淺談IPC和微架構(gòu) IPC數(shù)值越高CPU實(shí)際性能就越強(qiáng)嗎

消費(fèi)者對(duì)性能的需求是無(wú)止境的，因此無(wú)論X86陣營(yíng)的英特爾和AMD，還是ARM領(lǐng)域的高通、三星、聯(lián)發(fā)科、海思，都在想盡辦法提升旗下處理器的性能。

業(yè)內(nèi)用于計(jì)算處理器性能的公式是：CPU性能=時(shí)鐘頻率（MHz或GHz）×IPC（CPU每一時(shí)鐘周期內(nèi)所執(zhí)行的指令多少），相同核心數(shù)量和主頻的處理器之間之所以會(huì)存在性能差異，就是IPC在背后“搗鬼”。

主要晶圓代工廠的技術(shù)迭代時(shí)間表

未來(lái)3nm工藝需要從FinFET（鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管）升級(jí)到GAAFET（環(huán)繞式柵極技術(shù)），MBCFET（多橋通道FET）則是三星的專利，屬于GAAFET的變體

其中，CPU能運(yùn)行在多高的頻率，主要取決于它的生產(chǎn)工藝，在相同功耗和發(fā)熱的前提下，用5nm制造的芯片肯定比7nm能穩(wěn)定運(yùn)行在更高主頻上。

如果你對(duì)制程工藝感興趣，可以參考以下兩篇文章：

“芯”希望來(lái)自新工藝！EUV和GAAFET技術(shù)是個(gè)什么鬼？

制程工藝哪家強(qiáng)？英特爾：額......你猜猜？

既然始終頻率取決于工藝，那IPC又是受誰(shuí)影響呢？

沒(méi)錯(cuò)，決定IPC的就是“微架構(gòu)”，也就是CPU的內(nèi)核，手機(jī)SoC的IPC性能提升全靠ARM Cortex-A微架構(gòu)的迭代（詳見(jiàn)《Cortex-A78、X1、Mali-G78發(fā)布！ARM三劍客全解析》），而X86 CPU就要靠英特爾和AMD自身的努力了。

在這里還要夸一下AMD，在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間，AMD旗下移動(dòng)處理器的表現(xiàn)非常差，很多高端型號(hào)的性能也就是同期英特爾酷睿i3的水平。

AMD APU家族發(fā)展路線圖

2017年底問(wèn)世的Ryzen銳龍之所以備受關(guān)注，就是因?yàn)樗捎昧?a href="http://ttokpm.com/article/zt/" target="_blank">最新的Zen CPU微架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了震驚世界的52%的IPC性能提升，直接獲得了與英特爾最新第八代酷睿處理器競(jìng)爭(zhēng)的本錢。

第二代銳龍采用了升級(jí)版的Zen+微架構(gòu)，雖然其IPC性能只提升了3%，但AMD依舊通過(guò)改用12nm工藝和提升主頻的方式，換來(lái)了大約10%的實(shí)測(cè)性能提升和更低的功耗表現(xiàn)。

AMD移動(dòng)銳龍4000系列成員

最新上市的第三代銳龍采用了最新的Zen 2微架構(gòu)，IPC性能較Zen+再度提升了15%，并憑借7nm工藝在保持功耗不變的基礎(chǔ)上增加了額外的核心數(shù)量且提升了主頻，最終幫助AMD摘得當(dāng)前筆記本領(lǐng)域的性能桂冠（多核性能）。

相對(duì)于AMD，英特爾近幾年在CPU微架構(gòu)層面總在“原地踏步”。

從第六代酷睿開始，第七、第八、第九和第十代酷睿（14nm Comet Lake平臺(tái)）使用的微架構(gòu)都是基于“Skylake”的縫縫補(bǔ)補(bǔ)（主要是功能層面增強(qiáng)，比如支持LPDDR4X和更高頻率的內(nèi)存，引入英特爾Adaptix動(dòng)態(tài)調(diào)優(yōu)等技術(shù)），每次迭代時(shí)IPC幾乎都沒(méi)有提升。

還好，英特爾對(duì)14nm工藝的優(yōu)化也變得愈加爐火純青，每一代酷睿處理器平臺(tái)的主頻都有著顯著的提升，核心數(shù)量也得以緩步增加。比如，第六代酷睿i7-6700HQ還是4核8線程（2.6GHz~3.5GHz），第九代酷睿i7-9750H則進(jìn)化到了6核12線程（2.6GHz~4.5GHz），第十代酷睿i7-10875H更是升級(jí)到了8核16線程，最高主頻也突破了5GHz大關(guān)。

得益于更多核心和更高主頻，英特爾從第六代酷睿開始，U系列每一代都有著大約10%的性能提升

增加的核心數(shù)量和更高的睿頻加速頻率，足以彌補(bǔ)IPC提升乏力的缺陷。

英特爾從第十代酷睿（10nm Ice Lake平臺(tái)）才開始引入全新的Sunny Cove微架構(gòu)，IPC性能最高可提升18%（相較Skylake微架構(gòu)）。將在2020年秋季發(fā)布的第十一代酷睿Tiger Lake會(huì)升級(jí)到更新的Willow Cove微架構(gòu)，據(jù)說(shuō)其IPC性能較上代Sunny Cove微架構(gòu)還會(huì)再提升18%，從而有望阻止AMD第三代銳龍的攻勢(shì)，并幫助英特爾重新奪回輕薄本領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位。

英特爾未來(lái)移動(dòng)平臺(tái)CPU微架構(gòu)發(fā)展計(jì)劃

那么，IPC數(shù)值越高，CPU的實(shí)際性能就一定越強(qiáng)嗎？

答案自然沒(méi)那么簡(jiǎn)單，更先進(jìn)的工藝和更優(yōu)秀的微架構(gòu)只能影響CPU的底蘊(yùn)，它的實(shí)際性能還會(huì)受到物理核心數(shù)量、是否支持超線程、TDP功耗、緩存、指令集等其他因素的制約。