趣云笔记
众所周知，CPU是PC的“大脑”，其性能好坏对程序加载速度及其运行流畅程度有很大影响。如今，有多种不同的方法来衡量处理器性能，时钟速度就是最重要的因素之一，也称为“时钟速率”或“时钟频率”。
需要知道的是，CPU具有固定时钟速度的时代已经一去不复返了，现代CPU有基准时钟（主频）和加速时钟（加速频率）。但这还不止于此，因为它们还有多个核心和线程，并且可以根据热量和功率输送等因素自动超频和降低频率。
仅当处理器不受热或功率限制时，制造商才会保证加速时钟。有几个因素会影响CPU加速时钟，具体包括：
- 硅片质量
- 冷却散热情况
- 导热膏品质
- 正在运行的工作负载
即使你的处理器确实提升到了其所宣传的加速时钟频率，它也可能只会在此频率上保持几毫秒，这仅仅是为了让制造商能在处理器的包装上标注5GHz以上的时钟频率，从而可能误导毫无防备的买家。
毕竟要维持持续的加速，需要高级散热解决方案（空气/液体散热）。此外，虽然这些新功能确实带来了很多好处，但对于新买家来说，首先会产生很多疑问。例如，基本时钟速度和加速时钟速度是多少？购买基本时钟速度较高的CPU还是加速时钟速度较高的CPU好？哪些工作负载更依赖于其中一种？
在本文当中，小编主要探讨CPU基本时钟和加速时钟相关概念以及区别差异等内容，并且详细介绍哪些时钟指标对你的特定工作负载更重要。
什么是CPU时钟速度？
CPU时钟速度是衡量计算机中CPU（中央处理单元）运行速度的主要参数之一，以每秒波周期或千兆赫（GHz）为单位进行测量。
在这种情况下，“周期”是衡量CPU速度的基本单位。在每个周期中，处理器中数十亿个晶体管打开和关闭（由内部振荡器同步），这就是CPU执行其接收到的指令中包含的计算的方式。
注意：频率是指在设定时间内的操作次数。
例如，时钟速度为3.2GHz的处理器每秒运行32亿个周期。（旧处理器的速度以兆赫（MHz）为单位测量，即每秒百万个周期。）
有些处理器可以在一个时钟周期内完成多条指令，而有些处理器可能需要多个时钟周期来处理一条指令。因此，要比较处理器的实际速度，需要在相同品牌和同一代处理器中考虑时钟速度。
例如，五年前时钟速度较高的处理器可能会被现在时钟速度较低的新处理器超越，因为新架构会导致IPC增益，这样可以更高效地处理指令。
所以，现今时钟速度只是CPU速度的一个方面体现，其它因素，例如CPU内核数量、缓存大小以及内部架构，也对整体性能起着关键作用。
为什么CPU时钟速度很重要？
CPU主频是评估处理器整体性能的一个非常重要的指标，尽管视频编辑和流媒体等应用程序往往依赖于多核性能，但许多最新的视频游戏仍然在具有最高时钟速度的CPU上获得最佳结果。
在比较同一代的处理器型号时，时钟速度是一个有用的指标。为新游戏电脑选择处理器时，时钟速度可以让你快速了解类似系列产品的总体性能，例如最新的 Intel® Core™处理器系列。当然，对于更具体的用例，单独的基准测试仍然是更合适和准确的选择。
然而，除了这些因素之外，还需要注意其它几件事以优化计算机的性能。例如，CPU上的核心数量、CPU缓存容量、CPU冷却机制、CPU架构、RAM容量、SSD或HDD存储类型以及显卡。有时候，具有低速CPU但使用SSD的计算机可能比具有更好CPU但使用HDD的计算机更快。必须考虑所有这些方面，以便根据用户需求获得最佳性能。
什么是CPU基本时钟频率？
CPU基本时钟速度是指所有核心将保持的基准频率，通常在处理典型的中低级工作负载时保持该频率，它实际上是CPU在充分冷却时应该运行的最低时钟频率。
不要将其与CPU空闲时钟混淆，因为CPU空闲时钟可以降低电压并降频至远低于其基本时钟以节省电量。
什么是CPU加速时钟频率？
当工作负载变得更加繁重，并且需要提升/突发性能时，CPU增加其每秒处理的周期数（即提高其频率，具体取决于其硬件配置、热空间和功率调节），这被称为CPU加速时钟频率（不要与手动超频混淆）。
大多数现代CPU都具有某种具有花哨名称的增强技术，例如Turbo Boost（Intel处理器）或PBO（AMD处理器），可以自动对单核或多核进行超频，直到达到出厂定义的限制。
当然，对于多核CPU来说，只提高单个内核的频率比提高所有内核的频率要容易得多。它产生的功率或热成本较低，因此你可以将单个内核的频率提升到比提高所有内核的频率高得多的水平。
这也是为什么厂商宣传的加速时钟速度（例如5.3GHz+）通常只能在单个核心上达到，而不是整个CPU封装。一般热限制（即冷却器能够有效消散的热量）是这种自动加速时钟通常只能在突发中达到并且只能保持很短时间的主要原因。
CPU加速时钟与超频
尽管CPU中的加速时钟是一种（自动）超频形式，但不要将其与手动超频CPU相混淆，手动超频是指手动间歇地增加这些倍频器（包括电压）以找到CPU的最大稳定频率，这也是发烧友从CPU中榨取到最大性能的方法。
相反，加速时钟频率由制造商设定，并由系统不断调整，它无需用户的任何干预。
为什么CPU不能一直以加速时钟运行？
因为热量、功率限制、效率以及损坏风险。
CPU时钟频率越高，其效率就越低。它会产生不成比例的热量，并且每次增加CPU时钟频率都会消耗成倍的电量。频率越高，功耗和热量就越明显。这就是为什么极限超频者通常使用液氮来达到世界纪录的时钟速度而不会失去稳定性。
也就是说，在使用时你可以手动超频CPU，使其以升压时钟频率甚至更高频率运行。只要你的CPU冷却器和机箱气流足够强劲，可以散发产生的热量。
过度使用CPU会缩短其使用寿命。CPU越热，导热膏干得越快，核心硅片中的错误就越常见。
然后是散热问题，CPU冷却器是一个巨大的瓶颈，必须考虑在内。较冷的散热器可以吸收和散发比热散热器多得多的热量。因此，如果你的CPU时钟频率较低，并且在加速之前只产生少量热量（即使只有几秒钟），则有可能达到更高的加速时钟频率。但是，如果CPU冷却器在其基本时钟频率或接近其极限时，它将没有太多余地来加速到所需/宣传的水平。
哪些因素会影响CPU加速时钟速度？
CPU能够保持其加速时钟频率多长时间以及频率可以达到多高取决于以下几方面因素，这里主要来分析下。
1、制造商定义的固有硬件功能
制造商宣传的确切加速频率并不总是准确的，它是对理想条件下最大升压时钟速度可以达到多高的基准测量。
每个CPU核心在发布之前都经过严格测试，并且提升算法专注于提升最佳、近乎完美的核心，因为它们可以达到更高的时钟频率，同时与其它核心相比消耗最少的功耗。
微小的瑕疵就会影响其它核心的升压时钟速度，这就是为什么加速时钟速度和全核加速时钟速度会有很大差异的原因。
2、核心数量增加
为了提高正在使用的单个或几个内核的性能，CPU可能会降低其它内核的时钟速度，这样可以留出一些热量和功率余量，这些余量可以用于提高需要达到更高频率的内核的性能。被提升的核心数量越多，其它每个核心的提升速度就越低。
以英特尔第11代CPU Core i9 11900K为例，虽然两个核心可以加速到5.3GHz，但所有核心满载时只能达到4.7GHz。
3、CPU冷却器的散热能力
也许在维持CPU的加速时钟速度方面最重要的因素是处理器和整个外壳的冷却解决方案。处理器的热余量越大，其频率在基本水平之上的提升就越大。
请记住，与手动超频（你可以将时钟设置为不安全的水平）不同，升压时钟只会将时钟速度提高到制造商定义的最大安全操作水平。
4、主板VRM和PSU的强度
提升CPU运行速度会比以宣传的加速频率运行时消耗更多的电量。尽管AMD基本保持在声明的功率限制内，但英特尔的功率经常超出该限制的2到3 倍。然而，这更多地与主板制造商在BIOS中默认使用自动超频设置有关。它确实能提高性能，但会消耗更多的电量和热量。
所有这些额外的电力都必须由你的PSU提供，并通过主板及其VRM传输。如果这些组件中的任何一个不能胜任这项任务，处理器就无法达到其宣传的加速时钟。
为什么CPU基本时钟速度和加速时钟速度差别如此之大？
基本时钟速度和加速时钟速度在单个CPU内以及不同的CPU型号之间都会有所不同。型号变化通常是经济市场细分的目标，主要是为了使不同的CPU价格标签合法化，并使其可供广泛的用户和价格点使用。
时钟速度（以及核心/线程数等）由制造商使用称为分级的流程来设置。
需要注意的是，并非所有制造出来的硅片都是完美的。有些更完美的芯片可以在设定的功率预算内达到更高的时钟频率，而其它芯片只能在相同的功率范围内实现较低的时钟速度。前者可以制成具有出色基础频率和升压频率的处理器，而后者则被降级为更便宜的SKU，从而降低时钟速度。
至于单个CPU内的基本时钟和加速时钟变化，它们因热量、环境温度、功率输送和工作负载而有所不同。
一般笔记本电脑CPU基本时钟频率要低得多，因此消耗的电量更少，而且不会立即耗尽笔记本电脑的电池。台式机CPU基本时钟和加速时钟会更高，因为它们拥有不受电池限制的更强大的电源，而且还有足够的空间容纳更强大、更笨重的CPU冷却器，可以轻松处理更高的时钟。
配备更多内核的服务器和HEDT CPU注重稳定性，并且通常不会像主流消费级处理器那样高。它们的主要目标是在合理的功率预算内提供高内核数和高性能，同时不影响稳定性。
英特尔与AMD CPU时钟速度
Intel与AMD的CPU架构不同，这也体现在二者不同的营销策略上。AMD CPU拥有更高的核心数量、更好的IPC和更大的缓存（截至编辑本文时），而英特尔CPU拥有更高的单核和加速时钟速度。
为什么英特尔的加速时钟速度如此之高？
英特尔将其CPU宣传为消费市场上单核性能最高的CPU，并且英特尔专门推销其架构，以满足从单核性能中获益的任务。接下来让我们比较一下英特尔目前的旗舰CPU i9-11900K与AMD价格相近的Ryzen 9 5900X。
英特尔第11代CPU的基本频率为3.5GHz，升压频率为5.3 GHz，而Ryzen 9 5900X的基本频率为3.7GHz，升压频率为4.8GHz。然而，AMD的CPU内核和线程增加了50%，缓存增加了4倍，运行所需电量减少了16%。
因为时钟速度并不能准确地告诉你CPU的速度有多快，而是必须乘以每个时钟周期内CPU能够完成的工作量（IPC），所以英特尔CPU通常被认为比AMD更好，当然情况并非总是如此。
所以，要找到最快的CPU，始终需要在相关的基准测试和实际应用中进行比较，而不要被商家的营销宣传和表面数字所误导。
英特尔Turbo Boost（睿频加速）技术
英特尔CPU能够达到如此高的加速时钟速度，是因为内置了针对该任务进行了优化的技术，英特尔将这些技术称为Turbo Boost 技术。
英特尔Turbo Boost Max技术3.0和英特尔的热速度提升频率（均根据工作负载自动应用）提高了由此产生的最大Turbo Boost速度。英特尔将这些技术所实现的最高指标称为CPU的最大睿频频率。
AMD Precision Boost Overdrive
尽管AMD使用与英特尔Turbo Boost技术类似的方法来提高其升压时钟速度（尽管可能不如Intel Thermal Velocity Boost那么先进），他们将此过程称为Precision Boost Overdrive和Precision Boost 2。
值得注意的是，CPU传感器还用于监控温度、活动核心的数量和功耗（以及其它因素），以便有机会将基本时钟频率提高到其最大加速时钟速度。
下图说明了随着需要提升的核心数增加，提升频率的效力可能会降低：
应该追求更高的CPU基本速度还是时钟速度？
CPU基本时钟频率或加速时钟频率对你来说是否更重要取决于工作量、预算和PC的冷却解决方案。当然，更高的加速时钟速度也意味着更高的单核性能。
哪些工作负载依赖于基本时钟速度？
经验法则是：任何需要多核处理和稳定/一致速度的东西，最好采用更高的基本时钟速度。
这意味着任何被动工作负载（如CPU 渲染、3D 渲染、视频渲染和效果处理任务）最终都将通过增强的基本时钟速度受益最多。
必须注意的是，更高的基本时钟速度通常需要更多的功率（具有更高的 TDP），从而消耗笔记本电脑等移动设备的更多电池寿命。
哪些工作负载能从更高的加速时钟速度中受益更多？
活跃的工作负载任务将从更高的加速时钟带来的更好的单核性能中受益最多。此类应用程序属于所谓的突发工作负载，需要非常短的CPU性能突发才能显著提高性能/平滑度/流畅度。
3D建模、照片编辑、插图、 CAD等中的任何内容创建应用程序在空闲时几乎没有性能要求，但在与视口和用户界面交互时需要短时间的性能爆发。
使用画笔、变换物体、播放3D动画、更改CAD曲线或在时间轴中编辑某些素材等，都是高度依赖单核性能的任务。
其它需要考虑的因素
如前所述，CPU的时钟速度并不总是与处理器性能直接相关。
根据工作负载，其它因素，例如IPC（每周期指令数）、架构或CPU缓存可能会使时钟速度较低的CPU比时钟速度较高的CPU更具优势。
这里以1080P游戏为例，理论上英特尔酷睿i9-11900K应该优于Ryzen 7 5800X，因为尽管核心和线程数相同，但它在加速时钟速度（600MHz）方面具有巨大优势。
然而， 根据TechSpot进行的基准测试显示，在10款游戏的平均速度下，i9-11900K落后于R7 5800X 5 FPS。PugetSystems也发现了类似的结果，适用于从Photoshop、Premiere Pro到After Effects等各种处理过程。
所以，在选择下一台工作站所考虑的CPU时，始终要寻找适合工作负载或应用程序的基准测试，并比较它们的性能，而不仅仅是纸面上的规格数据。
结论
基准时钟频率、加速时钟频率和核心数量可以让你了解一个CPU设计用于处理何种工作负载，你也可以使用时钟速度来比较同一代CPU。然而，仅凭时钟速度无法比较不同制造商或不同代的CPU。
应该始终使用基准测试和实际测试来找到最适合你需求的CPU。基本时钟速度仅告诉你在所有核心适当冷却的情况下CPU可以维持的速度，而加速时钟速度告诉你在具有一定的功率和热空间的情况下它可以达到的速度。
其它一切都取决于基准测试和独立测试者的评估。
