Intel真在擠牙膏？歷代Core i7處理器性能大比拼

十年前，當(dāng)Intel處理器從奔騰D升級(jí)到Core 2 Duo，業(yè)界是用“雷霆一擊”來(lái)形容，那是一種飛躍式的質(zhì)的變化，功耗溫度大降而性能大漲，隨后的Core 2 Quad雖然是個(gè)膠水四核，不過(guò)多了兩個(gè)核還是帶來(lái)了相當(dāng)大的性能提升，接下來(lái)的Nehalem架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了原生四核，內(nèi)存控制器整合到CPU內(nèi)部使得內(nèi)存帶寬大幅攀升，超線程技術(shù)的回歸讓CPU的多線程性能有了很大提升，后面的Sandy Bridge架構(gòu)是對(duì)Nehalem的一次大改，CPU與GPU真正的融合在一起，性能有了全面的提升。

但是后面幾代CPU的性能提升就相當(dāng)小了，每一代都是幾個(gè)百分點(diǎn)的性能升幅，這也讓Intel這幾年被玩家笑稱(chēng)為牙膏廠的原因。

在2006年Intel提出了Tick-Tock戰(zhàn)略，其中的Tick一環(huán)是指CPU工藝升級(jí)，Tock則是CPU架構(gòu)升級(jí)，二者輪流交替，兩年為一個(gè)周期，在Haswell架構(gòu)之前Intel一直都是按照這個(gè)步伐一步步走過(guò)來(lái)的，2007年45nm工藝的Penryn處理器，2008年是同為45nm工藝的Nehalem架構(gòu)，之后分別是32nm Westmere、32nm Sandy Bridge、22nm Ivy Bridge、22nm Haswell，22nm工藝是一個(gè)相當(dāng)重要的節(jié)點(diǎn)，這是Intel首次投入實(shí)用的3D晶體管工藝，然而隨后的14nm工藝Intel栽了個(gè)大跟斗，14nm工藝的延期迫使Intel放慢了前進(jìn)的步伐。

實(shí)際上Intel現(xiàn)在的工藝技術(shù)路線已經(jīng)變成了制程-架構(gòu)-優(yōu)化(Process-Architecture-Optimization)，算是從之前的兩步走改成三步走了，步調(diào)放緩了。

都在說(shuō)Intel這幾年來(lái)CPU的性能提升幅度不大，舊U還能繼續(xù)戰(zhàn)N年，那么比較近幾代Intel處理器到底有多大性能差距呢?今天我們要測(cè)試一下從第一代的Core i7-870開(kāi)始到現(xiàn)在比較新的Core i7-7700K共六款六代的酷睿處理器，看看各代之間到底有多大的差距。不過(guò)在測(cè)試之前我們先來(lái)回顧下這幾年來(lái)Intel的各代CPU架構(gòu)。

　一切的開(kāi)端：Nehalem

08年推出的Nehalem微架構(gòu)是一切的基礎(chǔ)，Intel這幾年的酷睿處理器微架構(gòu)都是以它為基礎(chǔ)，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，Nehalem微架構(gòu)仍是基于上一代Core微架構(gòu)改進(jìn)而來(lái)的，但它的改進(jìn)是全方位的，計(jì)算內(nèi)核的設(shè)計(jì)來(lái)源于之前的Core微架構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化和加強(qiáng)，主要為重拾超線程技術(shù)、支持內(nèi)核加速模式Turbo Boost和支持SSE4.2等方面，非計(jì)算內(nèi)核的設(shè)計(jì)改動(dòng)主要的有三級(jí)包含式Cache設(shè)計(jì)、使用QPI總線和整合內(nèi)存控制器等重要改進(jìn)。

Nehalem微架構(gòu)采用可擴(kuò)展的架構(gòu)，主要是每個(gè)處理器單元均采用了Building Block模組化設(shè)計(jì)，組件包括有：核心數(shù)量、SMT功能、L3緩存容量、QPI連接數(shù)量、IMC數(shù)量、內(nèi)存類(lèi)型、內(nèi)存通道數(shù)量、整合GPU、 能耗和時(shí)鐘頻率等，這些組件均可自由組合，以滿(mǎn)足多種性能需求，比如可以組合成雙核心、四核心甚至八核心的處理器，而且組合多個(gè)QPI連接更可以滿(mǎn)足多路服務(wù)器的需求。

正因?yàn)檫@樣的模組化設(shè)計(jì)，英特爾可以靈活的制造出各種差異化的核心，比如支持三通道DDR3的Bloomfield核心、支持雙通道DDR3的Lynnfield和Clarkdale核心，而且這些核心間還存在是否支持超線程、Turbo Boost技術(shù)等區(qū)別，Clarkdale還整合了GPU圖形單元。

在2009年9月，Intel推出基于Nehalem微架構(gòu)的Lynnfield處理器，采用LGA 1156接口，它與Bloomfield的區(qū)別不單只在于內(nèi)存通道數(shù)的差別，Lynnfield把PCI-E控制器整合到了CPU內(nèi)部，而北橋其他功能與南橋一起整合到PCH里面，主板從三芯片變成了雙芯片，形成了現(xiàn)在主板的基本布局。

2010年的Clarkdale只有雙核設(shè)計(jì)，它把GPU也整合到CPU內(nèi)部了，但是只是簡(jiǎn)單的將GPU和CPU封裝在一起，并沒(méi)有真正達(dá)到“融合”，一顆CPU里其實(shí)有兩顆“芯”，CPU的制造工藝升級(jí)到了32nm而GPU部分則依然是舊的45nm工藝，它們采用QPI總線相連，對(duì)外則采用DMI總線連接PCH。

真正的雙芯融合：Sandy Bridge

在2011年伊始，Intel就把微架構(gòu)升級(jí)到新一代的Sandy Bridge，它真正將GPU與CPU融合，從以前的雙U各立山頭到合二為一，是非常大的突破， 內(nèi)核架構(gòu)也較Nehalem有了較大變化，這些變化包括：新的分支預(yù)測(cè)單元、新的Uop緩存、新的物理寄存器文件、有效執(zhí)行256位指令、放棄QPI總線改用環(huán)形總線、比較末級(jí)緩存LLC機(jī)制、新鮮的系統(tǒng)助理等。

AVX指令集的加入是Sandy Bridge比較為重要的改進(jìn)，浮點(diǎn)性能得以激增，新一代的Turbo Boost 2.0技術(shù)增強(qiáng)了Sandy Bridge自動(dòng)提速的彈性，除CPU外還可對(duì)GFX進(jìn)行加速，并隨著系統(tǒng)負(fù)載的不同協(xié)調(diào)二者的頻率升降，表現(xiàn)得更加智能化。

新一代圖形核心具備出色的圖形與多媒體性能，由于改用了環(huán)形總線設(shè)計(jì)，三級(jí)緩存可由CPU各核心、GPU核心與系統(tǒng)助理System Agent共享，可直接在L3內(nèi)進(jìn)行通信。GPU主要包含了指令流處理器、媒體處理器、多格式媒體解碼器、執(zhí)行單元、統(tǒng)一執(zhí)行單元陣列、媒體取樣器、紋理采樣器以及指令緩沖等等，架構(gòu)與上一代相比有了較大修改。

3D晶體管起航：Ivy Bridge

Ivy Bridge雖然說(shuō)只是Sandy Bridge的工藝改良版，架構(gòu)上沒(méi)太大改變，不過(guò)對(duì)Intel來(lái)說(shuō)卻是一款相當(dāng)重要的產(chǎn)品，因?yàn)樗鞘状尾捎?2nm 3D晶體管工藝，是今后Intel半導(dǎo)體工藝的重要基礎(chǔ);另外CPU內(nèi)部的PCI-E控制器也升級(jí)到了PCI-E 3.0標(biāo)準(zhǔn)，帶寬提升了一倍，分配方式也更靈活;內(nèi)核方面的改進(jìn)說(shuō)是提升了IPC每周期指令性能，SSE以及AVX指令也有所增強(qiáng);整合GPU性能也有所提升，EU數(shù)從12個(gè)提升到16個(gè)，API支持也從DX10.1升級(jí)到了DX11。

　更強(qiáng)圖形性能與更為精確的功耗控制：Haswell

Haswell是Intel在2014年推出的全新微架構(gòu)，該架構(gòu)給人比較深刻的印象就是把原來(lái)主板上的VRM模塊整合到了CPU內(nèi)部，F(xiàn)IVR調(diào)壓模塊的加入讓主板的供電變得簡(jiǎn)單，并且可以對(duì)CPU內(nèi)部的電壓進(jìn)行更為精確的控制，提高供電效率，實(shí)際上Haswell與Broadwell架構(gòu)的產(chǎn)品是我見(jiàn)過(guò)電壓比較為穩(wěn)定的Intel處理器。

指令集方面，Haswell增加了兩個(gè)指令集，一個(gè)是針對(duì)多線程應(yīng)用的TSX擴(kuò)展指令，另一個(gè)是就是AVX指令的進(jìn)階版AVX2。還有一點(diǎn)就是從Haswell架構(gòu)開(kāi)始Intel的核顯開(kāi)始了模塊化、可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)，就此走上了暴力堆砌核顯規(guī)格的道路，比較高級(jí)的核顯擁有40個(gè)EU，還有大容量eDRAM作為L(zhǎng)4緩存，可同時(shí)提升CPU與GPU性能。

其實(shí)在Haswell與Skylake之間還有個(gè)Broadwell，就是采用14nm工藝的Haswell處理器，不過(guò)Broadwell主要用在移動(dòng)平臺(tái)上，桌面級(jí)的Broadwell就兩顆，而且國(guó)內(nèi)沒(méi)有正式上市所以沒(méi)啥存在感，這里就不再做介紹了。

　DDR4的時(shí)代到來(lái)：Skylake

Skylake可以說(shuō)是自Sandy Bridge以來(lái)Intel比較給力的一次升級(jí)了，CPU同時(shí)升級(jí)架構(gòu)、工藝及核顯，內(nèi)存同時(shí)支持DDR3與DDR4，采用了更為先進(jìn)的14nm工藝使得Skylake在頻率提升、性能增強(qiáng)的同時(shí)功耗有了明顯降低，而FIVR電壓控制模塊則被取消了，電壓的控制也重新回到主板上。

Skylake處理器在超頻上的改進(jìn)可能讓人眼前一亮，因?yàn)榇饲癐ntel對(duì)超頻的限制頗多，全民超頻的盛況早就不存在了，但Skylake處理器上，Intel雖然會(huì)繼續(xù)限制倍頻，但這次的BCLK外頻限制沒(méi)這么嚴(yán)了，外頻能輕易超到125MHz以上，外頻的解放更有助于極限超頻玩家挑戰(zhàn)更高記錄。

核顯方面，Skylake與Broadwell其實(shí)挺相似的，每組Subslice單元依舊是24個(gè)EU，但是整體規(guī)模變得越來(lái)越大了，Skylake比較多可以擴(kuò)展到3組Slice單元，也就是說(shuō)比較多會(huì)配備72個(gè)EU單元，因此Skylake也多出GT4這個(gè)級(jí)別的核顯。

　小修小補(bǔ)提升能耗比：Kaby Lake

Kaby Lake只是Skylake的優(yōu)化版本，主要改善能耗比，然而這些在桌面版的處理器上表現(xiàn)并不明顯，桌面版第七代處理器比較明顯的區(qū)別只是頻率高了。

Kaby Lake雖然都是使用14nm制程，不過(guò)Intel說(shuō)他們對(duì)工藝進(jìn)行了改良，Kaby Lake處理器上使用的新工藝使用了更高的鰭片與更寬的柵極間距，更高的鰭片意味著需要更小的驅(qū)動(dòng)電流，這可減少漏電概率，而更寬的柵極間距這貨會(huì)降低晶體管密度，這需要更高的電壓但是可以降低生產(chǎn)難度，另外更寬的間距允許每個(gè)晶體管的產(chǎn)生的熱有更多地方擴(kuò)散，這有助降低內(nèi)核溫度并提升頻率，這也是為什么Kaby Lake頻率都比Skylake高但功耗則沒(méi)什么變化的原因。

GPU方面Kaby Lake的核心與Skylake一樣都是Gen 9，不過(guò)針對(duì)4K視頻回放進(jìn)行了改良，增加了H.265 Main.10、VP9 8/10-bit格式的硬件解碼與編碼，可大幅降低4K視頻播放時(shí)的功耗，這對(duì)臺(tái)式機(jī)來(lái)說(shuō)可能不算什么，不過(guò)對(duì)移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)降低功耗等同增加續(xù)航時(shí)間，這個(gè)是相當(dāng)重要的。

這幾年來(lái)Intel LGA 115X平臺(tái)較有代表性的Core i7處理器規(guī)格一覽

近年來(lái)LGA 115X平臺(tái)頂級(jí)主板芯片組規(guī)格一覽

說(shuō)真的主板芯片組的變化可能是給消費(fèi)者更新?lián)Q代的更大原因，如果說(shuō)這些年來(lái)LGA 115X平臺(tái)CPU給人的感覺(jué)總體差別不大的話(huà)，主板更新?lián)Q代的差別就是相當(dāng)大了，PCI-E總線從2.0變3.0，存儲(chǔ)接口從SATA 3Gbps慢慢進(jìn)化到SATA 6Gbps到現(xiàn)在比較新的M.2/U.2接口，USB接口從2.0到3.0再到現(xiàn)在比較新的3.1，這些都是能看得到且相當(dāng)實(shí)在的變化，再加上主板廠商每次都會(huì)在主板上加新花樣，可以說(shuō)主板帶來(lái)的變化更有讓人更新?lián)Q代的沖動(dòng) 。

測(cè)試平臺(tái)與說(shuō)明

這次測(cè)試的處理器包括從Core i7-870到Core i7-7700K的六代Intel LGA 115X平臺(tái)的處理器，Core i7-5775C是稀有品那個(gè)就算了，他們會(huì)搭配對(duì)應(yīng)的主板，Core i7-7700K/6700K會(huì)使用DDR4內(nèi)存，而其他處理器則使用DDR3內(nèi)存，顯卡采用GTX 1070 FE版，系統(tǒng)使用Windows 10 build 1607，顯卡驅(qū)動(dòng)是NVIDIA GeForce 372.70。

測(cè)試項(xiàng)目包括CPU基礎(chǔ)性能測(cè)試與游戲性能測(cè)試，CPU性能測(cè)試用的都是基礎(chǔ)性能測(cè)試軟件，而游戲測(cè)試包括3DMark Fire Strike基準(zhǔn)測(cè)試與《文明：超越地球》、《GTA 5》兩個(gè)游戲，會(huì)分別對(duì)比CPU默認(rèn)性能與4G同頻下的性能差別，此外還有功耗與溫度的測(cè)試，由于CPU超頻后的電壓會(huì)隨不同CPU的體質(zhì)而不同，所以只測(cè)試CPU默認(rèn)頻率下的功耗與溫度。

來(lái)源：超能網(wǎng)