英特尔与AMD的龟兔赛跑

　　英特尔与 AMD 的竞争是乌龟与野兔的竞争。但哪家公司是龟？哪家公司是兔？

　　在过去的几个发布周期中，英特尔和 AMD 的粉丝之间的评论之战一直很激烈，大量的数字墨水都在讨论这些年来哪个公司有了显著的改善，或者没有明显的改善。对于两家公司最快处理器的原始性能，也不乏意见。

　　我们认为，深入研究每个公司的最快桌面/ CPU 的存档性能基准测试是很有趣的，这样可以很好地了解这些年来每个公司的实际表现，甚至可以看看是否有一些模式需要收集，或者对未来进行一些押注。

　　在深入研究图表之前，让我们先从一些表开始——通过这种方式，您可以看到我们使用了哪些 CPU 作为每年的里程碑。在我们研究的过程中，数据中有一些不规则现象；我们也会讨论这些，讨论一些简单图表无法展示的东西。

　　二十年来的发烧友计算

　　虽然英特尔和 AMD 每年都会针对不同的价位和目标市场推出大量的处理器，但我们每年都局限于速度最快的台式机或“发烧友”处理器。这意味着没有服务器处理器，也没有高端台式机(HEDT)处理器——所以我们不会关注 Threadrippers 或最新型号 XE 系列英特尔部件。

　　即使是像我这样整个时期都是作为一个系统构建者的人，组装这样的列表也是一个巨大的痛苦，更不用说匹配测试结果了。这在 AMD 方面尤其困难，因为 AMD 并没有真正相当于英特尔的 Ark 提供单一的处理器列表，按代、类型和发布日期排序。如果你认为我选错了一年中的“顶级处理器”，请在评论中告诉我。

　　我们应该解决图表中出现的一些异常情况——首先，不，2014 年、2015 年和 2016 年 AMD 没有推出新的高性能 CPU 并不是疏忽。2013 年的 fx -9590 被广泛(并且是理所应当)批评了它惊人的 225W TDP 和平庸的性能——在四年的运行中是 Team Red 最快的 CPU。在此期间，AMD 推出了几代低功耗、价格低廉的桌面设备，但没有一款性能优于 FX-9590。

　　英特尔在 2013 年至 2017 年期间也经历了几次失误，尽管没有那么严重或持续这么长时间。第五代 Core 系列基本上死于 2014 年，尽管第四代 Core i7 系列的更新确实提供了显著的性能提升。两年后，从技术上讲又是另一种风潮-配备 Core i7-7700K 的 Kaby Lake 直到 2017 年 1 月才真正启动。我们稍加捏造，让 Kaby Lake 进入 2016 年的行列，因为否则它会完全消失，同年晚些时候 Coffee Lake 和 i7-8700K 出现。

　　AMD Athlon 的兴衰：2001-2007 年

　　现在很难相信，但曾几何时，多线程工作负载远比单线程负载要 punish 的多。但这并不是很久以前。

　　在 2001-2005 年，Athlon XP 和 Athlon 64 vs Pentium 4-AMD 的时代在双线程工作负载上独占鳌头。2006 年，英特尔的 Penti um965 改变了这一平衡。

　　即使在 Athlon 时代，AMD 也难以在单线程性能上赶上英特尔。它的 Athlon 64 X2 处理器一度占据领先地位，但英特尔(Intel)凭借酷睿 2 Extreme QX9650 夺回了领先地位。

　　这是我们许多人在 21 世纪初忘记的事情-多任务处理性能太差了。在上面的第一个图表中，我们正在研究多线程和单线程 Passmark CPU 基准测试分数之间的比率。对于 2001-2005 年份的 CPU，单线程得分实际上高于多线程，这意味着您可以在给定的时间内在单线程上完成更多的计算工作，而不是分解为并行线程。

　　您可能会认为这是因为它们仍然是单核、单线程的 CPU，但是您错了。Intel 在 2002 年引入了 1c/2t Pentium 4 2.8GHz 的超线程，这对实际的多线程能力影响很小。AMD 在 2005 年推出了第一个真正的双核桌面 CPU——Athlon 64 X2 4800+，但它也没有太大的区别。

　　在英特尔 2006 年的 Pentium Extreme 965(双核/四线程 CPU)之前，多线程的比率没有突破 100%——这意味着多线程任务比同等的单线程任务完成得更快。第二年，AMD 和英特尔都推出了真正的四核桌面 CPU，并永久地结束了高性能单线程处理器的时代。

　　即使在 AMD 的这个黄金时代，英特尔在单线程性能方面也击败了 AMD。Pentium 4 架构作为 Pentium III 的较弱后继者而受到全面和应有的嘲讽，而 PentiumIII 往往会逐时胜过它。但是，Pentium III 的时钟频率不能达到 Pentium 4 的水平，而且，无论如何，该时代性能最高的工作负载都是单线程的，并且英特尔的 Pentium 4 在性能上领先于 AMD 的 Athlon。尽管后者的 CPU 性能很弱。

　　对英特尔来说不幸的是，早在 2001 年之前，整个世界就已经转向了多任务操作系统，多线程的工作负载也随之出现，这在 Firefox 前身 Phoenix 在 2002 年采用选项卡式浏览中得到了证明。随着 CPU 饱和，用户逐渐习惯于全天打开许多程序的环境，多线程性能（而不是单线程）成为当务之急。

　　2007 年，AMD 和英特尔都推出了真正的四核桌面 CPU。两家厂商的发烧级 CPU 的多线程性能都达到了顶峰——尽管双方都获得了巨大的收益，但英特尔的 Core 2 Extreme QX9650 击败了 AMD 的新 Phenom X4。

　　新的四核 CPU 具有足够的多任务性能，可以同时处理低优先级的后台任务和高优先级的前台任务，而不会使前台任务明显受损，这就将焦点转移到了单线程性能上。这对 AMD 来说尤其不幸，因为 Intel 不仅在多线程性能上有所改进，QX9650 在单线程性能上也取得了突破。

　　随着近 70% 的单线程性能优势被英特尔的 qx9650 所取代，以及焦点突然回到单线程性能的王者地位，至少在这些高端 CPU 中是这样——AMD 21 世纪的第一个黄金时代正式结束了。

　　英特尔反击：2007-2013

　　与 2008 年的 i7-965 Extreme 相比，英特尔 2009 年的 i7-975 Extreme 并没有太大的改进，但 2010 年的十六进制 core i7-980X 则是一个大熔炉。与此同时，AMD 虽然年复一年地稳步前进，但仍然处于劣势。

　　在整个 2007 年至 2013 年期间，英特尔都比 AMD 拥有单线程优势，而且通常是相当多的优势。

　　就提高 CPU 性能和功能而言，2007-2013 年是一个令人振奋的时代，但就英特尔与 AMD 之间的斗争而言，这是一个相当无聊的时代。英特尔从单线程和多线程性能的健康领先开始，一直保持领先地位。

　　在整个 Phenom 和 Phenom II 架构的运行过程中，AMD 在多线程和单线程性能方面均取得了稳步的增长。这样一来，它在单线程性能上几乎可以赶上英特尔，但在多线程方面，它从未接近过。

　　两家公司都于 2010 年发布了他们的第一个六核 CPU，但是 AMD 的 X6 1100T 与 2009 年的 X4 965 使用相同的 K10 架构，英特尔的 i7-980X 既实现了芯片缩减，又添加了一套新的 AES 指令。这使 Intel 的多线程性能几乎飙升了两倍，同时仍然保持了很小的单线程引导时间。

　　2011 年，AMD 凭借其命运多舛的八核 Bulldozer 架构全力投入多线程。尽管 Bulldozer 确实在多线程领域开始在 Intel 上取得重要地位，但这是有代价的。新的 FX-8150 实际上在单线程性能上倒退了。

　　到 2012 年，AMD 的 Bulldozer 已成为 Piledriver，并且在多线程方面几乎赶上了 Intel，但这仅仅是因为 Intel 在将其工艺缩减至 22nm 时将其核心数量从 6 个减少到 4 个。这使 AMD 拥有“几乎一样好”的多线程性能，内核数量是原来的两倍，而单线程性能则比英特尔落后了三年。

　　2013 年，情况更糟的是，AMD 推出了最终的 PiledriverCPU（可恶的 FX-9590）。尽管英特尔在工程技术上的领先优势不断提高，但该 CPU 仍代表了一种保持竞争力的 Hail Mary 方法-它主要与英特尔 i7-4770K 保持同步，但仅通过时钟频率和电压来实现，而时钟频率和电压通常会留在“极限超频器”领域。

　　与 FX-8350 的 125W 和 i7-4770K 的 84W 相比，额定 TDP 为 225W，FX-9590 是几乎无法使用的 CPU。在典型情况下，对其进行空气冷却是没有挑战性的，而且风扇的噪音和废热也令人讨厌，即使是铁杆 AMD 风扇也无法为其找借口，尤其是在其竞争仍然轻松胜过它的时候。

　　FX-9590 是 AMD 四年来最后一个发烧级 CPU。从 2014-2017 年开始，Red Team 唯一的新 CPU 版本是预算 CPU 和 APU，没有一个比 FX-9590 更好，更不用说竞争了。

　　命运的变化：2013-2020

　　事实上，AMD 在三年的低迷期中幸存下来，却没有发布一款新的 CPU，这说明了市场的一小部分——以及每个厂商的利润率——最大、最快的 CPU 才是真正的。在 2014-2017 年，Red 团队继续推出了新的桌面 CPU——但所有的新设计都瞄准了“财政上更合理”的市场细分，集中在便宜的 APU 上。

　　尽管 AMD 惨败，但英特尔却大为吃惊。值得称赞的是，Blue Team 确实继续发布了新的性能 CPU，并在这段时间内实现了单线程性能的增量提升，但单线程的提升并不多。在 2016 年，很难从 5 年的旧 CPU 上进行升级。

　　2017 年，一切都发生了改变，AMD 最终发布了一款代号为 Zen 的全新、热情友好的架构。Zen 架构将功率和热效率恢复了一致，同时使原始多线程性能显著高于英特尔的最佳性能。尽管 Zen 的单线程性能仍落后于英特尔，但它也实现了几次大幅跃升，夺回了这一桂冠。

　　2018 年的 Zen + 在多线程性能方面充其量仅是次要的改进，但与最初的 Zen 相比，它在 Intel 的单线程领先优势中所占的份额不大。英特尔的第一个可行的 i9 产品 i9-9900K 短暂地使 Red Team 夺回了多线程性能的桂冠，但领先优势并没有持续很长时间。

　　2019 年，英特尔在狂热者这一领域大做文章——它最好的 CPU 是 i9-9900KS，与 2018 年的 i9-9900K 相比几乎没有任何改进。与此同时，AMD 的 Ryzen 9 3950x 又实现了一次巨大的多线程飞跃和一次强大的单线程增长。Ryzen 9 3950x 是一款 16 核/32 线程的巨形处理器，展示了其新 Zen 2 架构的最佳性能。AMD 还没有完全赶上英特尔的单线程领先地位，但它将 i9-9900KS 的多线程性能提高了一倍多。

　　这使我们到了今年。英特尔仍在为延迟 10 纳米制程工艺而苦苦挣扎，于是发布了 i9-10900K，尽管它仍在与 9900K 和 9900KS 相同的体系结构上运行，但在单线程和多线程工作负载方面均取得了显着改善。不幸的是，对于 Blue Team 而言，AMD 并没有休息-2020 年的 Zen 3 架构大大改善了 Zen 2 的单线程性能。

　　在这一点上，AMD 在单线程性能上处于领先地位。此外，连续第二年，它在多线程性能上遥遥领先，几乎是英特尔所能提供的最好性能的两倍。

　　长远来看：2001-2020 年的一代一代的改进

　　看到英特尔在 2012 年出现反常现象吗？该公司从六核 CPU 降为四核-而且没有人在意，因为单线程性能得到了相应的提高。

　　AMD 最大的单线程 spike 对应的介绍，Athlon 64 X2 架构在 2005 年。2007 年，英特尔推出了其核心系列产品。

　　乍一看，此图表与纯多线程之间没有太大区别，但请注意，AMD 的趋势线在 2016 年至 2020 年之间将保持一致。

　　如果我们想看看英特尔和 AMD 的工程流程如何进行，那么从原始数据继续进行，并观察性能的代际提升是有启发性的-这意味着，今年的情况要比去年好百分之几。

　　这些图表放大了两家公司各自的架构变更和工程工作的影响，从而更容易发现重大变更。到目前为止，多线程性能是最大和最令人兴奋的峰值-随着 2007 年四核 CPU 的推出，多线程性能也达到了最高性能。在单线程图表上，几乎看不到任何东西。

　　我们最喜欢的一代图表版本是第三代，它将单线程和多线程改进平均到一条直线上，并赋予两者相同的权重。尽管乍一看它看上去与纯多线程图表大致相似，但还是会弹出一些有趣的功能。

　　第一个跳出这里的是英特尔在 2005 年的辉煌表现，在图表上只有不到 100％ 的点。低于 100％ 的跌幅可能很小，足以使误差造成波动-但是，即使 Pentium 3.8GHz 并不比 2004 年的 Pentium 4 3.6GHz 主动 恶化，但显然没有任何改善。

　　再看看 AMD 从 Zen 到 Zen +，Zen 2 和 Zen 3 的 2017-2020 年进展，这很有趣。尽管此处的总体形状与我们在纯多线程图表上看到的相同发音M相同，但包含单线程性能清楚地表明，每个步骤都是超越最后一步的重要且持续的改进。

　　2021 年及以后

　　对于台式机上的英特尔来说，现在形势严峻，而 AMD 的另一项重大架构改进（Zen 4）则在 2021 年面世，AMD 称其为“按部就班”，其工艺节点缩小至 5 纳米。

　　在英特尔方面，我们预计并不会像从 i9-9900K 到 i9-9900KS 那样糟糕。但是，这并不意味着 Blue Team 充满了光明。尽管 i9-10900K 确实比前几代产品有了显着且令人惊讶的改进，但它与 AMD 的兴起没有匹敌-它仍然代表着垂死的架构的最后一口气。

　　英特尔的台式机 CPU 仍停留在 14 纳米制程上，明年的 Rocket Lake 也将保持 14 纳米制程。赛普拉斯 Cove 架构本质上是英特尔 10 纳米 Sunny Cove 笔记本电脑架构的一种变体，被反向移植到较早的 14 纳米制程。

　　尽管英特尔通过其最新的 Sunny Cove 笔记本电脑处理器（今年至今仅在原型设计中看到了今年的 Tiger Lake）获得了显着的性能提升，但其内核和线程数却很少，而高性能似乎与更高的功耗相关。

　　现在说 10nm Sunny Cove 在内核数和功率效率方面的限制是否会转变为 14nm Cypress Cove 还为时过早。但是，似乎不太可能在 2021 年看到英特尔像 Zen 和它的继任者那样带动并很大程度上维持 AMD 的复兴。

　　尽管如此，英特尔的坏消息很可能是性能爱好者的好消息。英特尔这个规模小得多的竞争对手，将需要不止一两个主导周期来巩固与大型 OEM 和系统制造商的关系和市场认知。这些业务关系——以及由此带来的订单、收入和利润——将是保持 AMD 强大的研发力量的必要条件，以确保未来 AMD 能够为消费者提供更高的性能和更好的价格。