大体上赞同 @Nibelung 的回答,我这里只是指出 @润松 的数据的问题,他屏蔽我了,没办法评论,只好单独开一个答案,下面是截图:
他提到i960HT的MIPS高达1008,这个数是错的,并且他的图就可以自证:
他给的书上有一个MIPS/W和功率(mW)两个数据,可以得出MIPS=MIPS/W * mW/1000,可以算一下其它的CPU里,这个数几乎都是对的上的:
0.9*239=215.1(实际230)
0.424*85=36.04(实际36)
2.2*72=160.6(实际160)
0.2*100=20(实际20)
0.265*155=41.075(实际41)
0.9*58=52.2(实际52)
4.5*10=45(实际44)
0.9*30=27(实际27)
0.5*56=28(实际28)
4.5*22=99(实际1008)
很显然,最后一个数是对不上的,错开太多,应该是书印错了。
可见的材料里,i960HT的MIPS是100-166左右,我不清楚他是怎么google的,但我找到的资料就是这个,这个数看上去正常的多。(参考链接:http://www.nj7p.org/Manuals/PDFs/Intel/272590-003.PDF)
另外一个资料里显示,i960HT的MIPS是核心频率的2倍,总线频率的6倍,按照20总线频率计算,实际MIPS应该在120左右。参考资料:https://books.google.com.hk/books?id=eVcEWDIeTYcC&pg=PT194&lpg=PT194&dq=i960HT+MIPS&source=bl&ots=kzcqUmq28p&sig=M23spD31E0keaNhrsCtF32cBViA&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwig4_iGq47WAhVHpZQKHSj9BIcQ6AEIKjAB#v=onepage&q=i960HT%20MIPS&f=false
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至于F22是否需要强大的计算力,这个确实需要,比如相控阵雷达,这玩意就需要强大的计算能力,强大的计算机对战机的性能提升有非常重要的作用。
但是,就目前而言,战机的计算机单个CPU的计算能力都明显弱于民用级别的CPU产品。
主要原因包括:
1. 军用设备的可靠性验证周期很长(以年计),民用设备不需要太长时间的验证周期,所以军用设备的产品要落后民用设备很长时间。
2. 军用设备对元器件的抗高温、低温、湿度、过载、抗辐射都有更严格的要求,对连续无故障工作时间有更严格的要求。高频电子设备抗干扰、辐射能力更差,或者说达到同样的抗干扰水平,高频设备需要付出更大的代价。
军工部门对设备的可靠性比性能的需求更大。可靠性相当于能不能用,性能相当于好不好用,所以解决能不能用这个问题是更重要的。
飞机上为了解决计算机性能不足的问题,一般都是集成计算卡(模块)或者DSP一类的芯片,别的答案里也有,相当于用堆数量的办法解决性能不足的问题。
如果真的要做比较,F22上任何单个的CPU性能都远远落后于苹果手机,整体(整个飞机上的所有计算机加起来)的计算能力,如果算上各种附加的板卡,也许能超过苹果手机的计算能力,但前者的数量就多太多了,功耗就更不在同一个等级上,况且前者可以通过增加计算卡的方式提升计算能力。
除此之外,计算能力≠性能,龙芯3B的浮点计算能力据说高达128Gflops,数值跟i7 4770k差不多(也有说比i7还强的,看具体怎么比了),但龙芯3B玩游戏肯定不如4770k,差太远了。苹果手机和F22的设计目标不同,性能的定义也不一样。
动手查一下很难吗?F22的计算机型号早就公开了,用了6块1995年的PowerPC603而已,你以为能有多强大?
这位是来搞笑的吧?!
1974年F-15服役的时候,安装的是60年代末的小型计算机CP-1075,当时这个机器是32万次每秒的计算速度,而当时英特尔的4004CPU,是大概7000次运算速度,CP1075碾压这种微型计算机,问题是到了80年代中后期,80486已经有数百万次的运算速度,到90年代奔腾速度直接破亿次,而这时候F-15C用的还算CP-1075,还是只有30多万次。
军用的CPU也面临着更高的环境要求,要耐高温、低温、耐急剧的温度变化,还要耐辐射,因此都是基于更高的工艺标准,还有蓝宝石基底,一般比同款的民用型号晚个几年。再加上飞机航电设计必然是要在服役之前做的,也就是2000年服役的飞机,那1995年左右航电设计就要基本冻结,因此1995年只能基于当时能拿到的航空级芯片,而对应的民用型号差不多就是90年到92年的事情。所以2003年F-22服役的时候,他用的处理器芯片就是95年左右的POWERPC603处理器,比2003年民用市场上的处理器差了十几倍的性能,而服役到现在2017年了也还是POWERPC603,差距那就是上千倍了。别说比iPhone6,比iPhone3g都不如。
根据 @润松 的资料,2004年第五批F22才用了PowerPC3,前几批都是i960MX。至于整个CIP系统的运算能力,算法我不太懂,姑且抛砖引玉,看看有没有高人补充了。
F22的图形处理器是GF2Go,CPU只是作为逻辑控制用的而已,显示有专门的显示芯片,雷达有专门的雷达DSP,所谓的CIP只是处理飞火推逻辑而已,估计运算量还没一个五联数控机床多。
其实战斗机并不需要多强的计算能力,飞控、火控、飞控火控交联这些所需要的计算量跟主流的3D军事游戏比起来,根本不值一提;战斗机需要的是可靠性,不能正快活地飞着,突然电脑死机了。现在计算能力最强的战斗机是F-35,也就用了4块PowerPC G4而已。DAS(一种具有360度探测功能的光学系统,可以把飞行员的视野无限制扩展)使用的图像处理器是NVIDIA Geforce 2
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相关阅读:https://www.zhihu.com/question/64847325/answer/225259371
远远不如ip6。
实际上,经过精心设计的软件在军用芯片的运行效率并不差,你觉得电脑端的芯片也就那样,其实是因为操作系统开销太大了,任何专门用途的东西,针对性地开发软件,运算效率成倍提升是很正常的。
就比如电机的foc驱动,需要对采集的信息进行正弦余弦运算,你当然可以直接用math.c计算三正弦余弦,但这样速度就很慢慢了,那有哪些提升效率的方法呢?
首先,既然算三角函数那么费事,那我牺牲一点存储空间,然后把正弦曲线平均截N个点取值直接存一个数组,然后需要的时候根据角度直接查数组可以吧?这样就不需要算正弦函数了,余弦函数直接超前90度查表也就完事了,这样对cpu的负担是不是直线下降了?
再进一步,正弦余弦的值都是带小数点的,我们知道cpu处理整数类型的速度很快,而处理浮点数的速度就慢很多。那没事,我们用一个int类型乘一下正弦表,不就做出一个整形的正弦表,这不就可以把所有浮点数转换成整数了吗?把这样的数据放进计算机运行是不是比浮点数快多了呢?
而通用计算机算三角函数肯定直接double类型大马金刀莽上去,效率肯定大大不如针对性的算法。
推到军用芯片,算力虽然有限,但架不住研发人员专门设计算法啊,信不信它上面的软件运算速度快如闪电?就像J20,这么复杂的气动外形,飞控软件复杂程度可想而知,用的国产的芯片照样解决。
本文没有说F22就一定要求CPU具备高性能运算能力,只是指出F22这种级别的战斗机对处理器的运算能力还是有一定要求的,不是某些人说的,运算能力没有要求,主要看稳定和抗辐射,如果你觉得CPU够用就好,就先想想美国为什么要把F22处理器从i960升级到更强的powerpc,为什么F35更进一步,按照对运算没要求的理论,直接用intel 8086就好了,已经足够了。
首先下个结论,F22搭载的计算机整体先进性上落后于iphone6,但因为二者所承担的任务完全不是一个性质,F22要承载复杂的航空任务其航电系统所代表的计算机水平即使放到如今在某些方面也并不落后。
计算机性能很大程度上取决于CPU,衡量CPU的几个指标:
主频 (一个时钟周期完成的指令数) 外频 (内存总线速度) 缓存 制程工艺 协处理器 流水线技术
MIPS:处理器的速度或指令执行速率,随时钟频率增长而线性增长
iphone6:
主处理器为A8处理器以及M8协处理器,A8:主频1.4GHz、采用ARM v8指令集架构、双核、64位、三级缓存(64KB、1MB、4MB)、20nm制程工艺、晶体管数量为20亿,运算能力约为2000MIPS(存疑,目前查到的有2500/2000/1200三种,取中间)、GPU为PowerVRGX6450浮点运算能力为76.8GFLOPS,1G内存、16GB起步的ROM
F22搭载的计算机硬件:
搭载了3个CIP通用集成处理器组成了内部的一个小型超级计算机
1 每个单独的CIP包括 双数据处理单元,每个单元搭载二块独立的intel i960mx CPU(如下图)
注:美国从2004年第五批F22生产才决定将处理器升级为powerpc,前几批都为i960
这是从google上找的intel i960的数据,由于i960从1988年就生产了,F22在90年代开始制造,采用的应该是较新款的,所以主频取66MHz,三级缓存(16KB、4KB、2KB),制程为0.15微米、晶体管数量约为800-1000万,数据处理能力为1008MIPS(这里为结合google和书上列出的资料得出的)。
也就是一架F22搭载了12块 intel i960mx CPU,采用并行接线连接3个CIP,通过数据总线和网络连接各个处理器组成一个超级计算机,也就是说理论上数据处理能力能够达到10000MIPS(10000MIPS仅仅是理论上,还要看CPU的带宽和数据总线的带宽等等以及部分处理器会担任冗余部分,请别较真)
所以单个处理器上,F22搭载的计算机处理器无论是主频、外频、制程、协处理器、缓存都弱于iphone6 的A8处理器
但F22通过将多个处理器集成在一起成为小型超算,也有着相对不弱的运算能力
虽然iphone的A8处理器是ARM指令集,和intel处理器采用指令集不同,指令集不同MIPS比较也不准确,但把MIPS放这里只是给一个大概参考
CPI:每条指令执行的时钟周期数
MIPS是每秒钟处理了多少百万条指令
计算公式:MIPS=主频*CPI
谢天谢地,找了一个晚上终于在下面这本书中找到关于i960的详细数据
2 数据信号处理模块 DSP模块,包含二个独立的GPU处理器,来完成单浮点运算
3 DSP LARM 检测信号处理器
4LLSP 等待时间信号处理器
5KOV加密/解密处理器
所以总结:F22所搭载的计算机由于时代原因,其核心处理器从个体上在制程上、晶体管数量上、缓存大小、主频、MIPS等等都不如21世纪的A8处理器,尤其是在主频上,F22所搭载的浮点图形处理器运算能力也远不如iphone6搭载的GPU,但F22通过CIP通用处理器项目,并且得益于强大的电子工业基础,搭载了12块i960组成的超级计算机,整体的性能还是不错的。
PS:
1 并不太认同高票答案讲的F22这种级别所需要的运算能力很低,甚至不如一款普通军事游戏
2 对于部分人提出战斗机对CPU的运算能力要求不高,基本满足就可以了的,我想说几点
1) F22是创世纪的四代机,身上装载了部分新型传感器包括先进相控阵雷达,这部分就会产生大量的数据,需要大量的数据运算,除此以外还有复杂的飞控控制等,都需要进行大量的数据运算
为什么会对运算能力没有要求?可以类比下如今的无人汽车,所需要的CPU运算能力一点不弱,都需要配备高性能的处理器
2) 拿航天处理器来和战斗机所需处理器进行比较,认为F22这样的战机CPU只要够用就好,主要还是要能够抗辐射、抗高温等等
a F22飞行的空间为大气层内,没有飞出大气层外,没有那么强的太空辐射
b 航天任务相对简单,操作系统所需要执行的任务进程少,对处理器运算要求相对不高,太空环境也比较特殊,所以更注重抗辐射抗高温
3 提游戏的
游戏更侧重GPU的浮点运算能力,而cpu偏重于复杂的数据运算
拿F22的CPU运算能力和现在的GPU运算能力比,本身就不合适
F22的CPU运算能力强和玩游戏又有什么区别?
4 对于CPU应该比较什么的
是主频还是浮点运算能力还是架构还是MIPS的,我想说比较的参数很多,不是仅仅就看一个二个指标,我这边只是列出一个参数供大家参考,没有将二者强行进行比较
5 关于GPU
GPU:Graphic Processing Unit(图形处理器)
有的人将GPU和显卡混为一谈,认为显卡=GPU,且是英伟达的显卡
下面评论出现了争议,GPU究竟是什么年代出现的?综合各种资料,给出的准确时间:
NVIDIA在1999年发布GeForce 256图形处理芯片时首先提出,标志着GPU的出现
显卡:从80年代就开始出现,定义是显示适配器,1995年出现了3D图形加速卡,里面开始出现专门的图形处理芯,之后到了99年才由英伟达提出了GPU这个概念。6
6 针对F22等对计算平台要求不高的,作为类比,看一下国内某款业内先进无人车的计算平台吧:
计算平台由两计算盒组成。每个计算盒配备了一颗英特尔至强E5处理器(12核)和四到八颗NVIDIA K80 GPU加速器,彼此使用PCI-E总线连接。CPU运算峰值速度可达400帧/秒,消耗400W的功率。每个GPU运算峰值速度可达8Tops/s,同时消耗300W的功率。因此,整个系统能够提供64.5 TOP/S的峰值运算能力
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