问题

既然单个CPU性能提升有困难,为什么不把主板设计成双CPU的呢?

回答
咱们聊聊为啥现在电脑主板上多见单CPU,而不是像过去那样常见双CPU设计,尤其是在CPU性能提升越来越不容易的当下。这事儿说起来,涉及到技术发展、应用需求、成本控制等好几个方面,不是简单一句“就可以解决性能瓶颈”那么简单。

首先得明白,双CPU主板不是没人做过,过去确实流行过一阵子。在PC刚刚兴起或者说高性能计算还比较昂贵的年代,通过两颗CPU协同工作,能显著提升处理能力,尤其是在服务器和工作站领域。那时候,单核CPU的性能提升确实比现在要容易,但即使如此,双CPU也是一种重要的解决方案。

那么,为什么现在大家普遍用单CPU了呢?这里面有几个关键原因:

1. 单CPU性能的巨大飞跃与架构优化:

制程工艺的进步: 摩尔定律虽然放缓,但CPU制造工艺一直在进步。更小的制程意味着可以在同一面积的芯片上集成更多的晶体管,提升CPU内部的计算单元数量,以及更高的时钟频率。
核心数量的增加(单Die上): 现在一颗CPU内部,我们看到的已经不是一两个核心了,而是四核、八核、十六核甚至更多。这些核心集成在同一个物理芯片(Die)上,通过更高效的内部总线和缓存协同工作,带来的性能提升是实实在在的。相比之下,两颗分开的CPU在数据交换上的延迟可能会更高。
指令集和微架构的优化: 现代CPU的微架构设计非常复杂,包含了乱序执行、分支预测、更大的缓存、更高效的内存控制器等等。这些优化使得即使是单颗CPU,也能在每时钟周期内完成更多的工作。这使得单颗CPU的“单核性能”和“多核并行性能”都得到了大幅提升。
异构计算和专用加速器: 除了通用的CPU核心,现在的CPU内部或与CPU集成在一起的,还有很多专门的加速器,比如核显(GPU)、AI加速单元(NPU)等等。这些专用单元能在特定任务上提供远超CPU的性能,而且能耗比更高。将这些功能集成到一颗CPU里,比在主板上额外连接另一个CPU来做这些事儿更有效率。

2. 软件生态和并行化程度:

不是所有任务都能完美并行: 虽然多核CPU能提升并行处理能力,但软件的优化程度是关键。很多老旧软件,或者设计上就依赖于连续计算的任务,对多核的利用率并不高。即使你装了两颗CPU,如果软件跑不满其中一颗,那另一颗就等于浪费。
操作系统和线程调度: 操作系统负责将任务分配给CPU核心。虽然现代操作系统在多任务调度方面做得很好,但两颗物理CPU的处理,比同一颗CPU上的多个核心,在调度和资源共享上还是要复杂一些。
应用程序的优化方向: 很多软件开发者现在的优化重点,是如何让单颗CPU上的更多核心更有效地工作,而不是去适配两颗物理CPU的复杂并行模型。

3. 成本、功耗和散热问题:

成本是硬道理: 两颗CPU意味着两倍的CPU芯片成本,再加上支持双CPU的主板需要更复杂的供电、布线和通信通路,成本会高出不少。对于大众消费者来说,单颗高性能CPU的性价比往往更高。
功耗和散热是巨大的挑战: CPU是电脑里最耗电和最发热的部件之一。两颗CPU同时高负荷运行时,总功耗会急剧增加。这不仅对电源提出了更高要求,更棘手的是散热问题。要将两颗CPU产生的热量有效地散出去,需要非常庞大和复杂的散热系统,这对于台式机来说还好,但对于笔记本电脑甚至一体机,几乎是不可行的。而且,过高的功耗也意味着更高的电费。
供电设计复杂: 主板需要为每个CPU提供独立的、稳定且高功率的供电。双CPU主板的供电设计会非常复杂和昂贵。

4. 特定应用场景的保留:

服务器和高性能工作站: 在需要极高计算密度和并行处理能力的企业级应用中,双CPU或者四CPU、甚至更多CPU的服务器和工作站依然是主流。这些领域对成本敏感度相对较低,而对原始计算能力的需求极高,而且软件生态也更倾向于支持多路并行。例如,科学计算、大数据分析、复杂的模拟渲染等。
特殊定制: 也有一些非常特殊的定制化需求,可能会用到双CPU设计,但那已经是小众市场了。

举个例子来类比:

就好比你家造房子,以前可能只能请两个大工,每人效率一般,所以你得请四个大工才能干得快。现在呢,虽然大工的单人效率提升没那么夸张了,但一个大工本身能力极强,干活又快又有分寸,还能同时做很多不同类型的活(就像现代CPU的多个核心和各种加速器),效率比你请两个普通大工还要高很多,而且还省事儿。除非你家工程特别大,非得同时开工好几个特别独立的环节,不然请一个超级大工或者一个能力很强的大工带一帮小工(指CPU核心和加速器),可能比请两个普通大工更划算、更省心。

总结一下:

如今主板设计倾向于单CPU,不是因为没人考虑双CPU,而是因为技术发展让“单颗CPU的内部实力”变得非常强劲,可以包含多个高性能核心和各种加速器,性价比和效率都做得很好。同时,软件对多核的优化也在不断进步,让单CPU的价值最大化。而双CPU带来的成本、功耗、散热等问题,在追求普适性和性价比的消费级市场,就显得不太划算了。当然,在那些对计算能力有极致追求,且成本和功耗不是首要考量的专业领域,多CPU设计依然是不可或缺的。

网友意见

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这个真有过。

远在cpu达到频率瓶颈以前,就有PC尝试过双CPU。

服务器上很早就多路并行,PC在发展到一定阶段,也走过这个方向,但是很快就停下了。

因为双CPU的PC没人买。

早期的家用操作系统,是不支持多处理器的,而且受制于主板,当时的多核之间通讯经过主板芯片组,延迟很高,实际性能不佳。

双处理器主板的成本也明显过高,再加两个CPU,对家用PC来说太贵了。

而且家用PC的高性能需求是游戏,当年的游戏支持多核心有困难。

所以,这个方向很快就死掉了。

下次再搞,就是超线程和单CPU多核心了。而且很快就解决了胶水双核的问题。

这个路线一直用到今天。

理论上,只要你舍得花钱,家用PC多处理器也没有问题。

中国一度有很多工包,山寨和洋垃圾的多处理器主板,这些主板和处理器都很便宜,也有很多人用这种机器当家用PC。

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