设计目标的多样性: CPU 需要处理的任务极其广泛,从简单的逻辑判断到复杂的浮点运算,再到内存管理和I/O控制。为了应对这种多样性,CPU 的设计需要非常复杂和通用。 单核性能的瓶颈: CPU 的核心数量虽然在增加(从早期的单核、双核到现在的 832 核甚至更多),但与 GPU 的数千个核心相比仍然非常少。这意味着 CPU 上的并行化程度远不如 GPU。因此,提升整体性能很大程度上依赖于提升单个核心的效率(IPC)和时钟频率。 IPC 的提升难度: CPU 的架构优化(如指令流水线、乱序执行、分支预测、缓存体系等)已经非常成熟。每一代在这些方面的微小改进,都可能需要大量的研发投入,但带来的IPC提升幅度往往是百分之几,而非翻倍的增长。想象一下,一个已经高度优化的引擎,想要再榨出1%的性能,需要付出巨大的努力。 时钟频率的物理限制: CPU 的时钟频率受限于物理定律,特别是功耗和散热。更高的频率意味着更高的功耗和发热,这使得在保持稳定性和可接受的散热范围内进一步提高频率变得越来越困难。
总结 CPU 的“挤牙膏”: CPU 的“挤牙膏”现象,主要是由于其通用计算的复杂设计、单核性能提升的瓶颈、制程工艺进步放缓以及软件生态对大规模并行支持不足等因素造成的。每一代 CPU 的更新,更像是对现有成熟架构进行精细打磨和微调,通过小幅度的IPC提升、频率小幅上涨、核心数量增加以及能效优化来逐步提升整体性能,而缺乏 GPU 那样引入全新硬件单元所带来的“革命性”飞跃。