CPU的主頻，即CPU內(nèi)核工作的時鐘頻率，一般以GHz(1GHz=1000MHz)為單位。也可以理解成CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號振蕩的速度，比如，1GHz指數(shù)字脈沖信號在每秒鐘振蕩一億次。

要知道，三十多年前，英特爾在1983年能做出來的最好的CPU主頻才20Mhz，幾十年時間里CPU技術(shù)在快速發(fā)展，2000年英特爾就能做出2000Mhz的CPU了，十七年的時間就主頻率上增加了100倍!

你或許聽過摩爾定律，就是說"所有的芯片每18個月之后，它的運(yùn)算速度要增加一倍，這個定律就是英特爾的創(chuàng)始人提出來的。"

CPU的發(fā)展一直遵循摩爾定律，但是摩爾定律到了近幾年漸漸不靈了。在2017年，英特爾單核CPU最高主頻速度只達(dá)到4000Mhz，十七年的時間頻率上比2000年只增加了1倍。尤其是最近3年，頻率上可以說幾乎沒怎么增加。

CPU的發(fā)展好像遇到了技術(shù)瓶頸，那么是怎么的技術(shù)難題呢？

CPU的技術(shù)難題之一發(fā)熱

只從發(fā)展時間和主頻值看，大家都能明顯感覺英特爾的CPU技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得很快了。但是應(yīng)用開發(fā)商們，一旦看到CPU的性能有冗余，一定會在冗余的算力基礎(chǔ)上開發(fā)更多功能的軟件，以此來滿足消費(fèi)者多樣性的需求。這樣就倒逼CPU的生產(chǎn)企業(yè)，不斷開發(fā)出更快更好的處理器芯片。

于是，芯片設(shè)計(jì)企業(yè)想方設(shè)法的把頻率提升，遺憾的是，隨著主頻率的提升，CPU的發(fā)熱也按正比例提升，主頻提升一倍，發(fā)熱也提升一倍，而且提升頻率的過程中CPU出現(xiàn)工作不穩(wěn)定的情況，處理的程序要么出現(xiàn)亂碼，要么死機(jī)。

很多芯片工程師提出提升電壓解決CPU不穩(wěn)定的問題，但是電壓提升后對CPU的發(fā)熱，簡直是火上澆油。CUP發(fā)熱比之前還高，將電壓增加兩倍，發(fā)熱量是之前的4倍。

讓芯片企業(yè)十分為難的是，現(xiàn)在為了滿足客戶的需求，把速度提升了一倍，為了保證穩(wěn)定，把電壓提升了1倍，疊加后總的結(jié)果就是，發(fā)熱是從前的8倍。

一倍速度的提升，換來8倍發(fā)熱，本來之前的CPU發(fā)熱就是難題，光加風(fēng)扇肯定是不行的。

況且按照這個情況，CPU速度幾輪提升后，發(fā)熱的量簡直不敢想象，可能一開機(jī)CPU就燒壞了。

硅基芯片的極限

工程師根據(jù)失敗經(jīng)驗(yàn)和理論明白了，應(yīng)付發(fā)熱暴增的強(qiáng)效方法是縮小芯片尺寸。

要說明白這個原理，就要提到MOSFET的結(jié)構(gòu)，不過這個太專業(yè)了，涉及很多陌生概念，今天我們就簡單理解一下：

我們把半導(dǎo)體的開關(guān)管想象成一道閘門，那么閘門越大，每次打開關(guān)上耗費(fèi)的能量就越多，這些能量最終都會變成熱能。如果閘門做得越小，每次開關(guān)耗費(fèi)的能量就少多了。

以前CPU 的核心大概就是平面1.5平方厘米的硅片制作而成，一張12寸直徑的硅片圓盤大約值2.8萬美元，縮小尺寸意味著一片硅片圓盤上可以切出更多的CPU核心。

所以，縮小CPU的尺寸，不光能解決發(fā)熱問題，還能大幅度降低了成本，又提升了CPU的頻率，簡直是一舉三得。

但是，到2007年開始，縮小CPU尺寸這一招也接近極限了。

CPU晶體管放大圖

我們現(xiàn)在的手機(jī)上的處理器上，大致有100億個晶體管，這些晶體管是CPU算力的基礎(chǔ)。剛剛我們說了，CPU的核心是個平面為1平方厘米左右的硅片，就這么大個東西上要做100億個晶體管，你可以想象每個晶體有多小了。如果晶體管再小下去，很可能就會出現(xiàn)"量子效應(yīng)"——也就是說，芯片會變得不穩(wěn)定、不可靠。

越來越多的核心的真正原因

基于上面的原因，CPU的企業(yè)們想到的辦法就是多核心來增加算力。

為了多核處理器能夠正常工作，程序員在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)語言和應(yīng)用程序時，是盡量把單一任務(wù)拆分成多線程的任務(wù)，以此來平衡處理器之間的算力。

舉個例子，我們要給一張照片做一鍵美顏，一個CPU處理當(dāng)然沒問題，16個也行，只要把這個任務(wù)分成16份就可以了。

不過多核心處理器方案也有它的弊端：

1.有相當(dāng)多任務(wù)壓根就沒法完成多任務(wù)，只能交給一個核心完成。

2.多核心有算力浪費(fèi)，假如單個4GHz的核心能提供1個單位的算力，4個3GHz的核心性能平均是2個單位的算力，相當(dāng)于單個核心8GHz的水平了。

3. 從單核增加到雙核是性能提升最明顯的，再增加到四核，八核，甚至二十核，帶來的提升就越來越不明顯，這不光是因?yàn)橹噶钪写_實(shí)有相當(dāng)多的壓根沒法轉(zhuǎn)化為多線程。還因?yàn)閺膯我蝗蝿?wù)分成多線程任務(wù)，再分配到每個處理器，最后再整合結(jié)果輸出，這一系列多出的步驟本身就會浪費(fèi)算力。

當(dāng)知道這些后回頭看數(shù)碼廠商，其實(shí)也挺難的，明明是整個行業(yè)遇到了技術(shù)難題，被迫用多核，又不得不營銷多核的出色計(jì)算力。

結(jié)語

好了，我們再回頭看看文章開頭的問題："買手機(jī)或者電腦，處理器是單核好還是雙核好？"

多核處理器并不能發(fā)揮1+1大于2的算力，多核也不是越多越好，它有它的極限。而且假如處理器行業(yè)，從根本上解決了發(fā)熱問題，那么其實(shí)單核比雙核要好。

比如說，我以前文章介紹過，石墨烯材料中的"魔角"——當(dāng)兩層石墨烯之間有一個特別小的夾角的時候（大概1.1°），兩層石墨烯的薄膜之間會交替出現(xiàn)超導(dǎo)和絕緣的區(qū)域。這種材料如果開發(fā)出來后，由于它超導(dǎo)的特性，基本上就不會有發(fā)熱問題。

我們之所以會脫口而出，認(rèn)為多核更好，其實(shí)商家營銷的結(jié)果。當(dāng)然并不是商家更聰明，只是他們知道的更多。不過有了這些CPU的小知識，以后再有商家給你吹，他家的產(chǎn)品是16核的，多么快，性價(jià)比多么高，你會更理智的看待了。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的流行多核处理器的真正原因流行多核处理器的真正原因有的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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