CPU的运行速度越快？它是由什么来决定？

在日常安装中，选择CPU处理器时，必须首先查看CPU拥有多少个物理核心以及它是否支持超线程技术。以英特尔为例，它决定了您对i 7、 i5的选择。进一步的细分需要考虑CPU的频率，这直接决定了要购买的特定型号。所以我们通常说这个Intel Core i3-8350k的静音频率是4GHz，而AMD Ryzen 3 1300X的静音频率是3. 5GHz，那么这个CPU频率真的是CPU的运行速度吗？是什么决定的？

英特尔和AMD在发布新CPU时总是宣布其基本频率。实际上，这个频率是多少GHz？它实际上是指CPU内部数字时钟信号的频率，也称为时钟频率，因此并不代表CPU的真正性能水平，4GHz CPU不一定比3GHz好，至少我们不能一概而论。但是时钟频率实际上与CPU的计算速度有关。频率越高，计算速度越快？那么4GHz的频率有多快？

频率的概念

在复杂的CPU数字系统中，为了确保所有内部硬件单元可以快速协同工作，CPU体系结构工程师通常设计一组时钟信号以与系统同步运行。时钟信号由一系列脉冲信号组成，并且始终是方波信号，该信号以一定的电压幅度和时间间隔连续发出，并且在0和1之间周期性地往复运动。如下所示。

第一个脉冲和第二个脉冲之间的时间间隔称为周期，其单位为秒。但是，每单位时间在1s内产生的脉冲数称为频率，最基本的频率测量单位是Hz。

时钟频率（f）和周期（T）是彼此的倒数：f = 1 / T

此公式表明，频率表示时钟在1秒内重复的次数，当前的CPU通常处于GHz级别，这意味着每秒产生10亿个脉冲信号。

CPU处理器频率

以Intel Core i3-8350k为例。它的无声频率为4GHz，这意味着其内部时钟频率为4GHz，每秒可产生40亿个脉冲信号。换句话说，每个脉冲信号仅花费时间0. 25ns（时钟周期）。这是一个令人震惊的时钟。您可以想象一下，CPU的内部结构多么复杂，能够处理这种短信号，并且整个系统有序地运行。这就是为什么说CPU是全人类智慧的结晶，得到了极大的提高。它提高了我们的技术水平。

时钟周期是CPU操作的最小时间单位，所有内部操作均基于此时钟周期。电影下载，通常来说，CPU使用时钟脉冲的上升沿作为执行指令的基准。频率越高，CPU执行的指令越多，工作速度就越快。

那么决定CPU频率的是什么？实际上，这是一个非常复杂的问题，因为确定此频率是系统性的事情，并且有许多影响频率高度的因素，例如CPU架构，管线设计，内部寄存器设计，支持的指令甚至功耗，因为在温度的物理因素中，CPU出厂频率是多种考虑因素的组合，在桶效应下的最小值被认为是CPU的最高频率。

那为什么我们当前的CPU频率会改变？

采用Turbo Boost技术的CPU的每个内核都有自己的PLL（锁相环）电路，因此每个内核的电压和频率都可以独立控制。因此，英特尔专门在CPU内部设计了PCU（电源控制单元，功耗控制）单元，PCU将以1ms（1000倍）的速度实时监控四个内核的温度，电流和功耗。每秒），因此有一个Turbo Boost频率可以根据负载进行调整，需要调整CPU的频率。同时，由于操作涉及的核心越多，控制就越复杂。因此，核数越多，可达到的最大频率就越低。

FSB

CPU诞生后不久，为了追求高性能，主要的CPU巨头开始了一场频率大战（我们不会提及是否有任何影响），但是通过这种方式，尽管已更换了CPU（ ），但是墙的，因此CPU无法与之很好地通信。英特尔巧妙地提出了倍频的概念（如下所述），并提出了迄今为止影响最大的CPU频率计算公式：频率=外部频率X提出倍频器和FSB以使主板外部的设备工作在更低的频率下频率，CPU可以正确通信。

但是，总是有很多网民将FSB频率与FSB混淆。实际上，它们并不相同。在北桥时代以前，前端总线是CPU总线接口单元和北桥芯片之间的数据交换通道。在AMD Thunderbird系列和Intel Pentium 4处理器之前，前端总线和FSB是相同的，但是后来出法则，那就是著名的摩尔定律，该定律解释了晶体管数量与性能提高之间的关系。很难说它还活着还是死了还活着。但是，我们今天要谈论的是另一种鲜为人知的法则-丹纳德缩放法。

1974年，内存之父罗伯特·丹纳德（Robert Dennard）在他的论文中指出，晶体管面积的减小导致晶体管所消耗的电压和电流以几乎相同的比率减小。这就是丹纳德的定律。许无法弄清楚。这与CPU频率的增加有半角钱吗？

它确实紧密相关。让我们首先了解如何计算晶体管功耗。静态功耗是常规电压乘以电流W = VxI。当晶体管在1和0之间进行相互转换时，它将根据开关频率W = V2xF产生动态功耗。显然，频率越高，功耗就越大，但是在接下来的30年中，我们是否不放弃制造更高频率的CPU？

答案是我们的半导体工艺一直在改进，甚至达到了10nm，并且即将实现7nm的批量生产。根据Dennard的缩放比例，工艺的改进可以使晶体管更小，导通电压更低，这显然可以补偿由于频率增加而引起的功耗增加。但是我们的过程并没有得到无休止的改进。它将很快进入长期的技术平台时期，而7nm之后的道路将非常困难。

此外，在减小晶体管尺寸之后，静态功耗没有减少而是增加了，这带来了大的热能转换。另外，晶体管之间的蓄热非常严重，使得CPU的散热问题成为亟待解决的问题。如果散热不好，CPU的寿命将大大缩短，而当前流行的动态频率技术将使CPU处于最低工作频率，而高频只是装饰和玩笑。由于随之而来的散热问题，仅增加CPU时钟频率已不再现实。毕竟，我们不会一直使用液氮来冷却CPU，因此Intel和AMD非常有兴趣停止高频芯片的研发。并开始对低频多核架构进行研究。

最终超频通常需要液氮和液氦来帮助散热

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