如果你對2004年英特爾總裁貝瑞特當年當著6500人驚天一跪還記憶猶新的話，或許能更能理解這個問題，當年老貝這一跪是對“惟主頻論”失誤的真心懺悔。

當時NetBurst架構的Prescott（Pentium 4的核心），雖然已經是用了最先進的90nm工藝，但是3GHz主頻的CPU功耗就超過百瓦，如果頻率要超過4GHz，功耗將是何其了得。

所以，在這兒就可以回答題主，正是因為功耗（散熱）制約了主頻的提升。

登納德縮放定律的終結

相信你也聽過摩爾定律，它告訴我們，芯片中晶體管的尺寸正在不斷減小，因此芯片的晶體管數量可以不斷增加。雖然近些年，摩爾定律一直在修改，但它似乎尚未完全停止。

事實上，除了摩爾定律，還有一個很重要的定律，稱登納德縮放定律（Dennard Scaling），大體說，隨著晶體管尺寸的減小，它的功耗也按面積大致按比例下降。

摩爾定律和登納德縮放定律這兩個好基友放在一起，就是要告訴我們，可以不斷縮小晶體管尺寸，并且在CPU中容納更多晶體管，而功耗基本不變。

但是，到了Pentium 4，基本上宣告了登納德縮放定律的終結，因為Pentium 4的性能只有486的6倍，但功耗卻是后者的23倍（6^1.75）！

好吧，看看上面的圖，隨著晶體管的面積密度上升（藍色線）16倍，功耗僅下降約4倍（紫色線），功耗降低已經不再與芯片面積密度上升成正比，Dennard Scaling is dead.

也就是說，繼續以提升頻率來提升性能的方法已經行不通了！

多核也能刷性能

到底CPU的性能是怎么定義的？英特爾是這么說的：

CPU性能=IPC * f

其中f為頻率，提升f就能提升CPU性能，不過這條路已經不通了。

但是，我們還可以提升IPC呀，IPC（instruction per clock）是每時鐘周期內所執行的指令數，所以才有了多核，2個核心，IPC就是原來的2倍，4個核心，IPC就翻了4倍，CPU的性能也就得到提升。所以我們消費級的CPU才從2核變成了4核，再到8核，現在已經升到了16核。

反正呢，現在摩爾定律還能茍延殘喘，但Dennard Scaling已是過去式，雖然工藝越來越先進，CPU里可以裝進更多的晶體管，但由于功耗墻的原因，已經沒辦法提高單個內核的頻率，解決方法是在芯片上保留更多內核以提高CPU性能。當然并非所有程序都可以支持多核，因此這種潛在的性能增益并不總是能夠得以呈現，但肯定是越來越好了。

發動機的轉速再高，對速度的提升，也比不上氣缸多來的直接！ V12 發動機不會搞9000轉，8000進紅線。

一個喇叭尺寸再大，音量再高，看電影的時候，也不可能比7.2聲道效果好。

理論上時鐘速度越高，也就是主頻越高，CPU運行的速度就越快。頻率就是指單位時間內完成定期更改的數量，有的指令可以在一個時鐘周期內完成，有的指令則需要多個時鐘周期來完成，如果將時鐘速度提高為3.2GHz，那么CPU每秒就會執行32億個周期。

大家似乎很難理解主頻提高會提高CPU的性能，舉個例子：假如你舉手需要2秒，讓你1秒鐘完成一次舉手的動作，再讓你1秒鐘完成10次舉手動作，再讓你1秒鐘完成100次舉手動作，性能就是這樣被提高的。在能盡可能短的時間內讓CPU內的幾百億的晶體管快速的打開和關閉來提升CPU的運算能力。

提升CPU的主頻確實能夠提高CPU的性能，但很快被玩殘了

早期在絕大多數人的認知里，都認為主頻越高CPU的性能就一定越高，CPU的制造產商在過去也是一直這樣引導普羅大眾的。這就引發了英特爾和AMD持久的主頻爭霸戰。

AMD的速龍系列率先突破1GHz，使得英特爾亂了陣腳，慌忙地推出奔騰3系列。倉促推出的奔騰3還有很多問題所以并沒有幫英特爾扳回一局，所以很快就推出了基于NetBurst架構的奔騰4。速龍出場1.1GHz左右，而奔騰4則快速的拉到了1.4GHz左右，致使AMD的價格優勢盡失。

奔騰4雖然贏得了市場，但有心人很快就發現了問題，奔騰4在很多方面的表現還不如奔騰3，典型的“高頻低能”來描述。

這一切都歸功于NetBurst架構的超長流水線來提高主頻，20級流水線說句不好聽的就是在磨洋工，磨洋工就磨洋工吧，但痛點就是CPU的熱量大，所以后期的CPU對于風扇和散熱器的要求越來越高，這才有了后來的用CPU煮餃子，烤肉的梗。

性能不夠、超頻來湊，AMD也同樣犯過這樣的錯誤，通過超長流水線來提高CPU的頻率，比如4.7Ghz主頻的是FX-9590，TDP達到了220W，風冷壓不住，只能采用高端水冷散熱。這才有了網上所說的i3默秒全的梗，追求單核主頻的AMD最終坐實了千年老二的位置。不過還好AMD后期開始認識到問題的嚴重性，多核RYZEN系列開始有翻身的跡象。

單核通過提高主頻來提升CPU的性能注定只是一個笑話

2004年64歲的英特爾CEO當著6500多技術人員的面跪下道歉宣布放棄4GHz主頻的奔騰4，這說明英特爾也沒能解決CPU主頻提高散熱量增大的問題。這是英特爾的轉折點，也是單核到多核的一大轉折點，因為英特爾是繼Sun、IBM、AMD之后宣布走向多核。

CPU的性能=時鐘頻率*IPC（IPC即一個時鐘周期完成的指令數），而CPU的功耗和電流*電壓*電壓*主頻成正比，增加主頻很可能會以3次方的速度增加CPU的功耗，而增加IPC只會線性的增加CPU的功耗。假如增加1倍IPC而減少一倍時鐘頻率很可能產生一個結果CPU性能沒有改變，而功耗卻大幅地降低了。毫無疑問多核可以增加IPC，可以減少時鐘頻率的同時增加CPU的性能。

總結

過去的30多年里，CPU性能隨著主頻的提高而提高是芯片產業從技術、應用、產業發展的基石，而現在大廈的基石卻徹底地改變了。只能說單核提升主頻來提高CPU的性能過于理想化，以至于忽略了很多外在的因素，現實無情的打臉最終才讓芯片巨頭們走向了多核之路。

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目前限制CPU的不是技術工藝，而是散熱，Intel的CPU可以輕松6-7Ghz，前提是你得液氮散熱，考慮到目前大多數風冷散熱現實，限制主頻2-4之間，也是對市場妥協。如果將來某一天，普及微型液氮散熱器，說不定多核就沒那么重要了

歡迎你的閱讀

首先，要說的是現在手機也不是不提高主頻了，只是提高的速度比以前更慢了。

1. 頻率太高的話發熱也會更嚴重，現在很多手機已經很會發熱了，玩玩就燙的不行。并且提高主頻也要更高的技術，研發的費用也會高很多，最主要怕壓不住很大的發熱。
2. 對于cpu性能的提升，主頻帶來的效果也不是很明顯，由于cpu發現技術，主頻的上升空間有明顯的局限。所以cpu核心數在現階段比提高主頻效果來的更明顯。

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不要光用頻率衡量CPU的單核性能。舉個例子，里程碑1代的555Mhz主頻的德儀CPU，可以把HTC G7上面那顆1Ghz CPU從上到下秒一個遍。CPU單核心性能，可以用車輛的輪子計算。頻率只是轉速，代表轉多塊。影響的另外一個因素是單核能效，對應的是輪子的直徑。輪子的直徑大，并不需要轉多快也能維持高度。但是直徑小的，必須提高轉速才能達到一樣的速度，帶來的結果就是功耗和發熱的提高。

不要看核心頻率來定量CPU性能，要看核心架構在看頻率，一般同一架構頻率越高性能越好，像3.2ｇHz的八核推土機性能還不如四核八線程的酷睿i5性能好。四核四線程奔騰N4200還沒有雙核四線程M5性能好。目前CPU領域性能最好的是酷睿了，像主機CPU美洲豹架構只能和打樁機差不多，和酷睿i差遠了，有人推測八核美洲豹性能居然只有比雙核酷睿i5好一點。

有個重物50kg，一個人搬不動，解決的辦法有兩種，一是鍛煉身體，增加肌肉力量，半年苦練后基本就搬得動了；而是再喊一個幫忙抬一下，1分鐘解決。[大笑]

CPU性能可以通過哪些參數來衡量，相信很多人最先想到的都是CPU頻率，在架構工藝相同的情況下，CPU頻率越高性能越強。記得在2003年之前，CPU的頻率提升幅度都不算小，1981年的時候IBM電腦的CPU頻率是4.77Mhz，到了1995年英特爾CPU頻率達到了100Mhz，提升了20多倍。

2000年AMD的CPU頻率領先Intel突破了1Ghz，這5年里面頻率提升了10倍，隨后2003年英特爾CPU頻率達到了3.7Ghz，就3年的時間，頻率又翻了幾倍，而到了2021年，CPU單核最高也就5.3GHz了，相比過去那些年的CPU頻率提升可以用緩慢來形容了。

為什么主頻提不上去？

影響CPU頻率的一個物理限制條件是，主頻與信號在晶體管之間傳輸的延遲成反比，也就是說晶體管密度越大,時鐘頻率越高，而這也是在2003年以前CPU頻率可以通過采用更先進的工藝來提升主頻，而且提升的效果是特別明顯的。

但是CPU的頻率提升不是沒有限制因素的，這個因素就是能耗發熱問題，能耗過高會導致CPU發熱過大，可能會導致CPU燒毀，而CPU的能耗和時鐘頻率三次方成近似正比關系，也就是說頻率翻倍，能耗可能會達到之前的8倍。

之前對FX8350和FX9590的主頻和功耗關系進行過相關計算，大致的驗證一下能耗與頻率提升的關系，因為FX9590就是FX8350的官方超頻版本，同樣的工藝架構，同樣的核心數量，可以很好的觀察頻率和功率的關系，FX8350默認頻率是4Ghz，FX9590默認頻率是4.7Ghz。

FX9590的頻率是FX8350頻率的1.175倍，1.175的三次方是1.62，也就是說理論上來說FX9590能耗比FX8350要高62%，對二者的TDP進行對比，可以發現FX9590比FX8350要高76%（220除以125然后減去1），從這個結果來看，CPU的能耗和時鐘頻率的三次方成近似正比關系是成立的，總之可以肯定頻率和能耗的提升關系不是線性的。

當然有人會說，既然能耗增加導致發熱，那采用先進工藝不就可以緩解這個問題了，理論上來說是的，不過工藝越先進，熱密度越來越高，更容易出現積熱問題，就像7nm工藝雖然可以提供比14nm更低的能耗，但是7nm處理器的積熱問題更嚴重，能耗雖然低不少，但是溫度并不會比14nm的產品低，這也導致靠工藝提升來提升頻率越來越困難。

一個CPU中含有數十億個晶體管，比如英特爾的主流CPU擁有20億個晶體管，在某些高端產品中晶體管數量高達60億個。晶體管在做模擬信號的相互轉換時會根據CPU主頻的高低產生動態功耗，因而CPU的主頻越高，發熱量就越大。

當然芯片的制造工藝一直是在不斷發展，根據摩爾定律，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔一年半會增加一倍，性能也將提升一倍。

2000年的奔騰4處理器，制作工藝是180nm；

2010年的酷睿i7-980X，制作工藝32nm；

2013年的酷睿i7 4960X，制作工藝是22nm；

現如今酷睿i7 9700k的制造工藝更是達到了10nm級別。晶體管做得越小，導通電壓更低，就可以補償了CPU主頻升高帶來功耗的增加。

但是，CPU的制造工藝是不會無休止地提升，越往后技術難度越大，因而制造工藝是限制目前CPU主頻提升的最大障礙。 而且晶體管尺寸是減小了，但數量的增加會使晶體管之間的積熱問題凸顯出來，因此總的發熱量并不會有太多減少。

況且主頻僅僅是CPU性能表現的一個方面，而不代表CPU的整體性能。CPU的性能參數還有二級緩存、三級緩存、指令集、前端總線等方面。一味地升高CPU的主頻,會使CPU的發熱量成倍增加，最后為了給CPU降溫就要在散熱裝置上花費極大的功夫，這樣做是得不償失的。

所以為了增加CPU的速度，半導體的工程師們就給CPU設計多個核心，能夠達到相同的效果。就好比有100道算術題要計算，單核CPU就是讓一位速算高手來完成，而多核CPU就是請了四位速算能力一般的人，但最后還是四個人完成100道題所用的時間短，畢竟人多力量大嘛。