现代的处理器设计，为何不能回到“低主频”时代

2004年10月的一天，在美国佛罗里达举行的一场产业会议上，时任英特尔公司首席执行官贝瑞特曾单膝跪地、双手合十，以一种夸张又略带幽默的方式向消费者诚恳道歉。

而他道歉的原因则很简单，因为当时英特尔决定取消原定即将发布的、代号“Tejas”的4GHz奔腾4处理器。他们终于意识到，一味推高频率，并不总能带来更快的速度，相反超高主频设计给整套系统带来的功耗、散热，以及成本压力已经太大。

(资料图)

当时的Intel产品路线，Tejas据说原本会被作为究极奔腾4，或奔腾5发布

是的，当时英特尔必须放弃超高主频道路，“背叛”那些唯主频论消费者的期待，并去寻找全新的产品设计方向。而在真正的新品推出前，一次隆重且幽默的道歉显然是让公司摆脱尴尬，同时为新品吸引关注的一种巧妙方式。

当然，现在我们都知道，那时候以色列的海法团队已经成功重新挖掘出了奔腾3架构的潜力，推出了在移动设备上大放光彩的奔腾M处理器。于是在基于奔腾M（或者说基于奔腾3）进行技术创新后，便很快迎来了酷睿的时代。

在当时那个年代，消费者的确破除了“主频迷信”

有意思的是，不知是英特尔方面从此对“超高主频”心有余悸，还是因为新的架构确实不擅长运行在太高的频率下，从2003年的初代奔腾-M（0.9GHz）开始，一直到2013年的酷睿i7-4790K。在这整整10年的时间里，英特尔的旗舰CPU主频一直都低于4GHz，也就是低于那个从未发布的“究极奔腾4”处理器。

然而会有朋友因此就认为，奔腾M、酷睿、酷睿2、或酷睿i时代的处理器，在速度上比奔腾4慢吗？

Tejas处理器确实存在，据说它原本会是7GHz的单核设计、功耗高达250W

很可能并不会有，因为所有的相关测试数据都表明，英特尔的新处理器架构确实做到了惊人的效率提升，它们完全可以用低得多的主频，跑出比奔腾4快好几倍的实际处理能力。从这一点来说，从2003年至2013年，英特尔始终没有超过4GHz的处理器主频设计反而就成为了一种正面的宣传，给消费者传达了“新架构更为高效，因此不再需要超高主频”的印象。

然而超高主频的处理器，如今似乎又回来了

正是由于我们三易生活熟稔这段历史，所以面对如今的台式机、笔记本电脑，甚至是智能手机和平板电脑里的CPU、GPU设计，才会多少感到有些不安。

正如大家所知的那样，最近这几年无论PC、还是智能手机上的处理器，性能进步得确实都很快。

例如在PC上，非专业级的普通家用处理器核心数从4核、6核、8核，一路暴增到了16核、20核、24核，乃至32核，它们的主频也从4GHz、4.2GHz快速提升到了超过5GHz，甚至即将超过6GHz。特别是在“轻薄型笔记本电脑”上，三年前4核8线程曾经还是高端标配，可现在就已经变成了14核、20线程。

而在智能手机SoC上，虽然8核的CPU配置多年以来“雷打不动”，但主频的快速拉升依然是不可忽视的现实。虽然2020年我们还曾觉得超过3GHz的CPU超大核主频简直不可思议，但到了2023年，一些SoC的“中核”都已经超过了3GHz的运行频率，甚至还有传言称下一代的手机SoC将直接升至3.7GHz的超高主频。

即便是在现代的架构上，高主频同样也带来了高发热

那么问题就来了，如此高的主频，是否真的让这些最新的处理器变得更快了呢？老实说，这个问题其实需要分不同的层面来看待。

首先，如果只看跑分，或者是只看满负载、且散热良好前提下的极限性能，那么现代这些主频更高的CPU设计，确实可以提供更高的极限性能。

但在这个基础上想必许多朋友可能已经注意到，这些新款CPU的功耗、发热在客观上其实也越来越厉害。事实上，无论是如今那些120W（峰值功耗）的移动CPU，还是254W（典型TDP）的桌面CPU，它们都比当年最热、最耗电的奔腾4（也才90W出头）更热、更耗电了。

更不要说在智能手机里，现在旗舰机型VC均热板的设计已经越来越复杂、电池容量和快充功率也做越做越大。这些实际上都表明，如今的SoC在性能显著升高之余，其实很难说没有以更高的峰值功耗来作为代价。

真的需要越来越高的处理器频率吗

请注意，我们一直在强调“峰值功耗”这个概念。因为到了典型使用场景里，这些最新架构、主频更高的CPU，大概率其实是跑不到它们那个高发热、高功耗的最高主频上的。

特别是在笔记本电脑和智能手机里，厂商们为了更好的综合表现，往往都会刻意通过调度策略，让CPU在大多数时间都恰好只运行在它们能效比最高的一段主频范围上。

更有趣的是，那些总体性能更高的CPU反而大多采用低主频、大缓存、超多核设计

但是这样一来，一个问题自然也就产生了，既然更高的主频还是会大幅增加功耗，那么厂商们为什么不干脆放弃掉那部分会导致功耗猛涨的频率范围，只让CPU运行在一个能效比始终最佳的主频上。就像十多年前那样，大胆放弃对“高主频”的追求，而单纯将半导体技术所带来的增益，用于更高效的架构、更大的缓存呢？

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