- 最快的处理器执行指令的速度之快令人惊叹，那么我们为什么不一直使用最快的处理器呢？
- 我们列出了为什么使用最好、最先进的技术很少有意义的原因。
- 有些原因你已经知道（财务），但有些原因你可能忽略了。
想象一下：你的冰箱、你的手表，甚至你的烤面包机，都在使用有史以来速度最快的处理器。
听起来很神奇吧？就像科幻电影里的情节一样。但当我开始探究为什么我们 毋 在实际操作过程中，我发现这比 "越快越好 "要复杂得多（也有趣得多！）。
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了解处理器（CPU）性能
处理器的核心工作是尽可能高效地执行指令。从理论上讲，速度更快、时钟频率更高、内核更多的处理器听起来像是为我们所有设备提供动力的理想组件。然而，原始速度只是拼图的一部分。衡量性能的标准不仅要看每秒能执行多少次操作，还要看在实际条件下执行这些操作的效率如何。
例如，为高端台式电脑设计的处理器可能在繁重的多任务处理和密集型应用中表现出色。但如果把这种处理器换到移动设备上，可能会遇到性能上得不偿失的问题。
理论最高速度与实用、可持续性能之间的差距，需要通过能效、发热量和工作负载要求等因素来弥补。这种细致入微的设计方法有助于解释为什么最快的处理器并不是一个放之四海而皆准的解决方案。这也没有问题。
物理学的暴政：热量与动力
半导体物理学的核心是一个基本的权衡问题： 时钟速度与散热量.晶体管每次开关都会消耗能量并产生热量。提高时钟频率，所需的功率就会随着频率的平方而增长。
在有空间安装巨型散热器和多风扇的台式机塔中，你可以处理几十甚至几百瓦的热输出。
但是，如果把这样的散热预算塞进只有几毫米厚的智能手机外壳中，你最终拿着的将是一块烫手的砖头。更糟糕的是，过高的热量不仅会让设备在触摸时感到不舒服，还会加速硅本身的磨损，缩短其使用寿命。
在大多数情况下，产品和芯片设计人员必须选择热设计功率（TDP）符合严格热包络的处理器，在性能和可靠散热之间取得平衡。
过多的热量不仅会影响性能，还会缩短元件的使用寿命并危及用户安全。因此，设计人员通常会选择既能提供 "足够好 "的性能，又不会产生过多热量的处理器。
这意味着，虽然最快的处理器可能存在于实验室环境中（可理解为超频竞赛），但它们并不总是最适合空间有限且散热管理是关键挑战的设备。这里的权衡是一种平衡行为，既要优化性能，又要确保设备保持凉爽、安全和使用舒适。
制造商开发了特殊的架构，例如 ARM 的 big.LITTLEE 配置在该系统中，高功率内核与高能效内核配对使用。系统根据计算需求在这些内核之间智能切换，在需要时提供高性能，在任务强度较低时节省电池寿命。这种动态电源管理是现代移动计算的关键。
便携设备最重要的是电池寿命
与热限制直接相关的是电池寿命。现代用户希望智能手机一次充电可使用一整天，笔记本电脑可使用 8 小时或更长时间，可穿戴设备可使用数天或数周。
高速处理器耗电量巨大，在接近最大时钟频率时往往高达数百瓦。相比之下，设计精良的移动 SoC 在大量使用时通常只需不到 5 瓦的功耗就能实现 "全天候 "的承诺，在典型的、不太费力的使用场景下，功耗通常只有几毫伏。
如果没有这些妥协，你的手机要么会在一小时内 "死机"，要么就需要一块比现有电池厚一半、重一半的电池。这样的权衡很难让人满意。设计强大而高效的处理器并非易事。
收益递减：每增加一兆赫的成本
想象一下，你在一家汽车经销商处，当你把最高车速提高 1 英里/小时时，价格就会陡然上升。这个类比适用于硅片：将时钟频率从 4.0 GHz 提升到 4.5 GHz 可能只需要在制造上做很小的改动，但将时钟频率从 5.0 GHz 提升到 5.5 GHz 通常需要重大的设计改动、更高级的硅片（为能承受更高的电压和热量的芯片进行分档）以及更严格的测试。
超过一定程度后，每增加一百万赫兹所带来的实际速度提升就会更小，尤其是在无法充分利用原始单线程性能的应用中。同时，额外的工程风险、更高的缺陷率和更高的制造成本也会侵蚀制造商的利润和最终用户的价位。
我们都想要最快的 CPU *我们负担得起的.这个星号的作用可大了。
外形限制：尺寸、重量和材料
除了硅本身，设备的机箱、散热片材料和冷却解决方案也有限制。智能手机使用薄铜散热器，部分依靠金属框架和玻璃背板散热。游戏笔记本电脑可能包括蒸汽腔和风扇，但仍无法与台式机气流优化机箱的散热能力相媲美。
可穿戴设备和物联网小工具的外壳进一步缩小：通常根本没有主动散热的空间。设计人员必须在原始计算能力与设备形状、重量和制造材料等物理现实之间做出权衡。
通常情况下，设备的尺寸和重量决定了可以使用什么样的 CPU。使用更强大的处理器并非勇敢之举，而往往是错误的设计决策。
专用处理器与通用处理器的比较
在许多领域，"速度 "的优势来自于专业化。例如，GPU 专用于图形渲染或科学计算等任务，拥有数百或数千个较小的内核，以及宽 SIMD 单元和高带宽内存。谷歌的 TPU 和其他人工智能加速器增加了矩阵乘法引擎，以加速深度学习工作负载。
但是，这些架构是针对狭小、非常具体的任务进行优化的，它们擅长并行浮点运算，但在通用计算方面却不那么灵活。
对于网页浏览或电子邮件等日常任务而言，在每台设备中嵌入这样的专用芯片将是矫枉过正（也是一种浪费）。取而代之的是，设备使用 "恰到好处 "的处理器，在通用功能与特定任务加速器（如视频解码、人工智能推理）之间取得平衡，以提高重要任务的效率。
软件和工作量的现实情况
原始时钟速度只是性能的一部分。现代处理器在很大程度上依赖于高速缓存分层、分支预测、失序执行和多线程来保持流水线的数据供给。
在许多实际应用中，特别是那些有大量指针追逐、不规则内存访问或大量 I/O 的应用中，更高的时钟频率只能带来微小的收益。
开发人员和系统架构师通常会发现，针对数据局部性、并行性和算法效率优化软件所带来的收益，要远远高于追求每多出几百兆赫的硬件速度。实际上，许多设备会在 "软件曲线 "开始变平的地方设置 CPU 性能上限，转而选择对编译器、程序库和运行时系统进行微调。
因此，如何定义 "最快 "也很重要，因为根据工作量的不同，你可能会看到完全不同的东西。
如果不过度使用芯片，可靠性和使用寿命都会提高
服务器和关键任务系统有时会使用运行时钟略低于最大极限的处理器，这正是为了提高可靠性。在较低的电压/频率点运行芯片（一种称为欠压/欠频的技术），可以显著减少漏电流和热应力，延长元件的使用寿命，降低无声数据损坏或突然故障的概率。
消费电子产品公司非常在意退货率、保修成本和品牌声誉。通常情况下，保证每台设备都能在典型的用户滥用、长时间游戏、高温环境、灰尘暴露等情况下正常运行，要比将每块芯片都推向绝对极限更为可取。
监管和环境因素
随着公众对能源消耗和电子垃圾的关注与日俱增，监管机构和行业联盟越来越多地推动绿色电子产品的发展。能源之星 "等标准机构为设备设定了能效基准，激励制造商降低空载和负载功耗。企业的可持续发展目标进一步鼓励在设备的生命周期内尽量减少碳足迹的设计。
在这种情况下，在每台设备中都使用最快的处理器，而不管实际是否需要这种性能，都与更广泛的环保目标背道而驰。比起峰值时钟速度，更好、更高效的芯片、自适应电源管理和更长的设备寿命都是优先考虑的因素。
用户体验的必要性
归根结底，大多数消费者并不关心 CPU 的原始时钟速度，而更关心响应速度、电池寿命、发热、噪音和整体感觉。如果一款手机在基准测试中速度稍慢，但在长时间使用后仍能保持低温并持续 16 小时，那么这款手机就会比那些在测试中速度飞快，但在两小时后就关机或变得热得让人不舒服的手机更有质感。
制造商花费了无数的时间进行用户体验测试，平衡 CPU 速度、GPU 性能和系统级优化，以便在实际条件下提供始终如一的流畅体验。
这往往意味着要调低处理器的最高时钟频率，以达到性能迅猛、散热正常、电池续航时间超出预期的最佳状态。
足够快的 CPU 通常比 "最快 "的处理器更受欢迎
好消息是，今天 "足够快"，明天往往就会感觉 "足够快"。芯片设计人员正越来越多地转向异构架构，将高能耗的大内核与效率较高的小内核相结合，再加上专用的人工智能、图形和视频引擎，使正确的硬件与正确的任务相匹配。
这样，设备就能在需要时提高性能，在闲置时以超低功耗运行。可动态重新配置的自适应硬件、用于互连的硅光子技术以及三维堆叠芯片有望带来更大的灵活性。
未来的设备将不再是单一的 "最快 "处理器，而是由大量的专用引擎组成，每个引擎都有自己的专长，其整体性能将超过任何单一的 "大核心"。
想了解最快对您意味着什么？阅读我们的文章 如今玩游戏需要多少个 CPU 内核 和 用于运行耗电的应用程序.
综上所述
那么，我们为什么不在每台设备上都安装最快的处理器呢？因为 "最快 "往往意味着更热、更耗电、更昂贵、寿命更短、更不环保，这些特性与移动、嵌入式和消费电子产品的实际需求相冲突。
相反，整个行业都在努力寻求平衡：将芯片功能与使用案例相匹配，优化软件，并在封装和电源管理方面进行创新，以提供最佳的整体体验。
归根结底，我们的目标并不是无意义的百万赫兹竞赛，而是制造出让用户满意的设备，让他们享受流畅的性能、超长的电池寿命、舒适的散热和实惠的价格。正因如此，"最大 "和 "最快 "的 CPU 在超级计算机和旗舰台式机中大放异彩，但在日常生活中却没有必要（也不受欢迎）。
