什麼是 CPU 內核？

CPU 核心是任何計算機的重要組成部分。CPU 內核是任何 CPU 處理器的一部分。現代桌面 CPU 通常有 2 到 16 個內核，每個內核一次可以處理一項特定任務。可用內核的數量是 PC 在峰值性能下的強大和快速的關鍵指標之一。

值得注意的是，核心並非完全相互獨立。根據特定的 CPU 設計，核心可以或多或少緊密相連。它們可以共享緩存，相互使用來傳遞消息，甚至共享其他類型的通信過程。通常情況下，核心將通過總線連接。只有相同內核的 CPU 和組合了不同內核的 CPU 之間也存在區別。

中央處理器設計

歷史上的多核 CPU 設計通常使用同質 CPU 拓撲。也就是說，所有核心都是相同的。這樣做的好處是只需要一個核心架構的開發工作，可以根據需要經常複製和粘貼。它還使任務調度更容易，因為所有內核都可以以相同的速度和效率執行所有任務。

可以通過異構 CPU 拓撲找到更細微的 CPU 內核設計方法。在這種情況下，一個 CPU 裸片具有多種類型的內核，通常針對性能或能效進行優化，有時還會採用中間立場。這種設置在移動設備中特別有用，其中許多高效內核可提供良好的性能和最小的電池消耗。更強大的性能優化內核也可以在需要時提供峰值性能，但代價是增加功耗和產生熱量。

從歷史上看，CPU 最初只有一個內核，一次只能處理一項任務。隨著時間的推移，隨著對硬件的需求增加，這已經不夠了。與內核較少的 CPU 相比，更新、更現代的 CPU 被開發出來並被淘汰。筆記本電腦是個例外——由於空間和散熱限制，筆記本電腦的 CPU 在 CPU 內核數量上一直落後於台式電腦。現代筆記本電腦的核心數量可以與台式機相媲美，但 CPU 通常以較低的功率水平和時鐘速度運行以管理溫度。

提示：如果您正在嘗試構建一台計算機並選擇您的 CPU，那麼您應該瞄準的絕對最小內核數是四個。

多線程

大多數現代處理器使用多線程或超線程來增加可用內核的數量。此過程將一個內核拆分為多個虛擬內核。具體來說，每個物理核心作為兩個線程工作。因此，具有四核的 CPU 可以與八個線程一起工作，這意味著它們的功能類似於八核 CPU。

注意：某些專用 CPU 可以為每個 CPU 核心提供兩個以上的線程。然而，所有此類產品都是 HPC（高性能計算）和超級計算市場所獨有的。桌面 CPU 內核可以運行一個或兩個線程。

不過，多線程並不是 CPU 能力的絕對複制。超線程不會使 CPU 內核的性能翻倍。英特爾的研究表明，它提供了大約 30% 的性能提升，儘管這可能會有很大差異，在極少數情況下，甚至會略微降低性能。一些應用程序和程序比其他應用程序和程序更好地使用它。例如，視頻遊戲並不總是受益於更多內核，它們通常對時鐘速度更加敏感。其他軟件，尤其是視頻編輯和動畫，使用額外的內核和線程運行得更遠。

當然，不可能發明額外的內核——因此模擬線程必須共享其底層內核的可用物理資源。這可能意味著線程單獨具有較低的性能，但也可能意味著資源分配更有效。它們可以被更需要它們的線程使用。

硬件的未來

CPU 內核開發的趨勢肯定是在 CPU 中實現越來越多的內核。從理論上講，可以構建具有數百個甚至數千個內核的 CPU。這還不是商業現實，AMD 的 Threadripper 和 EPYC CPU 擁有多達 64 個內核。不過，就目前而言，更現實的重點是優化每瓦性能。換句話說——降低 CPU 的功耗。這主要有利於筆記本電腦和其他電池供電設備。

管理功耗對於進一步顯著提高性能至關重要。幾十年來，摩爾定律通常使 CPU 性能大約每兩年翻一番。然而，這主要是基於節點的縮小，即 CPU 中的最小元素可以有多小。

現代 CPU 節點非常小，以至於它們非常接近尺寸縮減的物理極限。因此，提高性能意味著更高的功率消耗和更高的熱輸出。不久的將來，超級計算機 CPU 可能會在如此狹小的空間內產生如此多的熱量，以至於無法用空氣冷卻它們，需要液體冷卻。

當然，也總是有新類型的 CPU 被開發出來。這裡最大的兩個品牌，英特爾和 AMD，各自擁有不同類型的 CPU 設計。到目前為止，它們各自的 CPU 比其他用途更適合某些用途。當然，新設計的 CPU 在現有的基礎上提供了新的用例和特性。

CPU 架構是一個複雜的話題。隨著可用技術和對更高性能需求的增長，CPU 提供的功能和可用配置的多樣性也在增長。與 GPU 市場一樣，CPU 市場也顯示出轉向特定硬件加速器的跡象。這可以提高特定任務的性能和效率，但會增加複雜性。

結論

CPU 核心是執行實際處理的 CPU 芯片的一個或多個特定部分。這些通常由寄存器和高速緩存提供和包圍。絕大多數現代 CPU 在一個 CPU 裸片上提供多個內核。CPU 內核可能相同或針對性能/效率曲線上的不同階段進行了優化。

CPU 內核通常是通用的，能夠執行 CPU 可能需要的任何處理。CPU 芯片上的非通用處理單元可稱為加速器或 X 處理核心。X被替換為特定用途，例如用於AI處理的神經處理核心和神經加速器。