在微处理器世界,性能通常指的是执行给定应用或任务所用的时间,或者指在给定时间内运行多个应用或任务的能力。其实这里很多时候普通人会产生误解,会认为性能就简单的指时钟频率(GHz)或者每时钟周期执行的指令数(IPC),性能是两者的综合体:
性能=频率×每时钟周期的指令
该公式表明,性能可以通过单独或同时提高频率和IPC来进行增强。频率是制造工艺和架构共同作用后的结果,如长流水线能提升频率,因为长流水线每个stage的频率一样时,CPU主频能达到更高。在给定的时钟频率下,IPC由处理器架构和具体应用决定。尽管同时提高频率和IPC不一定切实可行,但是提高一项,同时使另一项与前代保持不变,也可显著提高性能。
除了上述两种方法之外,还可以通过减少被执行的指令数来提高性能。单指令多数据(SIMD)是一项可用来实现此成效的技术,Intel于1996年首次在支持MMX技术的Pentium处理器上采用了64位整数单指令多数据(SIMD)指令,随后在Pentium III处理器上推出了128位单指令多数据(SIMD)单精确浮点指令集(SSE),后来又在随后几代处理器上相继亮相了SSE2和SSE3扩展。
Intel在其移动架构中推出了一项称为宏融合(MicroFusion)的技术。宏融合可将多个常用微操作融合为单个操作,这样就可以减少完成任务所需处理的操作数量。Intel在侧重提供最适合用户需求的能力时,也注意提供出色的能效——即充分考虑处理器完成具体任务将需消耗的功率。此处功耗就相当于维持IPC功效所需的动态电容(导体上的静电荷与维持电荷所需导体之间电位差的比率)乘以向晶体管和I/O缓冲区供应的电压平方,再乘以交换晶体管和信号的频率。这可以表示为:
功耗=动态电容×电压×电压×频率
考虑到功耗与性能的等式,设计人员就需要在IPC功效与动态电容,及优化性能与功耗所需的电压与频率之间做出精确的权衡。在Core微架构中,Intel提供了领先的性能和每瓦特性能。