[转帖]龙芯总强调同频性能，是因奔腾4要到25+GHz才比得上酷睿11代单核

 

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　　闲话不说，先上图，是SPEC CPU 2006 int（单任务）测试的成绩：

　　上图中的成绩，大部分是本人自己测试的结果。SPEC CPU 2006 的测试可费劲了，Pentium 4运行一遍完整测试（int base/peak）需要24小时以上，飞腾D2000和兆芯KX-U6780A也要至少12个小时，也能侧面说明测试结果的准确性和全面性。某些几秒钟到几分钟就完成测试的软件只能体现CPU某一方面的性能，无法实现全面考察 。其中有两个来自SPEC官网的成绩，因为测试年代久远，测试时的系统环境和编译器等都比较老，所以成绩比不上本人新近测试的相近型号的CPU，只能作为参考。

　　i5-760是Intel酷睿初代4核4线程产品，标称主频2.8GHz，睿频3.33GHz，但我试了两款主板默认睿频都只能达到2.91GHz。因此3.33GHz要用当年的高端主板，通过一些附加的设置才能达到。

　　i7-1165G7是笔记本CPU，默认环境下无法把睿频保持到较高的水平，因此我进行了两次测试。第一次测试时仅在笔记本下放了个风扇加强散热，第二次测试时卸了后壳，加了个服务器的暴力风扇，再用工具软件强制CPU运行在较高的频率。

　　Pentium4(641)在使用GCC编译器时，每GHz的成绩只有2.37。不考虑内存等部件对性能的影响，要想达到i7-1165G7在4.3GHz左右时的56.1分，至少需要23.67GHz的频率。因为桌面版本的CPU可以达到更高的频率，所以Pentium4(641)要想与桌面版11代酷睿比拼单核性能的话，频率就需要达到25~28GHz。

　　国产的飞腾D2000、FT-2000/4、兆芯KX-U6780A、龙芯3A4000单核性能相差无几，但我测试的3A4000频率仅1.8GHz，因此它的每GHz成绩比飞腾和兆芯的产品高得多。3A4000是28nm工艺，表中飞腾和兆芯的产品都是16nm工艺，工艺要先进一代。

　　龙芯3A5000终于使用了与飞腾和兆芯相当的生产工艺，主频也相当接近，但是单核性能却超过了它们的1.7倍，与3.33GHz时的i5-760相当。只看每GHz的测试成绩的话，3A5000大致是4～6代酷睿的水平，也就是说与4～6代酷睿的单核同频性能相当。

　　飞腾和兆芯的单核性能低，比2007年的笔记本CPU T7500还低一些。每GHz的性能更低，还比不上T7500。但它们都宣传达到国际主流水平，和6代酷睿CPU性能相当，是怎么回事儿呢？

　　因为D2000和KX-U6780A都是8个核心，全CPU运行SPEC CPU 2006 int（多任务）测试时，都有80分多点。多核心并行运行时，运行效率不是单核心的简单叠加。受内存访问、Cache同步等影响，核心数量越多时，多核加速比越低。因此8个核心的D2000(2.3GHz)和KX-U6780A(2.7GHz)，以及4个核心的3A5000(2.5GHz)和i5-760(3.33GHz)，在使用GCC编译器测试SPEC 2006 int时，实际的多核心性能都在80分左右的相同水平。

　　我们看到6代酷睿i5-6400单任务就有37.6分，那么6代酷睿两个核心跑多任务总能接近70分吧，要是2核4线程那就妥妥地超80分了。因此飞腾和兆芯宣传的6代酷睿水平，实际是用8个核心和2个核心进行比较呢。

　　龙芯说3A5000接近主流水平，水分就要少得多，因为单核同频性能与4～6代酷睿差不多，那就和低频版本的i5-6400T（2.2~2.8GHz）比较吧，总归是4个核心对比4个核心，而不是8核对比2核。

　　飞腾和兆芯的CPU单核性能低，每GHz的性能更低，因此总喜欢宣传自家的产品核心多，频率高。某些非正式的宣传还说每GHz的性能没有意义，用户买CPU又不是只买单核1GHz。而龙芯却特别重视每GHz的性能提升，总也是有原因的吧！

　　Pentium4有3.8GHz的型号，并且总能保持在3.8GHz运行。11代酷睿最高5.3GHz，但几乎不能保持在5.3GHz运行。中端的台式机和高端的笔记CPU通常也是运行在4.0GHz左右，视散热情况有区别。可以说和2005的产品相比，十七年来CPU能稳定保持的频率几乎没有提升。但是11代酷睿每GHz的性能相对于Pentium4却提高了5.5倍以上，Pentium4的单核性能要想达到11代桌面酷睿CPU的水平，运行频率要达到25GHz以上。要是频率相同，那么核心数量也至少要5.5倍以上，如果考虑核心越多并行性能越低的问题，Pentium4可能需要8倍的核心数量。然而这种使用弱小的单核组成的多核系统，对于绝大多数应用软件，运行效率都不如一个强大的单核心。因为无论软件开发者怎么努力，也不可能把任何任务都拆解成多线程并行。

　　当然飞腾和兆芯的CPU每GHz的性能远超Pentium4，但是仍然与龙芯3A5000有很大差距。在核心数量相同的条件下，3A5000需要3.5GHz的频率性能才能与i5-6400相当，多花点钱努一努力改善后端设计还是有希望的。而兆芯则需要6.5GHz以上才能达到i5-6400相当的水平，需要比Intel/AMD更强的后端设计能力，功耗肯定是控制不住了。要是与4.3GHz时的i7-1165G7相比，3A5000就需要5.3GHz左右的运行频率，刚刚达到Intel的最高水平，而兆芯需要把频率拉高到10GHz，超出了物理限制。

　　我不是瞧不起国产CPU，而是国产CPU的设计水平、资金投入、生产工艺与Intel/AMD相比存在差距是客观事实。CPU的频率提升依赖强大的后端设计和与之配合完美的生产工艺，需要大量的人力和资金投入，国产CPU都还在向3GHz的频率迈进，什么5GHz、10GHz都是天方夜谭。

　　每一款CPU核心，要想达到高频率，都需要后端设计与生产工艺相互磨合、共同改进。我相信国产CPU如果投入大量的人力财力，花上几十亿人民币，是可以把某一款CPU的频率提高到3GHz以上，甚至达到4GHz的。但是有意义吗？核心逻辑设计的水平不够，每GHz的性能低下，像飞腾和兆芯那样的CPU核心就算有4GHz，也不过与2.5GHz的龙芯3A5000性能相当。然后CPU核心逻辑设计有改进之后，再花几十亿精雕细琢一番，只为了一款产品的频率？按照国产CPU的销量，收不回成本。未来很长一段时间，国产CPU频率再高也高不过Intel，每GHz性能要是也差得远，那就没法比了。

　　CPU运行频率是要追求的，但在CPU核心逻辑设计水平低下时，一味追求新工艺和高频率就是在朽木上雕花，浪费资源，浪费时间。飞腾的CPU每GHz的性能已经6、7年没有提升，兆芯的从VIA得到的CPU核心比飞腾还差，至今每GHz的性能还不如飞腾。能不能把主要精力放在改进CPU核心逻辑设计上？改进CPU核心设计很难，特别是当CPU核心本就不是自己设计的时，连看懂都难。在没有能力修改核心设计时，就只能依靠多核心、高频率来提高CPU整体性能。因为改进CPU核心设计很难，就忽视高频率、多核心带来的高功耗和高成本。不改进 CPU核心逻辑设计，把有限的资源花在边边角角上，就是在假装努力，而不是在真正进步。别人的CPU每GHz的性能是飞腾和兆芯的2倍，难道飞腾和兆芯能把频率做到同类的2倍？

　　像龙芯这样，10年间把每GHz的性能从Pentium4的水平提高到酷睿4～6代的水平，从单核性能远低于引进技术的CPU产品，到远远超过兆芯和飞腾，每一代都能看到明显的提高。只有全力设计更好的CPU核心，提高每GHz的性能，CPU频率保持稳中有升，才是夯实基础、不断进取的最优途径。要是CPU核心长期不变，只寄希望于使用更新的工艺提高频率、堆出更多核心，那么不是懒就是蠢。下一代龙芯3A6000频率可能提升不大，但每GHz的性能将与11代酷睿相当，以比6代i5低的频率切切实实达到或超过6代i5的性能。以优秀的CPU核心设计为基础，再去提高频率、增加核心，才能真正追上世界主流水平。

　　宣传达到主流水平，实际上是玩8核打2核、64核打14核的游戏，除了欺骗用户、玩弄国产CPU的支持者，还有什么意义？