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CPU溫度與封裝有什么關系?如何提升CPU運行速度?

2022-12-25
來源:FJH00
關鍵詞: CPU 溫度 封裝 運行速度

一、CPU溫度與封裝

我們常用魯大師測試電腦溫度,CPU溫度、顯卡、硬盤、主板等硬件溫度都會顯示出來。但是一些細心的玩家注意到了,CPU溫度通常顯示3個數。CPU溫度、CPU核心溫度、CPU封裝溫度,為什么會有3個溫度,分別代表什么呢?

要了解這3種溫度,首先要弄清楚CPU的結構。我們知道CPU是單晶硅制成的,當這些晶體管集成電路制作完成后。必須與外界隔離,以防止空氣中的雜質對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。這就需要下一步操作—封裝。

封裝對于芯片來說是必須的,也是至關重要的。通常用絕緣的塑料或陶瓷材料打包,我們看到有人把CPU開蓋之后,亮晶晶的那塊就是封裝著的CPU核心。其實真正的CPU核心我們是不可能看到的,看到的只是它的封裝罷了。

封裝之后還不算完成,CPU要散熱,上面要壓散熱器,而陶瓷受壓容易破裂,運輸也容易損壞,這就需要保護起來。CPU會在外部加上一個金屬保護罩,就是我們見到的帶有芯片代號等信息的金屬殼,里面才是CPU的核心。

這下我們知道了,CPU從下到上依次是核心、封裝、金屬保護殼,對應的就是核心溫度,封裝溫度,cpu溫度了,溫度是從核心一層層傳遞到外殼的,然后由散熱器把熱量散發掉。而傳遞的過程中,熱量會有損失,這也是核心溫度高于表面溫度的原因。

二、使用大頁技術提升CPU運行速度

現代操作系統,基本上都會使用一個叫換頁/交換文件的技術:內存空間有限,但進程越來越多,對內存空間的需求越來越大,用完了怎么辦?于是在硬盤上劃分一塊區域出來,把內存中很久不用的數據轉移到這塊區域上來,等程序用到的時候,觸發訪問異常,再在異常處理函數中將其從硬盤讀取進來。

可以想象,如果程序訪問的內存老是不在內存中,而是被交換到了硬盤上,就會頻繁觸發缺頁異常,那程序的性能肯定大打折扣,所以減少缺頁異常也是提升性能的好辦法。

從虛擬地址尋址真實的物理內存,這個過程是CPU完成的,具體來說,就是通過查表,從頁表-》一級頁目錄-》二級頁目錄-》物理內存。

頁目錄和頁表是存在內存中的,毫無疑問,內存尋址是一個非常非常高頻的事情,時時刻刻都在發生,而多次查表勢必是很慢的,有鑒于此,CPU引入了一個叫TLB(Translation Look- aside buffer)的東西,使用緩存頁表項的方式來減少內存查表的操作,加快尋址速度。

默認情況下,操作系統是以4KB為單位管理內存頁的,對于一些需要大量內存的服務器程序(Redis、JVM、ElascticSearch等等),動輒就是幾十個G,按照4KB的單位劃分,那得產生多少的頁表項啊!

而CPU中的TLB的大小是有限的,內存越多,頁表項也就越多,TLB緩存失效的概率也就越大。所以,大頁內存技術就出現了,4KB太小,就弄大點。大頁內存技術的出現,減少了缺頁異常的出現次數,也提高了TLB命中的概率,對于提升性能有很大的幫助。

在一些高配置的服務器上,內存數量龐大,而CPU多個核都要通過內存總線訪問內存,可想而知,CPU核數上去以后,內存總線的競爭勢必也會加劇。于是NUMA架構出現了,把CPU核心劃分不同的分組,各自使用自己的內存訪問總線,提高內存的訪問速度。

I/OCPU和內存都夠快了,但這還是不夠。我們的程序日常工作中,除了一些CPU密集型的程序(執行數學運算,加密解密,機器學習等等)以外,相當一部分時間都是在執行I/O,如讀寫硬盤文件、收發網絡數據包等等。



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