超能課堂136：英特爾CPU的睿頻加速用處有多大？
英特爾去年推出了八代酷睿處理器，CPU核心數從之前的4核增加到了6核，性價比大增，所以去年初發布的七代酷睿會受到嚴重影響，據說有JS為了清理庫存，給消費者洗腦說八代酷睿中的Core i-8700K頻率才3.7GHz，比不過Core i7-7700K，後者還要便宜。不管有沒有人上當，JS這個說法還真有迷惑性，而這又跟英特爾的Turbo Boost睿頻加速有關。
今天的超能課堂我們就來談談英特爾處理器的Turbo Boost加速技術，它問世正好也有10年時間了，不僅成為了英特爾處理器的一個重要技術，還被英特爾當作區分CPU等級的標誌，只有Core i5/i7/i9處理器才能享受到睿頻加速，Core i3及以下的處理器是沒有的。
對現在的CPU來說，提升性能只有三條路可走，要麼提升頻率，要麼提升IPC（每周期指令數），要麼就減少執行指令所需的數量。從難易程度上來說，減少指令數量最為複雜，提升IPC性能可以考增加CPU核心、改進架構，而直接提升頻率是最為簡單有效的。
CPU性能與頻率、IPC、指令數的關係
不過CPU提頻說起來容易，做起來難，因為頻率增加又意味著功耗的增加，二者也是正比關係，所以如何提升頻率但又不讓功耗超標成了一件大事，特別是在多核CPU時代，設計者需要考慮4-8個核心高效率工作，頻率管理將直接影響CPU的性能、發熱及功耗。
Turbo Boost加速：多核CPU時代頻率超車秘籍
在這樣的背景下，原定固定（最高）頻率運行的方式已經落伍了，2008年在Nehalem架構的Core處理器發布時，英特爾推出了第一代Turbo Boost加速技術，通過先進的演算法來動態調節不同CPU核心的頻率。
現在4核乃至8核已經普及多年，但是不是所有的操作都能100%利用多核心，所以實際使用中總會有CPU核心處於空載狀態，Turbo Boost加速技術就實時監控CPU的活動核心數、功耗及溫度，把不需要工作的CPU核心降至C0、C1等節能狀態，把空出來的功耗空間增加到活動核心上，提高它的運行頻率。
Turbo Boost能讓部分CPU核心進入快車道
《道德經》里有句話叫做「天之道，損有餘而補不足；人之道，損不足以奉有餘。」對於Turbo Boost來說，英特爾的做法就是「人之道」，讓無用的核心更慢，快的核心頻率更快。
Turbo Boost 2.0：更高效更智能
第一代Turbo Boost加速技術主要考慮處理器的活動核心、功耗及溫度，還不夠智能，效率也不夠高，英特爾在2011年的Sandy Bridge處理器上開始應用Turbo Boost 2.0加速技術（以下簡稱TB 2.0），這也是目前絕大多數英特爾酷睿處理器都在使用的睿頻加速技術。
與第一代相比，TB 2.0睿頻加速考慮的影響因素更多，除了溫度、功耗、活動核心之外，還會考慮工作負載、電流等因素，所以效率更高、更加智能、更加動態。
此外，從2011年的SNB處理器開始，整合的GPU在處理器中位置也日益重要，英特爾稱之為核顯，CPU與GPU核心是同一晶元上的，而核顯的頻率也有了動態調節機制，所以CPU、GPU之間也共享功耗，在不同的負載中核顯也有TB加速機制，比如在遊戲種能獲得更高的頻率提升以增強遊戲性能。
Turbo Boost 3.0：精挑加速核心，但限制更多
TB 2.0按說已經夠用了，不過在2016年的Broadwwell-E發燒級平台上，英特爾又推出了Turbo Boost 3.0——準確地說，官方的叫法是Turbo Boost Max Technology 3.0（以下依然簡稱TB 3.0），相比TB 2.0能帶來更高的加速頻率，但是TB 3.0的限制也更多。
在TB 3.0中，英特爾表示藉助它能將處理器的單線程、多核性能提升15%以上，這種宣傳雖然有誇張的成分，不過TB 3.0在睿頻機制上確實有很多不同，如下圖所示：
在TB 3.0中，英特爾會將1-2個CPU核心定義為最佳性能核心，也就是說英特爾已經幫我們測試、精挑了用於加速的CPU核心，每個處理器的2個加速核心都不一樣，然後儘可能提升這1-2個核心的頻率，所以支持TB 3.0的處理器中我們會看到兩個加速頻率，一個是常規TB 2.0的，一個是TB 3.0的，後者的頻率會比TB 2.0高一些，會多出100-200MHz的頻率。
TB 3.0加速頻率要比TB 2.0更高
以最頂級的Core i9-7980XE為例，基礎頻率才2.6GHz，TB 2.0加速頻率4.2GHz，而TB 3.0頻率可以提升到4.4GHz，對於一個18核處理器來說，4.4GHz的高頻率可以保證它的單核、雙核性能也足夠強，否則就會面臨尷尬——非多核優勢項目中頂級Core i9會被Core i5/i3之類的處理器吊打一頓。
雖然睿頻頻率更高，但是享受TB 3.0還存在很高的門檻，首先是軟體上的，TB 3.0原生支持Windows 10周年紀念版及之後的系統以及2017年之後的Linux系統，如果不是這些系統，那麼就需要安裝一個單獨的TB 3.0軟體，通過白名單的方式為不同的程序提供TB 3.0加速，建議不管什麼系統還是裝上最好。
最大的限制則是硬體上的，TB 3.0目前只支持消費級X99、X299平台的處理器以及部分伺服器級的Xeon E5 v4處理器，而限制處理器的原因估計跟挑選CPU核心有關，頂級平台銷量很少，英特爾有功夫幫消費者測試、挑選體質好的核心，但主流級市場的處理器銷量龐大，英特爾沒可能一一挑選了。
總結：
在多核處理器的時代，如果所有的應用程序、遊戲都能完全利用所有核心，那是最好不過了，消費者購買4核甚至8核處理器不就是為了提高性能嘛，可惜現實情況不是這樣，日常使用中大部分程序並不能佔滿CPU核心，Turbo Boost加速技術就是為了解決這樣的問題，儘可能提升單核/雙核頻率以適應非多核優化的應用。
英特爾的Tubro Boost已經發展了三代，主要思路其實都是差不多的，就是綜合考慮CPU核心的使用情況，降低非工作狀態的的CPU核心到各種節能狀態，省出來的空間留給負載中的CPU核心，儘可能提高CPU頻率。這個思路在八代處理器以及Core i9處理器上尤其明顯，Core i7-8700K的基礎頻率才3.7GHz，比Core i7-6700K、Core i7-7700K的基礎頻率低多了，但是4.7GHz的加速頻率使其成為目前單核性能最強的Core i7處理器。
未來隨著CPU核心數量的進一步增加，Turbo Boost睿頻加速只會越來越重要，對消費者來說這不僅提升了CPU性能，更重要的一點是有了睿頻加速，普通玩家折騰超頻的必要性越來越低，這個問題跟GPU上的Boost加速也是一樣的，官方加速頻率越高，消費者超頻的空間就越少。
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