หมายเหตุ: คำตอบนี้เขียนขึ้นโดยมีข้อสันนิษฐานว่าซีพียูที่ถูกเปรียบเทียบนั้นประกอบด้วย SoC ที่ใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์ของ Intel, AMD และ ARM ตั้งแต่ประมาณปี 2549 ถึง 2558 การวัดการเปรียบเทียบใด ๆ จะไม่ถูกต้องเนื่องจากมีขอบเขตที่กว้างพอ ฉันต้องการให้คำตอบที่เฉพาะเจาะจงและ "จับต้องได้" ที่นี่ในขณะที่ครอบคลุมตัวประมวลผลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งสองประเภทดังนั้นฉันจึงตั้งสมมติฐานจำนวนมากซึ่งอาจไม่ถูกต้องในกรณีทั่วไปของการออกแบบ CPU หากคุณมี nitpicks โปรดระลึกไว้ก่อนที่จะแบ่งปัน ขอบคุณ!
มาตรงประเด็นกัน: MHz / GHz และจำนวนแกนไม่ได้เป็นตัวบ่งชี้ที่เชื่อถือได้ของประสิทธิภาพสัมพัทธ์ของโปรเซสเซอร์สองตัวใด ๆ
พวกเขาเป็นตัวเลขที่น่าสงสัยที่สุดในอดีต แต่ตอนนี้เรามีโทรศัพท์มือถือแล้วมันเป็นตัวบ่งชี้ที่แย่มาก ฉันจะอธิบายว่าพวกเขาสามารถใช้คำตอบของฉันได้ที่ไหนแต่ตอนนี้มาพูดถึงปัจจัยอื่น
วันนี้ตัวเลขที่ดีที่สุดที่ควรพิจารณาเมื่อเปรียบเทียบโปรเซสเซอร์คือThermal Design Power (TDP) และขนาดการสร้างฟีเจอร์หรือที่เรียกว่า "ขนาด fab" (เป็นนาโนเมตร - นาโนเมตร )
พื้นฐาน: เมื่อ Thermal Design Power เพิ่มขึ้น "สเกล" ของ CPU จะเพิ่มขึ้น ลองนึกถึง "มาตราส่วน" ระหว่างจักรยานรถยนต์รถบรรทุกรถไฟและเครื่องบินขนส่งสินค้า C-17 TDP ที่สูงขึ้นหมายถึงสเกลที่ใหญ่ขึ้น MHz อาจหรือไม่อาจสูงกว่านี้ แต่ปัจจัยอื่น ๆ เช่นความซับซ้อนของสถาปัตยกรรมขนาดจำนวนแกนประสิทธิภาพของตัวทำนายสาขาจำนวนแคชจำนวนของท่อการดำเนินการ ฯลฯ ทั้งหมดมีแนวโน้มที่จะสูงกว่า หน่วยประมวลผลระดับ
ตอนนี้เมื่อขนาด fab ลดลง "ประสิทธิภาพ" ของ CPU จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นถ้าเราสมมติตัวประมวลผลสองตัวที่ออกแบบมาเหมือนกันยกเว้นตัวใดตัวหนึ่งถูกลดขนาดลงเหลือ 14nm ในขณะที่อีกตัวอยู่ที่ 28nm ตัวประมวลผล 14nm จะสามารถ:
- ดำเนินการอย่างน้อยเร็วเท่ากับซีพียูขนาด fab ที่สูงกว่า
- ทำได้โดยใช้พลังงานน้อยลง
- ทำเช่นนั้นในขณะที่กระจายความร้อนน้อยลง
- ทำได้โดยใช้ปริมาตรที่เล็กลงในแง่ของขนาดฟิสิคัลของชิป
โดยทั่วไปเมื่อ บริษัท เช่น Intel และผู้ผลิตชิปที่ใช้ ARM (Samsung, Qualcomm และอื่น ๆ ) ลดขนาด fab พวกเขาก็มีแนวโน้มที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานเล็กน้อย ซึ่งจะทำให้ขัดขวางบนว่าวิธีการประหยัดพลังงานมากที่พวกเขาสามารถได้รับ แต่ทุกคนชอบสิ่งที่พวกเขาทำงานได้เร็วขึ้นเพื่อให้พวกเขาออกแบบชิปของพวกเขาในทางที่ "สมดุล" เพื่อที่คุณจะได้รับบางเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานและบางเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน บนสุดขั้วอื่น ๆ พวกเขาสามารถเก็บประมวลผลว่าเป็นกำลังหิวเป็นรุ่นก่อนหน้า แต่ทางลาดขึ้นประสิทธิภาพมาก ; หรือพวกเขาสามารถเก็บประมวลผลตรงที่ความเร็วเดียวกับรุ่นก่อนหน้า แต่ลดการใช้พลังงานได้มาก
ประเด็นหลักที่ควรพิจารณาคือรุ่นปัจจุบันของแท็บเล็ตและสมาร์ทโฟนซีพียูมี TDP ประมาณ 2 ถึง 4 วัตต์และขนาด fab ที่ 28 นาโนเมตร ต่ำสุดโปรเซสเซอร์เดสก์ทอปจาก 2012 มี TDP ที่อย่างน้อย 45 วัตต์และขนาด Fab 22 นาโนเมตร แม้ว่า System On Chip (SoC) ของแท็บเล็ตจะเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟหลัก A / C ดังนั้นจึงไม่ต้องกังวลกับการจิบไฟ (เพื่อประหยัดแบตเตอรี่) SoC แท็บเล็ตแบบ quad-core SoC จะสูญเสียมาตรฐาน CPU ทุกตัว สำหรับ 2012 low-end "Core i3" โปรเซสเซอร์ดูอัลคอร์ที่ใช้งานอาจลดลง GHz
เหตุผล:
- แกนชิป i3 / i5 / i7 มีมากขนาดใหญ่ (ในแง่ของจำนวนทรานซิสเตอร์พื้นที่ตายทางกายภาพการใช้พลังงาน ฯลฯ ) กว่าชิปแท็บเล็ต;
- ชิปที่ไปเป็นเดสก์ท็ดูแลมากน้อยเกี่ยวกับการประหยัดพลังงาน ซอฟต์แวร์ฮาร์ดแวร์และเฟิร์มแวร์รวมกันเพื่อลดประสิทธิภาพการทำงานลงบน SoC มือถืออย่างรุนแรงเพื่อให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนาน บนเดสก์ท็อปคุณสมบัติเหล่านี้จะถูกนำไปใช้เมื่อไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงานระดับบนสุดอย่างมีนัยสำคัญและเมื่อแอปพลิเคชันร้องขอประสิทธิภาพการทำงานระดับบนสุดจะสามารถให้ได้อย่างสม่ำเสมอ บนโปรเซสเซอร์มือถือพวกเขามักจะใช้ "ลูกเล่น" เล็ก ๆ น้อย ๆ เพื่อวางเฟรมที่นี่และที่อื่น ๆ (ในเกมเป็นต้น) ซึ่งส่วนใหญ่จะมองไม่เห็น แต่ช่วยประหยัดแบตเตอรี่
การเปรียบเทียบที่ประณีตอย่างหนึ่งที่ฉันคิด: คุณสามารถนึกถึง "MHz" ของโปรเซสเซอร์เช่นมิเตอร์ "RPMs" ในเครื่องยนต์สันดาปภายในของรถยนต์ ถ้าฉันปรับปรุงเครื่องยนต์ของรถจักรยานยนต์เป็น 6,000 รอบต่อนาทีนั่นหมายความว่ามันสามารถดึงโหลดได้มากกว่าตัวขับเคลื่อนนายก 16 สูบที่ 1000 รอบต่อนาทีหรือไม่? ไม่แน่นอน ผู้เสนอญัตติสำคัญมีประมาณ 2,000-4,000 แรงม้า ( ตัวอย่างที่นี่ ) ในขณะที่เครื่องยนต์รถจักรยานยนต์มีประมาณ 100 ถึง 200 แรงม้า ( ตัวอย่างที่นี่ของเครื่องยนต์รถจักรยานยนต์แรงม้าสูงสุดที่เคยเพิ่มขึ้น 200 แรงม้า)
TDP นั้นใกล้เคียงกับแรงม้ามากกว่า MHz แต่ไม่ใช่อย่างแน่นอน
ตัวอย่างที่ผ่านมาคือการเปรียบเทียบสิ่งต่างๆเช่นโปรเซสเซอร์ Intel Core i5 รุ่นที่ 4 (Haswell) รุ่นที่ 4 กับสิ่งที่คล้ายกับโปรเซสเซอร์ AMD ระดับสูง ซีพียูสองตัวนี้จะมีประสิทธิภาพใกล้เคียงกัน แต่โปรเซสเซอร์ของ Intel จะใช้พลังงานน้อยลง 50%! ที่จริงแล้ว 55 Watt Core i5 สามารถเอาชนะซีพียู "Piledriver" ขนาด 105 วัตต์ของ AMD ได้ เหตุผลหลักที่นี่คือ Intel มี microarchitecture ขั้นสูงมากขึ้นที่ดึงออกจาก AMD ในการทำงานตั้งแต่แบรนด์ "Core" เริ่ม อินเทลยังได้พัฒนาขนาด fab ของพวกเขาเร็วกว่าเอเอ็มดีทิ้งให้เอเอ็มดีตกอยู่ในผงฝุ่น
ตัวประมวลผลเดสก์ท็อป / แล็ปท็อปจะค่อนข้างคล้ายกันในแง่ของประสิทธิภาพจนกว่าคุณจะได้รับแท็บเล็ต Intel ขนาดเล็กซึ่งมีประสิทธิภาพคล้ายกับ SoCs มือถือ ARM เนื่องจากข้อ จำกัด ด้านพลังงาน แต่ตราบใดที่โปรเซสเซอร์เดสก์ท็อปและ "เต็มสเกล" ยังคงสร้างสรรค์สิ่งใหม่ ๆ อยู่ทุกปีซึ่งดูเหมือนว่าเป็นไปได้ว่าโปรเซสเซอร์แท็บเล็ตจะไม่แซงหน้าพวกเขา
ฉันจะสรุปได้ด้วยการบอกว่า MHz และ # ของ Cores ไม่ใช่ตัวชี้วัดที่ไร้ประโยชน์อย่างสมบูรณ์ คุณสามารถใช้การวัดเหล่านี้เมื่อคุณเปรียบเทียบซีพียูที่:
- อยู่ในกลุ่มตลาดเดียวกัน (สมาร์ทโฟน / แท็บเล็ต / แล็ปท็อป / เดสก์ท็อป);
- อยู่ในการสร้างซีพียูเดียวกัน(เช่นตัวเลขนั้นมีความหมายเฉพาะหากซีพียูใช้สถาปัตยกรรมเดียวกันซึ่งโดยทั่วไปหมายถึงพวกมันจะถูกปล่อยออกมาในเวลาเดียวกัน);
- มีขนาด fab ที่เท่ากันและ TDP ที่คล้ายกันหรือเหมือนกัน
- เมื่อเปรียบเทียบรายละเอียดทั้งหมดของพวกเขาพวกเขาแตกต่างกันเป็นหลักหรือเพียงผู้เดียวใน MHz (ความเร็วสัญญาณนาฬิกา) หรือจำนวนแกน
หากข้อความเหล่านี้เป็นจริงของ CPU สองตัวใด ๆ ตัวอย่างเช่น Intel Xeon E3-1270v3 กับ Intel Xeon E3-1275v3 - จากนั้นเปรียบเทียบพวกเขาอย่างง่ายดายด้วย MHz และ / หรือ # ของ Cores สามารถให้ความแตกต่าง ในด้านประสิทธิภาพ แต่ความแตกต่างจะเล็กกว่าที่คุณคาดไว้ในปริมาณงานส่วนใหญ่
นี่คือแผนภูมิเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่ฉันทำใน Excel เพื่อแสดงให้เห็นถึงความสำคัญสัมพัทธ์ของรายละเอียด CPU ทั่วไปบางอย่าง (หมายเหตุ: "MHz" จริง ๆ แล้วหมายถึง "ความเร็วสัญญาณนาฬิกา" แต่ฉันกำลังรีบ; "ISA" หมายถึง "Instruction Set สถาปัตยกรรม "คือการออกแบบจริงของ CPU)
หมายเหตุ: ตัวเลขเหล่านี้เป็นตัวเลขโดยประมาณ / ballpark ตามประสบการณ์ของฉันไม่ใช่การวิจัยทางวิทยาศาสตร์
