为什么CPU的主频止步于4GHz？

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你对CPU的认识大概还停留在奔腾4年代吧……奔腾4最终止步于3.8GHz，原计划推出的4GHz奔腾4处理器也被胎死腹中。英特尔意识到处理器研发道路上走入了“唯主频论”的误区，2004年10月，英特尔总裁贝瑞特惊天一跪，面对着6500人说道：“请原谅我们”，真心地对公司的失误表示忏悔。

其实这个只是因为当年奔腾4的NetBurst架构与制程工艺的限制，奔腾4最终止步于3.8GHz，原计划推出的4GHz奔腾4处理器也被胎死腹中。然而现在由于工艺的进步再加上处理器的架构有很大变化，CPU默认主频超越4GHz是相当随意的事情。

Intel第一款睿频能达到4GHz的应该是2012年推出的Core i7-3970X处理器，基础频率3.5GHz，最大睿频4GHz。而2014年推出Core i7-4790K则是一款基础频率达到4GHz的处理器，基础频率4GHz，最大睿频4.4GHz。

Core i7-4790K

自从2015年后Intel用上14nm工艺后频率上4GHz简直是家成便饭，主频上4GHz的处理器有：Core i7-6700K（4.0-4.2GHz），Core i7-7700K（4.2-4.5GHz），Core i7-7700（3.6-4.2GHz），Core i5-7600K（3.8-4.2GHz），Core i5-7600（3.5-4.1GHz），Core i3-7350K（4.2GHz），Core i3-7320（4.1GHz），Core i3-7300（4GHz），Core i7-8700K（3.7-4.7GHz），Core i7-8700（3.2-4.6GHz），Core i5-8600K（3.6-4.3GHz），Core i5-8400（2.8-4GHz），Core i3-8350K（4GHz），当然还有第七代Core X系列全家。

AMD那边就更疯啦，当年推土机架构处理器频率都超高的，现在的锐龙频率反而上不去，2013年推出的5GHz处理器FX-9590，基础频率4.7GHz，加速频率5.0GHz，这默认频率至今没有任何处理器可超越。

以上说的全部都是CPU的默认频率设置，如果论超频的话，这个问题就更没意义了，当年的奔腾4就可以超到4GHz来用啦。

好多人都没说到点子上，如果说的是Intel处理器前几年无法达到4Ghz最重要的原因就是工艺问题。而我们所说的工艺就是制造处理器的光刻机所能刻在处理器原材料硅晶圆内部的电路与电路之间距离宽度。在一开始工艺不高的情况下，流水线深度决定了时钟周期(现在也是，但是以前更依赖流水线来提升主频)，过长的流水线会导致处理器内部指令集周期过长，主频虽高但是性能不升反降(参考p4)。所以才有了不依赖流水线深度来提升主频提升性能的全新架构 酷睿2，从酷睿2开始Intel一直称霸着x86市场，首先是因为酷睿2确实非常优秀，并不需要很高的频率就能满足广泛的需求，之后的所有Intel处理器每一次的性能提高，都是通过改良酷睿2和更高级的工艺得来的，其次就是Intel的工艺水平一直领先世界，比如ARM阵营号称10nm工艺的旗舰处理器(没错说的就是骁龙835之流)今年开始大量上市，而如果按照Intel的标准，不过是14nm到16nm的水平而已。其实自Intel的CPU进入20nm工艺以后，就可以制造出满足在可长期使用的安全电压下主频达到4Ghz的处理器，只是受限于热设计功耗，并没有大量生产铺货。

最后说两句Intel的对手AMD吧，AMD处理器其实很早就有很多主频可以突破4Ghz并长期使用的处理器了，但是性能非常孱弱，4核4G的处理器甚至不如Intel双核3G的性能表现。可见处理器并不是主频越高就越好，AMD处理器在前几年主要不如Intel的地方在于单核的浮点设计和工艺(当然还有内存控制器 分之预测啊等等这些就不细说啦)，以坚挺了多年的FX8300和haswell i3 进行对比，首先工艺GF32nm对比Intel20nm完败，综合性能可能持平的情况下功耗最少要翻两倍，然后来看看关键的浮点设计，haswell i3一个核就是每周期256bitx2的浮点流水线设计，FX8300为模块化设计两个核心才共用一个每周期128bitx2的流水线，所以FX8300 8个核心的浮点水平在峰值上不过才打平双核的haswell，而i3还有超线程来提高ALU和流水线的利用率，在利用浮点多且优化差的场景比如网游，8300还要不如i3的表现，发热还是其的好几倍。所以前两年AMD的处理器真的很难卖，穷的沦为了“农企”，不过这些都已经是过去式了，重新设计的Ryzen处理器在浮点流水线上单核峰值与Intel保持一致(128bitx4)，并且也加入了超线程和AVX2指令集，还集成了直通处理器的硬盘通道等诸多改进，在设计层面，Ryzen有可能还要略高于不断挤牙膏的Intel，可惜受限于坑爹的三星工艺，第一批(第一代？)Ryzen的频率都不是很高，未能实现全面反超，只希望不远的将来农企能够真正翻身，和Intel打的难解难分，这样才能给广大消费者带来利好。

另外好久没写这方面的文章了，很多知识有点记得不是很清楚了，不过大体上应该还是没问题的，如有错误，还望留言指正！

其实主要受制于两大因素

1）散热，处理器产生的热量和处理器的速度成指数相关。同时随着晶体管尺寸越来越小，漏电流和电子的量子隧穿效应就更明显，从而加剧了热量的产生。产生的热量容易烧毁器件本身所以在液氮冷却下世界纪录是超频至8.805G左右已经是实际应用的极限了。

2）半导体材料本身的特性。硅基半导体载流子迁移率和禁带宽度决定了硅基半导体器件的理论极限频率差不多就是10G。再快的话电子已经来不及反应来跟上电场的方向改变，从而使得晶体管失效。要想再提高CPU的主频必须抛弃硅而改用别的半导体比如碳化硅SiC，石墨烯什么的。

其它还有很多因素制约了CPU主频的提高，包括晶体管尺度限制，内连导线的电容和电感效应等等。

Intel Core i3 7350K主频4.2Ghz。

Intel Core i3 8350K主频4.0Ghz。

Intel Core i5 7600K主频3.8Ghz，睿频4.2Ghz。

Intel Core i5 8400主频2.8Ghz，睿频4.0Ghz。

Intel Core i5 8600K主频3.5Ghz，睿频5.0Ghz(没压力)。

Intel Core i7 7700主频3.6Ghz，睿频4.2Ghz。

Intel Core i7 8700主频3.2Ghz，睿频4.5Ghz。

Intel Core i7 7700K主频4.2Ghz，睿频4.5Ghz。

Intel Core i7 8700K主频3.7Ghz，睿频4.7Ghz。

Intel Core i七代和八代表示不服。

题主你好，你的这个问题应该是不对的，CPU的主频早就超过4ghz了，例如i7 4790k默频就达到4.0,睿频高达4.4，之后的intel各代带K处理器都靠近或者超过4ghz,例如i5 6600k最大睿频3.9ghz、i5 7600k最大睿频4.2ghz、i7 7700k最大睿频4.5ghz、i3 7350k默频4.0ghz等等，到现在不带k的许多处理器都达到了4ghz，例如i5 8400最大睿频4.0、i5 8500最大睿频4.2、i7 7700最大睿频4.2ghz等等。

而老架构的AMD处理器主频更是高，推土机系列别说4ghz，fx9590最大睿频都达到5ghz了。

但是在之前受制于工艺，intel很少有处理器能上4ghz，原因牵涉太多，蜗牛挑自己理解的说

一、功耗 ，CPU功耗会随着主频的提高而增加，高主频意味着高功耗

二、散热、受工艺限制之前的处理器当主频上升温度会急剧增加，例如i7 2700k超频到4.5ghz温度高达175度，大家可以想象一下，这种温度也就顶级散热器才能压的住

三、出于利益考虑，intel不敢把频率提太高，在一定范围内，高主频会带来高性能，但是如果你的处理器性能太强，那谁来买下代处理器。

当然这只是蜗牛的看法，最主要是工艺问题，例如45nm，上4ghz，温度分分钟上180，32nm得150,22nm只有130度，到14nm可能只有100度。工艺提高了，散热功耗解决了，主频自然就上去了。

题主觉得处理器主频近几年一直维持在4GHz左右没有很大的提升，不像当初从3GHz到4GHz那么快。只有极少数接近或者达到5GHz的。

其实这主要跟现在的材料技术和制造工艺、架构以及现在软件发展方向有关系。

当初因特尔为了把当时工艺下的单核心性能发挥到极致，一直不断的研发更高频率的单核。但是超频的朋友都知道，提高一颗处理器的频率不仅要CPU本身的体质好，并且要较好的散热器散热才能保证CPU稳定的超频，但是即使在这种情况下CPU也很容易因为电压过高等原因报废的。

跟用户超频类似，官方如果在制程和核心面积以及材料都没有变化的情况下要进一步提升CPU的主频其实是一种更冒险的行为。所以才有当初英特尔ceo惊人一跪承认方向错误的一幕。

相比于不断超频所带来的提升，超线程技术所带来的提升更明显。尽管提高CPU的时钟频率和增加缓存容量后的确可以改善性能，但这样的CPU性能提高在技术上存在较大的难度。实际上在应用中基于很多原因，CPU的执行单元都没有被充分使用。如果CPU不能正常读取数据（总线/内存的瓶颈），其执行单元利用率会明显下降。另外就是目前大多数执行线程缺乏ILP（Instruction-Level Parallelism，指令级别并行）支持。这些都造成了目前CPU的性能没有得到全部的发挥。因此，Intel则采用另一个思路去提高CPU的性能，让CPU可以同时执行多重线程，就能够让CPU发挥更大效率，这就是所谓“超线程（Hyper-Threading，简称“HT”）”技术。今年大热的AMD锐龙系列也是放弃高主频路线走起了多核心超线程路线。

所以近两年CPU主频维持在4GHz左右主要是因为一下几个原因（如果有不足之处请补充）:

1.近两年的工艺以及材料没有飞跃式的进步，进一步提升CPU主频的难度较大，并且获得提升的条件更苛刻，比如需要更好的CPU体质和更好的散热等等。

2.超线程技术的出现为CPU总体性能的提升带来了更容易便捷的方式。相比进一步提升主频需要的条件，明显多核心超线程技术需要的技术更容易些。

3.厂家在现在的材料和制程以及架构基础上，进一步提升出厂主频的话，等于被动的压榨了某些发烧玩家的可玩空间，一定程度上损失了玩家对自家产品的兴趣，毕竟现在超频玩家不在少数。

4.软件和游戏对于多核心的进一步优化使得现在并不需要更多的去提升主频。比如现在主流的3A大作对多核心有进一步的优化，就连移动平台的ARM架构都有多核优化的趋势，比如“老少皆宜”王者荣耀。

所以综上几个原因，近几年CPU主频并没有很大的提升。将来技术进步了，比如制程到了7纳米甚至4纳米等等，CPU发热更小了，到时候主频提升也是水到渠成的事。

生产工艺在不断的进步与优化，这最终也是追求速度并解决CPU高速工作发热的瓶颈；当然人类还是在突破传统的以电子运动进行计算的思路，比如以光子量子等的数据传输与计算方式，我想不久的将来普通人会操作着属于自己的超级计算机，我们就拭目以待吧！

我想这题，并不应该是单纯的说4g这么一个简单的数学。目前超4g的cpu已经挺多的了，题主应该问的是cpu的频率的提升好像并不符合目前科技高速发展的节奏，cpu频率的提升应该更迅速啊？

从amd和因特尔最开始的时候，cpu性能的提升确实是从频率这个方向入手，例如当年amd首先发布1g的处理器，因特尔急忙忙发布新的1.2g处理器，导致新处理器出现重大问题。然后随着cpu的发展，英特尔发现通过提升频率来提高cpu的性能越来越低效的时候，英特尔转而从架构的方向入手提升性能。而amd则从核心数上入手，最先出现的消费级的8核处理器就是amd出品。

然而在以往，由于众多软件并没有针对多核的优化，amd核心数的提升在英特尔的更高效的架构面前败了下来。

目前来说，从ryzen的发布，到8代酷睿的出现，cpu的核心数已经整体增加了，架构a家i家好像也差不多来到了同一水平。也许接下来cpu频率可能会有一个较大的提升。但是最大的阻碍是发热和功耗，曾经的频率停滞也有很大的原因就在于此。

我相信，cpu频率的提升是必然的，4g早就不是目标了，5g也已经做到了。也许下一个目标应该是8g乃至10g。

我是学计算机的，但原来对物理和电子技术有些研究，上大学时用的是30M

的286，1M内存。上学时对cpu主频的上限做过计算，根据cpu尺寸算了

出主频的上限约在4~5G，超过这个频率就会产生电磁波干扰，影响中央处理器的正常工作。

我们计算机原理老师好像给我们讲过这个问题，好像是和CPU的物理尺寸有关。

举个例子，假设CPU的主频是5GHz的话，光速是3*10^8m/s，可以算出波长大概是0.06m（6cm），也就是说，此时（5G主频）CPU最大的最大理论尺寸最大只能做到6cm，否则就会产生失真。

但由于生产工艺和散热的要求，CPU的物理尺寸不能过小，所以CPU的发展频率上已经遇到了瓶颈，只能一核不够多核来凑，除非有新的工艺，新的CPU类型（生物计算机？），嗯我理解的大概就这样吧