提升cpu性能的障碍
类型：转载 责任编辑：egoo 日期：2007/03/01
goteborg大学最近的一份研究报告证实，从1985到1996年间，这58％提升率是确实的。而在过去的七年半中，这些瑞典的教授们指出这个提升率已经降到了平均每年41％的水平。更糟的是“似乎有迹象表明这种下降的趋势仍会继续下去”。
当我们关注英特尔的cpu时，cpu性能增长率的下降几乎是个灭顶之灾。2002年的时候，英特尔发布了一款3.06ghz的pentium 4 cpu，这表明它远远领先于它的竞争对手。在两年内，英特尔使它的x86架构的cpu的时钟频率翻了一翻，这是一项了不起的成就。
两年半后，英特尔的pentium 4运行在3.8ghz上—这意味着在这段时间里cpu的时钟频率仅仅提升了25％。当然，我们都知道性能和频率并不是一回事，那么就让我们来看看性能吧：
pentium 4 3800epentium 4 3060pentium 4 1500
从2000年到2002年，cpu性能提升了将近108％。而在这之后的三年里，英特尔最新的cpu其性能却只提升了大约43％。但对于specfp2000来说，这好象又有所不同。英特尔最新的3.8ghz的prescott的cpu提升了大约68％的性能，而3.06ghz的cpu其性能较第一代实现netburst架构的cpu提升了将近73％。
然而，specfp2000是一个“特殊”的测试软件。只有为数不多的fpu测试软件特别看重内存带宽，而它就是其中一个。和第一代超线程(hyperthread)cpu(3.06ghz)相比，3.8ghz的cpu的fsb频率达到了800mhz，高出了近50％，而后者只比老的1.5ghz的pentium4处理器高了33％。
过去的几年里英特尔的编译器取得了长足的进展，这是件好事。但是，这也为人为的提高测试成绩提供了方便，比如通过循环分块优化技术等处理器特定的手段来特别优化测试程序。然而这对于想开发实用的，市场需要的软件的开发者来说，这样的手段并不适合。如果你对这样的说法有所怀疑，那么请留意下篇里tim sweeney的有关评论。
上面提到的原因是为什么specfp并没有像大多数普通程序所揭示给我们的那样：cpu性能提升的步伐明显地慢了下来，就算是在浮点运算领域也是如此。象3dsmax，lightwave，adobe premiere，视频编码和其它应用软件告诉我们，平均来说pentium4 3.8ghz的cpu其性能比之pentium4 3.06ghz的cpu高约20-45％，而后者和我们以前提到的老的1.5ghz的处理器相比性能要高出60％到90％之多。
解密cpu的性能提升的幅度为什么慢了下来
这里有三个显而易见的原因使得cpu性能的提升的幅度慢了下来：电子渗露、线路延迟、总线瓶颈。
然而也不能因此就简单地认为，就是因为这三个因素导致设计高性能cpu的工作变得很困难。其实就这几个因素来说，还是存在着很好的解决方法，而造成这几年cpu性能提升幅度的下降的真正原因却很复杂。
功耗问题
cpu的功耗与有效电容，cpu使用率，频率是一个线性关系。当cpu的核心电压提升一倍时，它的功耗就会增加到两倍之多。而使用率是受你运行的应用程序影响的，使用率越高，那么cpu内部的电子元件活动也就越高。
如果一种新的技术能够把晶体管形体尺寸缩小两倍，那么做出来的模片就会比原来的小上4倍。比如采用180纳米技术的willamette的尺寸在理论上应该4倍于采用90纳米的模片尺寸。显而易见，模片的尺寸越来越小。模片小了，而相应的cpu的vcore也可以被调整下来，结果你可以降低两倍或者更多的cpu功耗。当然，当cpu的ilp(指令级并行度)越来越高，流水线越来越深，其内部结构就越来越复杂，所使用的晶体管也越越多。这就使得因为降低vcore带来的功耗降低也因为晶体管数目的增加而抵消。
同时在面积不断减小的模片上你可以消耗的功耗是有上限的。但开关功耗还不是个最严重的问题。你可以用一些高明的技术来控制开关功耗的需求。
其中一种技术就是时钟门控技术。这是在pentium4中大量采用的技术。时钟门控逻辑只在需要的时候激活各个功能模块的时钟单元。和其它的功效控制技术配合使用，开关或者动态的功效问题或多或小地受到了一定程度的控制。而且随着时间的推移，晶体管数量可能以指数级增长，而这方面的功效却是线性增长的。
