動態範圍

本文緊接著上面一篇文章,在CPU和GPU中“動態範圍”指的是所對應的產品,其直接含義是產品能工作的頻率區間,與此同時也包含在同樣頻率下其最小所需電壓是否足夠低,或者同樣電壓下可達到頻率是否足夠高?

別讓“動態範圍”誤導了對CPUGPU能耗比評價

動態範圍越高意味著一個產品可以適應更多的場景,但動態範圍高有時候在評測專案中反而會成為一種劣勢,對結論產生誤導。

能耗比評價陷阱

對於一個半導體產品,其功耗主要包含動態功耗和靜態功耗,通常當我們評價其能耗比時,佔大頭的是動態功耗。動態功耗P的主要因素有:電壓V、頻率F以及產品設計本身C,也就是:

P=F*V^2*C

這裡C是一個常數,當產品設計完成後就不會改變,可變的只有頻率F以及電壓V。對於動態功耗而言,電壓V和功耗呈現二次冪關係,影響幅度最大。在大部分頻率區間內,電壓和頻率的關係是呈現接近線性關係的,因此上述的功耗公式可以大體簡化為

P=F^(2。5~3)*C

也就是功耗和頻率呈現2。5~3。0次冪的關係,一般情況下我喜歡用2。7左右作為估算值。

隨後我們看一下計算比較簡單的能耗比PE公式:

PE = F*IPC/P

這裡F/P仍然是指頻率和功耗,而IPC對於一個產品來說也是一個固定的值,這裡我們把功耗P的公式帶入到上式中可以得到:

PE= IPC/(C*F^(1。5~2))

當我們評價一個產品時,由於IPC和C都是固定的,因此我們將其簡化為E,並得到簡化版的PE公式:

PE= E/(F^(1。5~2))

根據上市所以你可以很容易看出來,對於一個產品而言,他的能耗比並不是一成不變的。當你選擇在不同的效能輸出水平下去衡量它的能耗比時,會得到截然不同的結論。顯然,當一個產品的頻率F上升後其能耗比也會迅速下降。舉個例子,當頻率提升一倍後,效能翻倍,功耗可能會變成原有的6。5倍,對應的其能耗比只有原來的1/3。2倍。

那麼“動態範圍”是如何誤導我們對能耗比的評價的?可以看到即便是同一個產品,在不同的頻率下對其進行能耗比測量都會得到截然不同的結論。Intel的14++由於動態範圍由於過高,並且不懂得烤雞降頻的奇淫技巧,就算你烤FPU也可以頭鐵5G給你看,那麼這個時候你自然會獲得一個14++能耗比奇差的結論,但是當你調整到和友商類似的頻率時,會發現其能耗比至少沒那麼差。

當你評價兩個“動態範圍”差異極大的產品時,對於高“動態範圍”的產品用什麼頻率去測量,會得到截然不同的結論。現在的絕大部分評測,特別是國內的評測,往往處理這個問題時十分粗糙,根本不顧及“動態範圍”的差異,得到的結論雖然正確,但是並不全面也不合理。更糟糕的是,當利用這個結論再做進一步推論時,往往會不準確,比如蘋果的A13能耗比到底是否倒退,3700X是否真的能耗比是否一直如此高?

關於這些問題,我們下期再談,求個關注。