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为什么CPU频率和十年前比没高多少却提高了速度，速度是什么决定的？

2025-01-19 19:41:35

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回答1：

频率并不是衡量CPU性能的唯一标准。Intel、AMD在发布新的CPU的时候都会公布基础频率，其实这个频率多少GHz是指CPU内部的数字时钟信号频率（时钟频率）。它并不能代表CPU的真实性能水平，4GHz的CPU不一定就比3GHz的强。

高频低能的例子

案例一：早年，AMD和Intel还在1GHz左右激烈角逐时，Intel受到基于K7架构的速龙威胁，匆忙推出1.13GHz奔腾3处理器。奔腾3因为很多问题而被迫召回。而当时的人们认为主频的高低就代表了CPU的性能的高低。于是接连失利的Intel就憋出了一个大招，推出了NetBurst架构的奔腾4，出场就是1.4~1.5GHz。

不过很快就有人发现了问题，通过跑分测算：奔腾4的1.5G大概只有奔腾3的1.2~1.3GHz水平。频率之所以这么高，奥秘在于架构上，奔腾4基于NetBust架构采用了20级流水线技术，在这之前是10级。长流水线的好处是把频率做高，但是效率低。

案例二：像极了奔腾4的超长流水线设计，AMD的推土机也成为了奔腾4一样的高频低能，单核的性能相比自家的上一代K10架构有明显的倒退。

“性能不够、超频来凑”，把这点做到极致的是FX-9590，基础频率4.7GHz、最大动态加速到5.00GHz，TDP达到了220W。以至于90%的风冷散热器根本压不住，所以FX-9590搭配了高端水冷散热器捆绑销售。频率的概念为了确保CPU内部所有硬件单元能够协同工作，就需要一套时钟信号与系统同步进行操作。

时钟信号是由一系列的脉冲信号构成，并且总是按一定电压幅度、时间间隔连续发出方波信号，周期性的在“0”和“1”之间往复的变化。

单位时间1s内产生的重复性脉冲的个数就是频率（单位Hz），时钟频率与周期互为倒数（f=1/T）。1GHz就意味着1s会产生10亿个时钟脉冲信号，可以想象到CPU内部结构是多么精妙，可以处理如此短的信号，整套系统又可以协同有序地运行。CPU的主频为什么会变？

比如Turbo

Boost技术让CPU每一个核心都有自己的锁相环电路，这样每个核心的电压和频率都可以独立控制。功耗控制单元会以1ms（每秒1000次）的速度实时监测核心的温度、电流及功耗等参数，所以CPU可以根据负载需要调整CPU的频率。同时由于参与到运算的核心数越多，控制起来就更为复杂，所以一般核心数目越多，能达到最高频率越低。

外频在计算机主板上，以CPU为主，内存和各种外围设备为辅，有许多设备要共同在一起工作。这些设备之间的联络，数据的交换，都必须正确无误，分秒不差。因此，它们必须要有一个固定的时钟来做时间上的校正，协调或者参考。这个时钟由主板上的时钟发生器产生，就是所谓的外频。倍频CPU虽然跑得更换了，但是外部的主板芯片组、内存、外部接口还是处于旧有标准。

这些设备的运行频率早就固定下来了，并且远低于CPU工作频率，就无法很好与CPU交流。CPU要获得更快运算速度，就需要获得一个超高速的频率来支撑更快运算速度。而CPU通常就是在内部设计有一个锁相环频率发生器，对于输入的时钟信号进行分频处理，按照一定比例提高输入的外频频率，从而得到CPU的实际工作频率，这个比例就称之为倍频系数（简称倍频）。

超频根据CPU主频计算公式：主频=外频
X
倍频，超频无非就是要超外频、倍频。一般都是选择超倍频，因为超倍频提升幅度远比外频要高，而且来得容易。目前很多主板都自带一键超频功能，主板厂商都BIOS中帮你调整好超频参数，只需要一键点击皆可以超倍频。

实际上，CPU倍频高到极限了，CPU与系统其他设备传输速度还是一样。CPU从系统中得到的数据的极限速度不能满足CPU运算的速度。因此有时候为了满足外部传输需求，我们要适当超外频。超频产生的高温会导致“电子迁移”现象，

而“电子迁移”现象会损坏CPU内部精密设计的晶体管，所以一定要必须做好CPU的散热工作，液氮超频也是出于这样的考虑。

影响到频率高度的因素非常之多，如：CPU的架构、流水线设计、内部寄存器设计、支持的指令、功耗、温度等等。所以说CPU出厂频率是综合多种考虑，以最小值作为CPU的最高频率。为什么现在的CPU频率还停留在4GHz左右呢？我们先要了解晶体管功耗是如何计算的：静态功耗等于电压乘以电流，W=V*I。晶体管在“1”和“0”之间相互转换时会根据转换频率的高低产生动态功耗，W=V2*F。显然，频率越高，功耗就越大。为什么芯片产商没有放弃做频率更高的CPU呢？因为半导体工艺一直在进步，10nm、7nm、5nm、3nm。晶体管面积的缩小使得其所消耗的电压以及电流会以差不多相同的比例缩小。工艺的提升，可以让晶体管做的更小，导通电压更低，显然就弥补了频率提升带来功耗增加问题。但是工艺不能无休止境地提升，7nm以后路将会十分艰辛。

显然，频率越高，功耗就越大。为什么芯片产商没有放弃做频率更高的CPU呢？因为半导体工艺一直在进步，10nm、7nm、5nm、3nm。晶体管面积的缩小使得其所消耗的电压以及电流会以差不多相同的比例缩小。工艺的提升，可以让晶体管做的更小，导通电压更低，显然就弥补了频率提升带来功耗增加问题。但是工艺不能无休止境地提升，7nm以后路将会十分艰辛。

晶体管尺寸缩小以后，静态功耗不减反增，带来了很大的热能转换，晶体管之间的积热就会十分严重。CPU散热问题成了待解决的问题，如果散热做不好，CPU寿命大大下降。

目前的CPU普遍存在的动态频率技术，过热会让CPU处于最低工作频率，高频这时只是个装饰和笑话。单纯提高CPU时钟频率，会因为随之而来的散热问题而变得不再现实，毕竟我们不会无时无刻地使用液氮为CPU降温，所以Intel、AMD都很识趣地停止了高频芯片的研发，转而向低频多核的架构开始研究。

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