CPU的的單核性能有多重要，這個(gè)不用再重復(fù)了，但是CPU的單核性能可以無(wú)限增加下去嗎？回答這個(gè)問(wèn)題之前，先說(shuō)一個(gè)小故事吧。

很多年前VIA威盛還可以跟英特爾硬剛，那時(shí)候是Pentium 4時(shí)代，英特爾在CPU頻率不斷突破1GHz、2GHz、3GHz之后要做更高頻率的CPU，放言稱(chēng)奔4頻率上4GHz，后來(lái)就有了英特爾前任CEO巴瑞特下跪的一幕，因?yàn)橛⑻貭栐诒?時(shí)代并沒(méi)有如承諾的那樣推出4GHz高頻的產(chǎn)品。

但是很多人不知道的是，4GHz并不是英特爾當(dāng)時(shí)的最終目標(biāo)，2001年的IDF會(huì)議上英特爾曾經(jīng)表示奔4處理器可以上10GHz頻率。如今18年過(guò)去了，這個(gè)目標(biāo)一直都沒(méi)實(shí)現(xiàn)，（硅基時(shí)代）可能永遠(yuǎn)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)了。

這件事就能說(shuō)明CPU頻率不是想提升就提升的，奔4時(shí)代過(guò)去這么多年了，其實(shí)CPU的主流頻率依然在4GHz左右，英特爾雖然在酷睿i7-8086K上首次實(shí)現(xiàn)官方5GHz頻率，但絕大多數(shù)處理器日常使用的頻率都沒(méi)這么高，高負(fù)載下頻率在4GHz出頭就不錯(cuò)了。

制約單核性能超強(qiáng)的CPU出現(xiàn)的第一個(gè)問(wèn)題就是頻率無(wú)法大幅提升，而這個(gè)因素也跟現(xiàn)在的制程工藝有關(guān)，實(shí)質(zhì)上是摩爾定律已經(jīng)失效了，這個(gè)影響了半導(dǎo)體行業(yè)50年的金科玉律隨著硅基芯片物理極限的到來(lái)已經(jīng)失效了，從28nm節(jié)點(diǎn)之后其實(shí)就沒(méi)有帶來(lái)很大的性能改進(jìn)了，而且功耗問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。

大家都知道理論上制程工藝越先進(jìn)（制程數(shù)字越?。?，CPU性能會(huì)更高，功耗、發(fā)熱會(huì)更低，但是實(shí)際上這個(gè)問(wèn)題很復(fù)雜，CPU的功耗可以分為靜態(tài)功耗（Static Power）及動(dòng)態(tài)功耗（Dynamic Power），前者主要是漏電流引起的，制程越先進(jìn)，漏電流又有增加的趨勢(shì)，而動(dòng)態(tài)功耗可以用1/2*CV2F這個(gè)公式來(lái)計(jì)算，F(xiàn)頻率越高，動(dòng)態(tài)功耗就越高。

為了上更高的頻率，電壓增加不可避免，但電壓高了功耗也高了，總之靜態(tài)功耗、動(dòng)態(tài)功耗的存在就決定了CPU頻率越高，功耗就會(huì)極速增加，將會(huì)嚴(yán)重影響處理器的性能表現(xiàn)，因?yàn)橐殿l。

說(shuō)到這一點(diǎn)，英特爾的14nm工藝雖然被人調(diào)侃擠牙膏，但從技術(shù)上來(lái)說(shuō)真的很牛了，從Skylake架構(gòu)的第一代14nm到現(xiàn)在Coffee Lake的14nm++工藝，性能提升26%，或者功耗降低52%，在不改變基本結(jié)構(gòu)的情況下這個(gè)成績(jī)很難得。

制程工藝的放緩導(dǎo)致CPU頻率不可能大幅提升，有很多人會(huì)想到那么有沒(méi)有非常牛的CPU架構(gòu)讓IPC性能大幅提升呢？理論上這種思路是可以的，但是現(xiàn)實(shí)很殘酷，CPU架構(gòu)還是要服從半導(dǎo)體工藝物理定律的，沒(méi)有先進(jìn)的工藝，再好的CPU架構(gòu)也不可能實(shí)現(xiàn)。

此外，即便不考慮工藝對(duì)CPU架構(gòu)的影響，單純說(shuō)CPU架構(gòu)的話(huà)，不論是X86還是ARM架構(gòu)，在64位時(shí)代CPU單元不外乎就是ALU單元、緩存、I/O等子單元， 但是不論提升那部分單元，歸根到底還是要算到晶體管數(shù)量上來(lái)，還要考慮提升導(dǎo)致的成本——這個(gè)成本不只是錢(qián)的問(wèn)題，比如提升L1/L2/L3緩存可以提高性能，但是緩存占用的核心面積很大，而且還有命中率及命中懲罰的問(wèn)題，不是隨便加加單元就行的。

此外，CPU的內(nèi)部還可以分為整數(shù)部分、浮點(diǎn)部分，前者對(duì)日常使用很重要，浮點(diǎn)性能對(duì)計(jì)算更重要，但CPU的浮點(diǎn)性能并不是日常所需的，所以大家普遍感覺(jué)不到這部分的提升。

公平地說(shuō)，近年來(lái)CPU浮點(diǎn)單元的進(jìn)步是符合題目所說(shuō)的單核超強(qiáng)的要求的，因?yàn)閺腟SE到AVX到AVX2再到最新的AVX-512，CPU浮點(diǎn)性能是有大幅提升的。如英特爾所說(shuō)：“借助多達(dá)兩個(gè)512位融合乘加 （FMA） 單元，應(yīng)用程序在512位矢量?jī)?nèi)的每個(gè)時(shí)鐘周期每秒可打包32次雙精度和64次單精度浮點(diǎn)運(yùn)算，以及八個(gè)64位和十六個(gè)32位整數(shù)。因此，與英特爾高級(jí)矢量擴(kuò)展 2.0（英特爾 AVX2）相比，數(shù)據(jù)寄存器的寬度、數(shù)量以及FMA單元的寬度都增加了一倍?！?/p>

但是前面也說(shuō)了，CPU的浮點(diǎn)性能不是日常所需的，整數(shù)性能更加重要一些，但是整數(shù)單元性能提升就沒(méi)這么明顯了，導(dǎo)致很多人以為CPU架構(gòu)多年來(lái)擠牙膏。