CPU 速度为何受限?

A large rack of computer equipment in a data center storage.
多年来,技术不断进步,CPU 速度也随之提升。tomazl / Getty Images

­­当您购买 CPU 芯片时,芯片外壳上会标有“最大”速度额定值。例如,芯片可能标示为 3-GHz 部件。这意味着芯片在正常温度参数下,以该速度或低于该速度运行时不会出现错误。

限制芯片速度的因素有两个:

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  • 芯片上的传输延迟
  • 芯片上的热量积聚

传输延迟发生在芯片内部连接各组件的电线中。芯片上的“电线”是刻蚀在硅片上的极小的铝或铜条。芯片不过是晶体管和连接它们的电线的集合,而晶体管只不过是一个开/关开关。当一个开关从开到关或从关到开改变状态时,它必须给连接晶体管到下一个晶体管的电线充电或放电。想象一个晶体管当前处于“开”状态。它驱动的电线充满了电子。当开关变为“关”时,它必须排出这些电子,这需要时间。电线越大,所需时间越长。

多年来,随着电线尺寸的缩小,改变状态所需的时间也随之缩短。但仍存在一些限制——电线充电和放电需要时间。这个限制给芯片设定了速度上限。

晶体管改变状态也需要最短时间。晶体管以链状串联在一起,因此晶体管延迟会累加。在像 G5 这样复杂的芯片上,很可能存在更长的链条,而最长链条的长度限制了整个芯片的最大速度。

最后,是热量。每次门电路中的晶体管改变状态时,它们都会漏泄少量电流。这些电流产生热量。随着晶体管尺寸的缩小,浪费的电流(以及因此产生的热量)有所减少,但仍然会产生热量。芯片运行速度越快,产生的热量越多。热量积聚对速度施加了另一个限制。

您可以尝试让芯片以更快的速度运行——这被称为超频。在许多芯片(特别是某些赛扬型号)上,超频效果非常好。有时,您需要人工冷却芯片才能对其进行超频。其他时候,您根本无法超频,因为会立即遇到传输延迟。

有关 CPU 和超频的更多信息,请参阅下一页。

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常见问题

2.4 GHz 的处理器速度算好吗?
2.4 GHz 的处理器速度被认为是良好的。它比大多数入门级处理器快,足以应对大多数任务。但是,对于要求更高的计算任务,您需要至少 3 GHz 的处理器。

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