cpu做成一個性能超強的單核不行嗎？這種技術可以實現嗎？

CPU的的單核性能有多重要，這個不用再重復了，但是CPU的單核性能可以無限增加下去嗎？回答這個問題之前，先說一個小故事吧。很多年前VIA威盛還可以跟英特爾硬剛，那時候是Pentium 4時代，英特爾在CPU頻率不斷突破1GHz、2GHz、3GHz之后要做更高頻率的CPU，放言稱奔4頻率上4GHz，后來就有了英特爾前任CEO巴瑞特下跪的一幕，因為英特爾在奔4時代并沒有如承諾的那樣推出4GHz高頻的產品。

但是很多人不知道的是，4GHz并不是英特爾當時的最終目標，2001年的IDF會議上英特爾曾經表示奔4處理器可以上10GHz頻率。如今18年過去了，這個目標一直都沒實現，（硅基時代）可能永遠都無法實現了。

這件事就能說明CPU頻率不是想提升就提升的，奔4時代過去這么多年了，其實CPU的主流頻率依然在4GHz左右，英特爾雖然在酷睿i7-8086K上首次實現官方5GHz頻率，但絕大多數處理器日常使用的頻率都沒這么高，高負載下頻率在4GHz出頭就不錯了。

制約單核性能超強的CPU出現的第一個問題就是頻率無法大幅提升，而這個因素也跟現在的制程工藝有關，實質上是摩爾定律已經失效了，這個影響了半導體行業50年的金科玉律隨著硅基芯片物理極限的到來已經失效了，從28nm節點之后其實就沒有帶來很大的性能改進了，而且功耗問題也越來越嚴重。

大家都知道理論上制程工藝越先進（制程數字越小），CPU性能會更高，功耗、發熱會更低，但是實際上這個問題很復雜，CPU的功耗可以分為靜態功耗（Static Power）及動態功耗（Dynamic Power），前者主要是漏電流引起的，制程越先進，漏電流又有增加的趨勢，而動態功耗可以用1/2*CV2F這個公式來計算，F頻率越高，動態功耗就越高。

為了上更高的頻率，電壓增加不可避免，但電壓高了功耗也高了，總之靜態功耗、動態功耗的存在就決定了CPU頻率越高，功耗就會極速增加，將會嚴重影響處理器的性能表現，因為要降頻。

說到這一點，英特爾的14nm工藝雖然被人調侃擠牙膏，但從技術上來說真的很牛了，從Skylake架構的第一代14nm到現在Coffee Lake的14nm++工藝，性能提升26%，或者功耗降低52%，在不改變基本結構的情況下這個成績很難得。

制程工藝的放緩導致CPU頻率不可能大幅提升，有很多人會想到那么有沒有非常牛的CPU架構讓IPC性能大幅提升呢？理論上這種思路是可以的，但是現實很殘酷，CPU架構還是要服從半導體工藝物理定律的，沒有先進的工藝，再好的CPU架構也不可能實現。

此外，即便不考慮工藝對CPU架構的影響，單純說CPU架構的話，不論是X86還是ARM架構，在64位時代CPU單元不外乎就是ALU單元、緩存、I/O等子單元， 但是不論提升那部分單元，歸根到底還是要算到晶體管數量上來，還要考慮提升導致的成本——這個成本不只是錢的問題，比如提升L1/L2/L3緩存可以提高性能，但是緩存占用的核心面積很大，而且還有命中率及命中懲罰的問題，不是隨便加加單元就行的。

此外，CPU的內部還可以分為整數部分、浮點部分，前者對日常使用很重要，浮點性能對計算更重要，但CPU的浮點性能并不是日常所需的，所以大家普遍感覺不到這部分的提升。

支持AVX512的酷睿i9-7900X浮點性能提升很大

公平地說，近年來CPU浮點單元的進步是符合題目所說的單核超強的要求的，因為從SSE到AVX到AVX2再到最新的AVX-512，CPU浮點性能是有大幅提升的。如英特爾所說：“借助多達兩個512位融合乘加 (FMA) 單元，應用程式在512位矢量內的每個時鐘周期每秒可打包32次雙精度和64次單精度浮點運算，以及八個64位和十六個32位整數。因此，與英特爾高級矢量擴展 2.0（英特爾 AVX2）相比，數據寄存器的寬度、數量以及FMA單元的寬度都增加了一倍。”

但是前面也說了，CPU的浮點性能不是日常所需的，整數性能更加重要一些，但是整數單元性能提升就沒這么明顯了，導致很多人以為CPU架構多年來擠牙膏。