新锐龙为啥比新酷睿厉害？了解IPC和微架构你就懂了！

消费者对性能的需求是无止境的，因此无论X86阵营的英特尔和AMD，还是ARM领域的高通、三星、联发科、海思，都在想尽办法提升旗下处理器的性能。


业内用于计算处理器性能的公式是：CPU性能=时钟频率（MHz或GHz）×IPC（CPU每一时钟周期内所执行的指令多少），相同核心数量和主频的处理器之间之所以会存在性能差异，就是IPC在背后“捣鬼”。


主要晶圆代工厂的技术迭代时间表


未来3nm工艺需要从FinFET（鳍式场效应晶体管）升级到GAAFET（环绕式栅极技术），MBCFET（多桥通道FET）则是三星的专利，属于GAAFET的变体
其中，CPU能运行在多高的频率，主要取决于它的生产工艺，在相同功耗和发热的前提下，用5nm制造的芯片肯定比7nm能稳定运行在更高主频上。
如果你对制程工艺感兴趣，可以参考以下两篇文章：
“芯”希望来自新工艺！EUV和GAAFET技术是个什么鬼？
制程工艺哪家强？英特尔：额......你猜猜？
既然始终频率取决于工艺，那IPC又是受谁影响呢？
没错，决定IPC的就是“微架构”，也就是CPU的内核，手机SoC的IPC性能提升全靠ARM Cortex-A微架构的迭代（详见《Cortex-A78、X1、Mali-G78发布！ARM三剑客全解析》），而X86 CPU就要靠英特尔和AMD自身的努力了。
在这里还要夸一下AMD，在过去的很长一段时间，AMD旗下移动处理器的表现非常差，很多高端型号的性能也就是同期英特尔酷睿i3的水平。


AMD APU家族发展路线图
2017年底问世的Ryzen锐龙之所以备受关注，就是因为它采用了最新的Zen CPU微架构，实现了震惊世界的52%的IPC性能提升，直接获得了与英特尔最新第八代酷睿处理器竞争的本钱。


第二代锐龙采用了升级版的Zen+微架构，虽然其IPC性能只提升了3%，但AMD依旧通过改用12nm工艺和提升主频的方式，换来了大约10%的实测性能提升和更低的功耗表现。


AMD移动锐龙4000系列成员
最新上市的第三代锐龙采用了最新的Zen 2微架构，IPC性能较Zen+再度提升了15%，并凭借7nm工艺在保持功耗不变的基础上增加了额外的核心数量且提升了主频，最终帮助AMD摘得当前笔记本领域的性能桂冠（多核性能）。


相对于AMD，英特尔近几年在CPU微架构层面总在“原地踏步”。
从第六代酷睿开始，第七、第八、第九和第十代酷睿（14nm Comet Lake平台）使用的微架构都是基于“Skylake”的缝缝补补（主要是功能层面增强，比如支持LPDDR4X和更高频率的内存，引入英特尔Adaptix动态调优等技术），每次迭代时IPC几乎都没有提升。


还好，英特尔对14nm工艺的优化也变得愈加炉火纯青，每一代酷睿处理器平台的主频都有着显著的提升，核心数量也得以缓步增加。比如，第六代酷睿i7-6700HQ还是4核8线程（2.6GHz~3.5GHz），第九代酷睿i7-9750H则进化到了6核12线程（2.6GHz~4.5GHz），第十代酷睿i7-10875H更是升级到了8核16线程，最高主频也突破了5GHz大关。


得益于更多核心和更高主频，英特尔从第六代酷睿开始，U系列每一代都有着大约10%的性能提升
增加的核心数量和更高的睿频加速频率，足以弥补IPC提升乏力的缺陷。
英特尔从第十代酷睿（10nm Ice Lake平台）才开始引入全新的Sunny Cove微架构，IPC性能最高可提升18%（相较Skylake微架构）。将在2020年秋季发布的第十一代酷睿Tiger Lake会升级到更新的Willow Cove微架构，据说其IPC性能较上代Sunny Cove微架构还会再提升18%，从而有望阻止AMD第三代锐龙的攻势，并帮助英特尔重新夺回轻薄本领域的优势地位。


英特尔未来移动平台CPU微架构发展计划
那么，IPC数值越高，CPU的实际性能就一定越强吗？
答案自然没那么简单，更先进的工艺和更优秀的微架构只能影响CPU的底蕴，它的实际性能还会受到物理核心数量、是否支持超线程、TDP功耗、缓存、指令集等其他因素的制约。如果你对这个话题感兴趣，请关注CFan的后续报道。