我使用的第一台计算机是真正的性能野兽。这台机器配备了英特尔486的486时钟，该机器已准备好应对未来会带来的任何挑战。或者我想。CPU时钟速度增加，很快通过了500 MHz，1 GHz，并继续向上。在2005年左右，高端处理器的最高速度在4 GHz左右定居，此后并没有增加太多。这是为什么？我会解释一下。
我们为什么要谈论时钟速度？
即使时钟速度并不能告诉我们有关处理器的所有内容，我们大多数人都会自动将更高的时钟速度与更快的处理器联系起来。怎么会？这个数字告诉我们有关处理器性能的什么？要理解这一点，让我们简要看一下如何构建处理器。
处理器和时钟速度
处理器中最重要的部分是晶体管，充当开关的电子设备以构建逻辑大门。这些逻辑门是我们处理器的勤奋组件。将它们组合在一起，形成能够进行算术和复杂逻辑操作的单位。
用外行术语，可以执行此类操作的速度受晶体管可以从ON开机切换到OFF的频率的限制，并且仍然没有失败。由于晶体管是逻辑门的基础，因此此开关频率还限制了我们处理器的工作速度。
因此，如果我们每秒用一个输入信号馈送处理器，并且处理器执行我们的操作无错误，我们说处理器以1 Hz为单位。换句话说，时钟速度（有时称为时钟频率或者时钟速率）处理器是一种认证，告诉我们我们可以多久提供一次指示，并且仍然进行无故障操作。相反，将其时钟速度为3 GHz的处理器可以使我们每秒以30亿次操作为其喂食，我们仍然可以期望它按照预期的方式进行。
特别解锁4ThGenerationIntel®Core™处理器代号魔鬼的峡谷。与以前的版本相比，它在2014年发行，包括改进的热接口和CPU包装。图片来源：英特尔公司
现在很容易看出为什么我们对更高的感兴趣时钟速度。每秒更多的操作意味着我们每单位时间都可以完成更多的工作。对于用户而言，这意味着计算机上的程序将更快地运行 - 并且这不会对代码进行太多修改。难怪为什么所有处理器制造商都推动了越来越高的开关频率。
为什么在CPU时钟速度停滞？
为什么我们看到3.7 GHz以上的Intel®处理器很少？为什么似乎最高的时钟速度（需要通过液氮冷却）被困在8.5和9 GHz之间？
要理解这一点，我们需要查看处理器的另一个方面，即晶体管计数。处理器的晶体管计数是处理器配备的晶体管数。由于CPU保持大致相同，因此晶体管计数与晶体管的大小直接相关。
因此，通过从2004年的Intel®Pentium®4处理器的1.7亿晶体管到2013年的15核Intel®Xeon®IvyBridge处理器的43亿晶体管，我们看到晶体管的尺寸。缩小了。摩尔观察到这一增加，并由他的定律描述，该法律指出，晶体管的整合密度每18至24个月增加一倍（“”下一代摩尔法律”）。
另一个重要的观察是所谓的丹纳德缩放这说明，在特定单位体积中运行晶体管所需的功率量仍然保持恒定，因此电压和电流比例的长度为长度。但是，随着晶体管的增长非常小，这种观察不再有效。电压的缩放和长度的电流达到其极限，因为晶体管门变得太薄，影响了它们的结构完整性，并且电流开始泄漏。
此外，当您将数十亿个晶体管放在一个小区域并再次打开和关闭数十亿次时，会发生热损失。我们打开和关闭晶体管的速度越快，产生的热量就越多。没有适当的冷却，它们可能会失败并被摧毁。这意味着较低的工作时钟速度将产生更少的热量并确保处理器的寿命。另一个严重的缺点是，时钟速度的提高意味着电压增加，并且在此和功耗之间存在立方依赖性。电源成本是操作计算中心时要考虑的重要因素。
该晶圆包含可扩展到100个计算节点的有效网络电路。该电路使该行业的第一个256节点网络芯片在22 nm三栅极CMO中，在接近阈值和超低电压下运行，在340 mV时将功率降低9倍至363μW。图片来源：英特尔公司
但是，如何在不增加时钟速度的情况下从更多的晶体管中获得更多的计算能力？通过应用多核算计算。多门的压倒性优势可以从以下推理中得出：当将时钟速度降低30％时，由于立方依赖性，功率将降低到其原始消耗的35％（0.7*0.7*0.7*0.7〜0.35）。
然而，计算性能也降低了30％。但是，当操作两个具有原始时钟速度70％的计算芯时，我们只使用原始功耗的70％（2 x 35％）拥有原始计算功率的140％。当然，要达到这种类型的效率，您必须对过程代码的并行化进行编程，以完美利用两个核心同时运行。
解决方案和前进的方向
显然，这种时钟速度的平稳性并没有阻止英特尔的工程师推动信封以实现更多性能。我们已经看到，通过从2D迈出的步骤，或者平面，晶体管到3D或三门，晶体管：
此步骤不仅可以通过将流过晶体管流动的电流降低到“ OFF”状态时几乎为零，从而降低了处理器所需的功率，而且当它处于“ ON”状态时，它也允许尽可能多的电流。因此，它将提高性能。
然而，正是对多核算计算的利用产生了贡献，并将继续为提高计算机性能做出贡献 - 因为这意味着现在主要重点是集中在平行性以及如何最好地将计算在多个内核上分配。
我们已经奉献了整个博客系列在求解ComsolMultiphysics®软件模型时，如何利用这种趋势来充分利用多项处理器。188金宝搏优惠Multicore是进一步性能增长和更少功耗的唯一选择，但它是以软件中的并行性为代价的。
2004年的Intel®Pentium®4处理器只是一个核心处理器，但是今天我们在工作站中谈论的是8、10、12甚至15个核心，这些内核可以彼此独立执行指令。这就是8核，较低的时钟速度2.6 GHz处理器可以比较高时钟速度为3.5 GHz的双核快得多的原因之一。188金宝搏优惠
推动未来的性能 - 超越CPU时钟速度
缺乏时钟速度的增加并没有削减更多计算性能的道路。由于我们无法依靠原始力量的增加，因此我们被迫找到更好，更有效的解决方案。对于硬件和软件，这导致了对并行性的投资增加，并找到了使处理器更高效的方法。
无论下一个障碍是什么，我们都可以确定世界上会有聪明的工程师克服它并推动发展和绩效的前进。
英特尔（Intel），英特尔徽标，英特尔核心（Intel Core），奔腾和Xeon是美国和/或其他国家/地区英特尔公司的商标。
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