英特尔|说人话系列：英特尔酷睿12代详解（2）: 单核性能为何长期停滞？酷睿处理器|CPU|芯片|it芯片

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【英特尔|说人话系列：英特尔酷睿12代详解（2）: 单核性能为何长期停滞？】

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世界牙膏大厂?
在讲CPU之前，我先来介绍一下我的朋友小明，身高1米75 ，体重100公斤。右边小明的肠子，长9米。为何1米7多的小明有近10米的肠子？因为肠子是曲折卷曲在一起的，而不是一条直线。这是重点，等下要考。

这位就是小明，右边是4倍小明身高长度的大小肠
话题回到CPU ， CPU的基本结构是晶体管，可以通过晶体管的通电断电实现0跟1的二进制变化，数百万数千万的晶体管构成了CPU的计算单元。晶体管可以是二极管三极管先不说，但是密密麻麻的晶体管构成了一条条电路。一直以来，晶体管是平面铺设的。如果让我们把镜头拉近看芯片本身呢。

芯片本身是密密麻麻的晶体管电路集合
像不像小明的肠道？这就很好理解了。如果在理想状态下，我们假设一个单核处理器，那这个芯片最外边的距离，离芯片中间是最远的，这就造成了核心内部的延迟。因为芯片电路结构不是平均分布，而是类似人肠道系统的排布，折叠延伸，所以这个延迟不是简单的加减关系，而是倍数关系。芯片过大的影响还有其他方面。比如电阻增大，发热，漏电率增加，抗干扰能力差。那成千上万的指令，就在这些无数小毛病的堆积中错误频繁，效率不增反降。
就跟小明体重增加，腰围加大，也不能增加多少智力一样，单核心芯片过大并不会造成性能显著提高，反而功耗暴涨，发热，处理效率低下。为了规避芯片自己的问题，就有了新的设计，多核。实际上，在2003年前后， AMD跟英特尔都玩不转单核性能增加了，纷纷走向了多核设计。

说：谢谢小明！
多核设计的思路就是，多个单核连在一起。而多核之间是有通信的，要受芯片内部指令调度，还要操作系统支持，而我们敬爱的微软大人有先见之明，让windowsXP支持最多4个核心的调度。而多核处理器本身，也要讲设计。一般CPU芯片最外围的部分，都是内存控制器跟连接电路之类优先级低的模块，先不用考虑复杂的公式跟英特尔内部的考虑，我们就以酷睿E5300一直到酷睿i7-8700k这些跨越15年的处理器来看，共同点是，核心计算单元都围绕在离中心6-8mm的距离之内，超过10mm延迟就会变得很大。 CPU的计算速度是每秒钟数GHZ的，这一丁点儿的延迟差距，能造成巨大影响。

45nm志强8核，涂成红蓝色的两个核心，距离差距目测2倍，实际延迟更大
如何规避这些问题？那就控制单核心处理器的大小跟规模，控制在一个合理的范围。不同核心的距离也要保证，从而保证通信速度。实际上，从奔腾2开始，整个英特尔CPU单核芯都被限制在了40-50平方毫米左右的面积。

本人就是这么懒，但是可见单核心面积多年来没多少长进
2013年，英特尔创造性的发明了3D晶体管工艺，从而可以让32nm缩小为更先进的22nm ，以便让摩尔定律延续下去。更先进的工艺带来更多问题。比如，平面排列的晶体管，现在成了堆叠。更高的单位密度，也造成了同样面积更大的延迟，更大的电阻，更高的热量。到了14nm时代，两倍于22nm的堆叠晶体管密度，让发热，电阻，漏电这些问题终于成了大问题。 2015年，英特尔第一代14nm工艺问世。结果是令人惊讶的，那高昂的发热功耗，漏电带来的性能下降，让用户苦不堪言。甚至于， i7-5700HQ笔记本处理器，它的设计温度就是105℃都属正常，而用户觉得英特尔脑子不正常。
如何解决这个问题呢？在这什么都soc的时代，英特尔14nm第二代却反集成化。将很多芯片功能拿出来放到主板，精简了部分CPU核心的功能，减少了芯片的发热跟漏电，这造就了6代酷睿i系列的成功。实话讲， 6代酷睿i系列的能耗比追平2年前22nm的haswell架构，这是进步吗？而随着英特尔的不断打磨， 14nm也随着后面+号的增加越来越好用。而可以预见的是， 14nm时代，单核心性能同频率进步有限，更多是优化跟精简。 6代酷睿i系列反SOC化来削减芯片提高能耗比，反而比较稳定。