移动处理器和桌面处理器有什么区别？

Question

我刚刚阅读了有关具有 2.7 GHz 四核处理器和 3GB RAM 的新三星 Galaxy Note Edge 的信息。

我去年从 HP 购买的笔记本电脑是 4 GB 内存和 2.3 GHz 四核，而我的 iMac 更旧，是 2.5 GHz i5。

这是否意味着新的三星小工具比我的台式机更强大？

2.7 GHz 是否与非移动设备的 GHz 相同（是按比例放大还是比较等）？

为什么在功率方面，现代计算机没有两个并行运行的三星四核处理器，以提供 5.4 GHz 的处理能力来获得两个 Galaxy Note 电池的电能？

Answer 1

注意：此答案假设所比较的 CPU 由大约 2006 年至 2015 年的商用 Intel、AMD 和基于 ARM 的 SoC 组成。如果范围足够宽，任何一组比较测量都将无效；我想在这里提供一个非常具体和“切实”的答案，同时还涵盖两种最广泛使用的处理器类型，因此我做出了一系列假设，这些假设在 CPU 设计的绝对一般情况下可能无效。如果你有挑剔的地方，请在分享之前记住这一点。谢谢！

让我们弄清楚一件事：MHz / GHz 和内核数量不再是任何两个任意处理器的相对性能的可靠指标。

即使在过去，它们充其量也是可疑的数字，但现在我们有了移动设备，它们绝对是可怕的指标。我将在稍后的回答中解释它们可以在哪里使用，但现在，让我们谈谈其他因素。

今天，最好的号码时要考虑比较处理器热设计功耗（TDP），和特征加工尺寸，又名“FAB大小”（在纳米-纳米）。

基本上：随着热设计功率的增加，CPU 的“规模”也会增加。想想自行车、汽车、卡车、火车和 C-17 货运飞机之间的“规模”。更高的 TDP 意味着更大的规模。MHz可能会更高，也可能不会更高，但其他因素，如微架构的复杂性、内核数量、分支预测器的性能、缓存量、执行管道的数量等，在较大的情况下都倾向于更高 -规模处理器。

现在，随着晶圆厂尺寸的减小，CPU 的“效率”会增加。因此，如果我们假设两个处理器的设计完全相同，只是其中一个缩小到 14nm 而另一个缩小到 28nm，那么 14nm 处理器将能够：

• 执行速度至少与更高晶圆厂尺寸的 CPU 一样快；
• 这样做使用较少的功率；
• 这样做的同时散热较少；
• 就芯片的物理尺寸而言，请使用更小的体积。

一般来说，当英特尔和基于 ARM 的芯片制造商（三星、高通等）缩小晶圆厂尺寸时，他们也倾向于稍微提高性能。这阻碍了他们究竟能获得多少能效，但每个人都喜欢他们的东西运行得更快，所以他们以“平衡”的方式设计他们的芯片，这样你就可以获得一些能效提升和一些性能提升。在其他极端，他们可以使处理器正是为高耗电上一代，但斜坡上升表现了很多; 或者，他们可以让处理器保持与上一代完全相同的速度，但功耗却降低了很多。

需要考虑的要点是，当前这一代平板电脑和智能手机 CPU 的 TDP 约为 2 到 4 瓦，晶圆厂尺寸为 28 纳米。甲低端从2012台式处理器具有至少45瓦特的TDP和22nm的晶圆厂大小。即使平板电脑的片上系统 (SoC) 连接到 A/C 主电源，因此它不必担心耗电（以节省电池），四核平板电脑 SoC 将完全失去每一个 CPU 基准测试到 2012 年的低端“Core i3”双核处理器，运行频率可能较低。

原因：

• 所述睿i3 / i5 / i7的芯片是MUCH大（在晶体管数，物理的管芯面积，功耗等方面）比片剂芯片;
• 即进入台式机芯片关心MUCH约节省功耗更低。软件、硬件和固件的结合会严重降低移动 SoC 的性能，从而为您提供更长的电池寿命。在台式机上，这些功能仅在对高端性能没有显着影响的情况下才会实施，并且当应用程序要求高端性能时，它可以始终如一地提供。在移动处理器上，它们通常会实施许多小“技巧”​​来到处丢帧等（例如，在游戏中），这通常是肉眼无法察觉的，但可以节省电池寿命。

我刚刚想到的一个巧妙的类比：您可以将处理器的“MHz”视为车辆内燃机上的“RPM”仪表。如果我将摩托车发动机转速提高到 6000 RPM，这是否意味着它可以比火车的 16 缸原动机以 1000 RPM 拉动更多负载？不，当然不是。原动机的功率大约为 2000 到 4000 马力（这里的示例），而摩托车发动机的功率大约为 100 到 200 马力（这里的示例是有史以来最高马力的摩托车发动机超过 200 马力）。

TDP 比 MHz 更接近马力，但不完全是。

一个反例是将 2014 年型号的“Haswell”（第 4 代）英特尔酷睿 i5 处理器与高端 AMD 处理器之类的东西进行比较。这两款 CPU 在性能上会接近，但 Intel 处理器的能耗会降低 50%！事实上，55 瓦的酷睿 i5 通常可以胜过 105 瓦的 AMD“打桩机”CPU。这里的主要原因是英特尔拥有更先进的微架构，自“酷睿”品牌诞生以来，它在性能上已经超越了 AMD。英特尔也一直在以比 AMD 快得多的速度推进其晶圆厂规模，这让 AMD 望而却步。

台式机/笔记本电脑处理器在性能方面有些相似，直到您使用微型英特尔平板电脑，由于功率限制，它们的性能与 ARM 移动 SoC 相似。但是，只要台式机和“全尺寸”笔记本电脑处理器继续逐年创新（它们似乎很可能会如此），平板电脑处理器就不会超越它们。

最后我要说的是，MHz 和内核数并不是完全无用的指标。在比较 CPU 时，您可以使用这些指标：

• 处于同一细分市场（智能手机/平板电脑/笔记本电脑/台式机）；
• 处于同一 CPU代中（即数字仅在 CPU 基于相同架构时才有意义，这通常意味着它们将在同一时间发布）；
• 具有相同的晶圆厂尺寸和相似或相同的 TDP；
• 在比较它们的所有规格时，它们主要或仅在 MHz（时钟速度）或内核数量上有所不同。

如果这些陈述适用于任何两个 CPU——例如，英特尔至强 E3-1270v3 与英特尔至强 E3-1275v3——那么简单地通过 MHz 和/或内核数量来比较它们可以为您提供差异的线索在性能方面，但在大多数工作负载上的差异将比您预期的要小得多。

这是我在 Excel 中制作的一个小图表，用于展示一些常见 CPU 规格的相对重要性（注意：“MHz”实际上指的是“时钟速度”，但我很着急；“ISA”指的是“指令集” Architecture”，即 CPU 的实际设计）

注意：这些数字是根据我的经验得出的近似/大概数字，而不是任何科学研究。

Answer 2

嗯.. 这是个好问题。

答案是否定的，三星 Galaxy 很可能不如您的台式机强大。如果您要运行全面的 CPU 基准测试，这将是显而易见的。

我将尝试按照我所看到的方式整理答案。其他更有经验的成员可能会在以后添加更多细节和价值。

首先，由于CPU架构的不同，移动设备处理器和台式PC处理器支持的指令集不同。您可能已经猜到了，PC 的指令集更大。

另一件事是虚假广告。通常可以达到为 PC CPU 宣传的速度，并且 CPU 可以长时间以该速度运行。这是可能的，因为来自主电源的过度供电，以及允许从核心去除热量的良好冷却系统。对于移动设备，情况并非如此。广告速度是最大可能速度，但远高于平均速度。由于过热和节省电池，移动设备通常会降低 CPU 速度。

最后但并非最不重要的是附加组件的可用性，如主内存 (RAM)、高速缓存等。RAM 的数量不是唯一的标准。还有 RAM 时钟速度，它定义了数据在 RAM 中/从 RAM 中存储和检索的速度。这些参数在移动设备和 PC 之间也有所不同。

您可以提出更多差异，但根本原因是功耗和尺寸要求。PC 可以从主电源获取更多功率，也可以更大，因此它们将始终提供更高的处理能力。

如需更多阅读，我建议： 处理器：计算机与移动设备

Answer 3

实际上，不同制造商的处理器之间的 MHz 等级几乎没有相关性。它只与完全相同系列的 CPU 有一些相关性。虽然手机处理器变得非常快并且可能会击败那些旧的 Pentium 4，但您仍然无法将它们与低端核心 i3 进行比较。

您应该知道，影响整体性能的因素有很多，而不仅仅是 CPU。例如，

• CPU时钟速度
• 处理器核心数
• 每个周期的指令数
• 分支预测
• 指令系统
• 指令宽度
• 总线宽度
• 内存速度
• 缓存大小
• 缓存设计
• 硅布局
• 软件优化
• 等等

因此，时钟速度或 MHz 等级只是您可以用来衡量性能的许多不同事物的一部分。AMD 处理器与英特尔或 ARM 的处理器完全不同。众所周知，3GHz 和相同核心数的 AMD CPU 的性能不如具有相同核心数和相似规格和 GHz 等级的 Intel CPU。

您还会注意到内存速度也会影响性能以及缓存。请注意，与台式机和手机中的同类产品相比，服务器处理器具有较大的 L1 缓存。因此，与手机 CPU 相比，它们等待数据的时间更少。

我添加指令集和软件优化的原因是一些软件可以让算法在一个芯片上比另一个芯片运行得更好，因为它们可以利用特殊指令来加速某些可能需要数十条指令的操作。这不应该被低估。

需要指出的是，TPD 与性能无关。使用更小的制造工艺构建相同的 CPU，例如从 32 纳米到 22 纳米，将导致 22 纳米与 32 纳米管芯相比更低的 TDP。但是性能下降了吗？不，恰恰相反。确实存在尝试衡量相对性能的跨平台测量，例如 Linpack 基准测试。但这些都是人为的衡量标准，很少有基准可以作为特定应用程序性能的良好指标。

Answer 4

allquixotic 的回答很好地为您提供了实用的一面。我认为简要介绍“时钟”的具体细节以及为什么所有时钟都不是平等的也很有用。除非我犯了错误，否则这应该适用于所有真实的或理论的微处理器。

5 GHz 意味着每秒 50 亿个周期或时钟。但是在一个周期中发生的事情并没有用 5 GHz 的频率来表示。如果一个轮子每秒转 25 次，它可以走多远？当然，这取决于周长。

对于处理器，可以实现的可能工作量将是周期数乘以每个周期的工作量（减去限制和等待时间）。

每个周期完成的最大工作量可以是任何数量（理论上）。从历史上看，CPU 一直在增加它们在一个周期内可以完成的工作量。他们可以通过多种方式做到这一点：

• 当指令集的大小增加时，它们能够在单个周期内解决更大变化的问题。
• 更复杂的指令允许解决更复杂的问题。
• 逻辑优化允许以更少的步骤解决问题。

通过向 CPU 内核添加硬件，这些优化已经成为可能。当您拥有专门的硬件时，某些数学运算会变得更加高效。例如，处理十进制数与处理整数完全不同，因此现代 CPU 的每个内核都有专门的部分来处理每种类型的数字。

由于内核变得复杂，并非所有部分都在每个周期中使用，因此最近的趋势是实现某种类型的“超线程”，将两个完全独立的操作组合到一个周期中，因为这两个操作主要使用不同的部分核心。

如您所见，这使得 CPU 频率成为一个非常糟糕的性能指标。这也是为什么在它们之间的几乎所有比较中都使用基准测试的原因，因为计算每个周期的理论性能充其量是一团糟。

概括

由于“核心”的定义是任意的，并且因处理器而异，因此所述核心的每个周期完成的工作量也是任意的。