猎鹰 发表于 2016-10-31 00:46:08

CPU的型号与选择

   上一章我讲解了CPU各部分的作用,不过我相信大家更关键的还是如何选择适合自己的CPU.先说明一下,本来这一章是准备和储存器一起讲的,不过最后发现这一章有点多,所以就单独出来了。

CPU的生产过程:
视频:
    http://www.bilibili.com/video/av1711332/       http://www.bilibili.com/video/av988024/

步骤:
    一.高纯硅的提取:
    生产CPU与GPU等芯片的材料是半导体,现阶段主要的材料是硅Si,这是一种非金属元素,从化学的角度来看,由于它处于元素周期表中金属元素区与非金属元素区的交界处,所以具有半导体的性质,适合于制造各种微小的晶体管,是目前最适宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。
    二.切割:    硅锭造出来了,并被整型成一个完美的圆柱体,接下来将被切割成片状,称为晶圆。晶圆才被真正用于CPU与GPU的制造。所谓的“切割晶圆”也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片,并将其划分成多个细小的区域,每个区域都将成为一个处理器的内核。一般来说,晶圆切得越薄,相同量的硅材料能够制造的处理器成品就越多。    三.影印:    在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻物质,紫外线通过印制着处理器复杂电路结构图样的模板照射硅基片,被紫外线照射的地方光阻物质溶解。而为了避免让不需要被曝光的区域不受到光的干扰,必须制作遮罩来遮蔽这些区域。这是个相当复杂的过程,每一个遮罩的复杂程度得用10GB数据来描述。
    四.蚀刻:    这是CPU与GPU生产过程中重要操作,也是处理器工业中的重头技术。蚀刻技术把对光的应用推向了极限。蚀刻使用的是波长很短的紫外光(现在Intel有了电子束曝光,因为电子的波长更短,不过在这里我不会讲波粒二象性与物质波,因为讲解这个够我写一篇近代物理史了)并配合很大的镜头。短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上,使之曝光。接下来停止光照并移除遮罩,使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜,以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。    然后,曝光的硅将被原子轰击,使得暴露的硅基片局部掺杂,从而改变这些区域的导电状态,以制造出N井或P井,结合上面制造的基片,处理器的门电路就完成了。    五. 重复分层:    为加工新的一层电路,再次生长硅氧化物,然后沉积一层多晶硅,涂敷光阻物质,重复影印、蚀刻过程,得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。重复多遍,形成一个3D的结构,这才是最终的CPU与GPU的核心。每几层中间都要填上金属作为导体。    六.封装:    这时的CPU或GPU是一块块晶圆,它还不能直接被用户使用,必须将它封入一个陶瓷的或塑料的封壳中,这样它就可以很容易地装在一块电路板上了。封装结构各有不同,但越高级的处理器封装也越复杂,新的封装往往能带来芯片电气性能和稳定性的提升,并能间接地为主频的提升提供坚实可靠的基础。   七.测试:
   很多人以为芯片最终的频率是内定的,是钦定的。对于这种报道上的偏差,你再说一遍等于你也有责任。实际上在半导体加工完毕之后,由于工艺问题,使得每一个晶体管的性能层次不齐,有的二氧化硅绝缘层厚一些,有的薄。这样在工作过程中,薄的那部分会称为水桶效应的短板。当频率过高时就会有电子泄露,宏观表现就是电脑死机。

屏蔽核心:
    有的时候频率已经低得没法看了,甚至是损坏没法用,那么这时候可以选择屏蔽(俗称:刀)掉损坏的部分。虽然看起来像是我们买了残次品,实际上使用起来是没有任何区别的,毕竟使用到的部分厂家可以保证完好。当然,这种屏蔽也不仅是核心的问题,也可能是缓存问题,毕竟缓存占了核心面积差不多一半。在此用Intel的E5 V2来讲解屏蔽的问题。
    其中E5 V2只生产了3种规格:分别是15核(全核心用于E7,E5只给了12核)、10核、6核


   在其设计之初便使用了模块化设计,这样使得后期屏蔽极其方便。当然这样的设计也是有一些缺陷的,比如下图右上角的空白部分,使得晶圆有一些浪费。
    模块化设计使得屏蔽变得极其简单,比如12核就是屏蔽了一个排。以此类推,通过三种芯片便制作出了 15、12、10、8、6、4这六种核心数。然后再通过频率测试,最终得到了几十种不同型号的CPU。
    其实最开始的设计就是最大的那块芯片,由于半导体的成品率比较高,如果用大核心屏蔽过多核心来得到小核心的CPU,这样成本是不划算的。所以便直接从硬件上阉割设计出了原生的小核心芯片。   通常屏蔽核心的CPU价格会便宜一些,销量也会更大,常出现供不应求的情况。这时厂家常常就会直接把完好的核心屏蔽后出售。因此便有了开核这一种说法,当然开核也是有风险的,如果开到了损坏的核心就只能自认倒霉了。

工程版与正式版:
   在研发过程中,往往需要提前生产出一些测试产品,这就是所说的ES(Engineering Sample),中文叫工程样品。这类CPU有着倍频、电压都不锁的特点,非常适合硬件玩家(超频)使用。不过因为这是工程版,甚至还经过了极限测试(高温运行、极限超频),因此小问题可能较多,不推荐买来日常使用。
当经过了很多代的测试过后,那些bug逐渐消失,越来越接近出售产品的要求。通常用步进来表示这是第几次样品,这个数越高越好。在后期时,大部分测试通过了就会加上产品的信息,使得电脑可以识别,这便叫正显,而不显示的不显。
不显
不显

假QS
正显
    当工程版测试到后期,已经完成了所有的优化。这是就需要出最后一代工程版,也叫QS(Qualification Sample),中文叫质量确认样品。这一版与正式版基本上相差无几(有时候甚至是一样的),基本上可以当正式版来使用。
    正式版,不用解释,市场上卖的基本上就是正式版。也就是经过了QS后,确认了无任何问题的产品。
    在购买时,个人比较推荐QS,因为价格往往很低,同时可靠性上与正式版基本上没区别可以放心使用。不过消费级的往往比较少,大部分都是服务器级别的。其中要注意QS都是正显版,并没有不显版,不显版其实都是可以ES版,只不过商家用于忽悠人罢了。

猎鹰 发表于 2016-10-31 01:13:44

CPU的型号的识别:
AMD:
FX系列:面对高性能多线程用户,没有核心显卡,双通道内存。
   FX-8000系列:八核心、四模块、八线程
   FX-6000系列:六核心、三模块、六线程
后面几位数字越大,性能越好(FX-8370>FX-8350>FX-8300)

APU:使用高性能核心显卡,双通道内存,面对预算不够上独立显卡的用户。使用过程中必须得用高频内存,至于为什么我会在储存器那一章进行讲解。
   A4/A6:双核(性能太差了,本来不想推荐,但是为了完整性还是写一下吧)
   A8/ A10:四核,显卡性能足以完成很多游戏需求。
   随着A后面的数字的提高,核心显卡的性能也会提高,CPU方面差距不大。
   以A10-7890k为例,其中第一个7表示第七代,后面的数字越大,效果越好(A10-7890K>A10-7870k>A10-7850K)

    虽然还有羿龙、速龙、闪龙这类的,但是个人感觉性能不够,所以也没有推荐和介绍了,请原谅。至于高性能服务器级别的皓龙,因为购买渠道相对来说不容易,而且本文章主要面对的也是小白用户,所以也没有提及。   

Intel:
   消费/主流级(针脚1000左右的):大部分都有核心显卡(E3部分型号没有),16条PCIE通道(PCIE通道我在主板一章再讲,只要记住是拓展性就行)
    I3:双核四线程(超线程),3M缓存。有中级核心显卡,双通道内存。
    I5:四核四线程(无超线程),6M缓存。有高级核心显卡,双通道内存。
    I7:四核八线程(超线程),8M缓存。有高级核心显卡,双通道内存。
    以i7-4790k为例,第一个4表示了是第四代(Haswell架构),后面的数字越大性能越好(i7-4790K>i7-4770k)。其中K表示可以超频的版本(前提是主板支持)。S表示低功耗版(TDP限制),T表示超低功耗版(TDP限制更厉害),其中芯片是完全相同的,不过频率从左到右依次下降,发热也依次降低(4790K>4790>4790s>4790t)。

   E3:虽说这是服务器cpu,但是实际上就是i5/i7的服务器版,在haswell架构之前与i7主板通用,不过Skylake架构之后由于Intel发现过度抢占i7的市场便禁止消费级主板使用,不过有的厂家便直接用服务器芯片制造家用主板,使其兼容,其中多种型号都有核心显卡。要注意的是现在的服务器CPU都限制了超频,只有老的如x5650这类不是以E开头的才能超频。
    不过我们常说的E3都是指 E3-1230 /V2/V3 以及E3-1231 V3,这种型号是没有核心显卡的,也是市场上最容易买得到(其他型号很少使用),实际上是i7的服务器版本,相比于i7频率会稍微低一些。
    以E3-1230 V3为例,1表示第一代,这绝对是不可能的。在服务器系列中,都用V后面的数字表示代数,不过相比于i系列来说有一些差距。比如V2表示的是第三代架构(IVB),V3表示四代架构(Haswell)。后面的数字也是越大越好。
由于奔腾、赛扬等性能甚至是太差了,人也得有点追求才对,所以我也没有提及了,请原谅。
         
    旗舰/发烧级(针脚2000左右的):都是无核心显卡,四通道内存,超线程技术,40条PCIE通道(部分i7-E会阉割)。
    I7-E:通常有多种规格,核心数、缓存、PCIE通道数都比消费级i7要大,而且都可以超频。

    由于i7-E才是这个架构性能的体现,研发相对慢一些(我怀疑实在用消费级产品测试新架构),相比于消费级上市会晚一些。所以数字编号表示架构与消费级有一些差别。比如i7-5960X,数字是5,但是却是四代架构(Haswell),不过为了区分通常在后面加一个E(Haswell-E,extreme至尊)。在最后字母上也出现了变化,比如多了一个X。其实从字面上就是能知道,这是给你装X用的,旗舰产品,毫无性价比,用于信仰充值。这种芯片也具备了超频能力,而且体制通常比K要好一些(好歹卖这么贵)。
    E5 1600系列:i7-E的服务器版。用于单路服务器。

E5 2600系列:核心数相比于1600系列更多,而且资瓷双路CPU。四通道内存。        看参数与E3相同,包括架构也是。比如 E5-2686 V3,四代架构(Haswell),不过为了更有逼格,叫做Haswell-EP。不过后面的编号极其混乱,根本不能看出核心数与主频高低,所以只能查表,不过通常来说编号越大越好,比如最强的就是2699。


AMD/Intel的选择:
不得不说在Zen出来之前,AMD确实没有对应的产品可以与Intel在中高端产品上竞争,只能靠老产品修修补补来拖延时间。不过在中低端产品上仍有不少有价值的产品。如果准备使用独立显卡玩游戏,那么直接选择Intel的CPU,比较浮点能力强力太多,游戏上的表现好很多。 上核心显卡就必须得APU了,虽然Intel有的核心显卡能在跑分中获得更好的分数,但是在游戏中的优化AMD还是强了不少,毕竟AMD是一家有能力研发独立显卡的厂家。如果是需要用CPU完成大规模计算呢?个人建议如果超过1000的预算请上i5,之下就考虑FX系列,i3就别看了。

服务器CPU家用真的好吗?
只不过大部分服务器CPU核心数多,频率低而已。如果是参数接近的服务器与家用CPU,那么在使用中也会很接近不会有太大差距。其实用于服务器还是家用,这些编号只是厂家写的而已,很多芯片是一样的,只是设置不同的频率而已。
正如相同的有机玻璃管,在专卖店和水冷店甚至可以得到不一样的身价。



我知道这时候一定有人会问指令集问题,不是服务器没有游戏指令集吗?   
如果你真的这样认为,我只能你想法太simple了。我就问一个问题,什么是游戏指令集?
实际上根本就没有游戏指令集这个概念,这个最早也是一些玩家的玩笑之语,没想到居然也能传播这么久~~~~
以下就是两款CPU指令集的对比。而且E3还被直接识别成了i7(手动斜眼,连cpu-z都知道你就是i7的兄弟)



推荐:
打游戏:
       1.I3/i5/i7: 由于AMD的CPU过于重视整数运算与多线程性能,而游戏很难保证多核CPU火力全开,而且使用浮点运算的量也很大,因此AMD的CPU在游戏方面并不是非常好(i3默秒全)。所以我更推荐使用Intel的CPU,比如i3/i5/i7等。
      如果预算不是很多,而且不考虑今后升级,其实直接使用i3即可,在大部分游戏的表现中还是非常不错的。不过个人认为CPU还是应该力所能及买一个好的,因为现阶段CPU发展速度极慢,降价缓慢,如果一次买一个好的可以用很久。而显卡发展速度则太快了,每当新显卡出现后,性能提升巨大,而且老一代显卡也会降价。
   相关测试视频:http://www.bilibili.com/video/av6476910/
         http://www.bilibili.com/video/av6675867/
   打一个比方,一个人买了i7+970,另一个人买了i3+980。过了一年,新显卡出来后,i7+970卖了可以买一个i3+980,同时还能剩下一笔钱,但是i3+980的卖了却买不到i7+970。
   2. 核心数少,频率高的服务器CPU:比如E3,E5-1600系列,这类CPU其实就是i7的服务器版本,性能与i7相当。而且单核性能足够强,可以完成游戏的需求。不过对于一些频率(包括睿频)低于3.0G的CPU,由于多线程性能不能完全发挥,在游戏中的表现不佳。
   3.APU:在预算严重不足时,购买高性能独显不够。只能被迫使用核心显卡,这时候我推荐AMD的APU系列,这种CPU的特点便是性能强大的核心显卡。虽然cpu性能不算很好,但是足够满足日常办公,而且性能强大的显卡足以完成部分游戏。其最大的优势便是低廉的价格,以A8为例,其核心显卡相当于同价位的独立显卡,同时cpu性能也强于价位略低的Intel奔腾系列,多线程与价格更高的I3相当,真的是相当于买显卡送CPU。

    多开/计算/渲染:
   1.AMD FX系列:核心数多,人多力量大。虽说单线程差,浮点能力差,但是凭借多核心带来的优势是非常强悍的。以i3的价格就能买到超过i5的多线程性能,性价比极高。而且由于原生的多核设计,使得在多开领域甚至超过了四核心的i7。
   2.服务器CPU(Xeon):由于服务器cpu核心数目多,可以获得极强的多线程性能。而且由于频率低,使得热密度低,工作时温度低,对散热没有太高的要求(散热一章会单独介绍)。其中QS版价格极低,甚至低于四核i7的价格就能买到十几个核心,性价比非常高。不过单线程较弱的特性也使得在日常使用中性能不能完全发挥。
   3.I5/i7:单线程性能强,足以满足日常生活的需求,同时多线程性能也不弱。最主要的是价格相对来说比正式版服务器CPU便宜,而且主板的价格也低很多。

   日常办公
    1.i3/i5,强大的单线程性能,在大部分软件中表现非常好,足以满足日常使用,而且价格并不高。相比之下i7价格高,而且性能过剩。
2.APU,价格非常低,同时具备了较强的多开能力,能够保证多个软件同时开启的流畅工作,具备性能强大的核心显卡也能满足一些游戏需求。
    3.低压版i5,这类cpu通常都是和htpc主板一起卖,性能一般(多开性能不足),但是功耗极低,整机体积非常小,放在桌子上不占体积。

看完后如果还想继续了解CPU的原理,那么可以看看这段视频:
http://www.bilibili.com/video/av5942723/

如果你真的是想深入了解,甚至自己设计一个。那么我推荐一本书


下面是Intel公司的CPU的产品表。




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3.1 发表于 2016-10-31 22:35:35

真的开眼了,好厉害

mjeva 发表于 2016-11-13 10:35:49

路过顶起.比较全.

497215202 发表于 2017-3-13 09:40:16

楼主好人!

罗恩格林 发表于 2017-3-13 09:43:19

猎鹰你觉得我有没有必要写一个半导体原理深层次科普什么的?
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