常莽

隨著AMD銳龍的橫空出世，電腦CPU進(jìn)入了多核震懾的時(shí)代。同一系列的產(chǎn)品，核心翻倍已經(jīng)司空見(jiàn)慣，有爆料顯示Intel下一代CPU的i3將會(huì)配備4核8線程———這樣的CPU，3年前它的名字叫i7。而在高端系列中，核戰(zhàn)更是令人心驚膽戰(zhàn)，在售的AMD銳龍3900X的12核24線程已經(jīng)足以令人倒吸一口涼氣，而即將上市的3950X更是配備了16核32線程。

然而，多核CPU打游戲一定會(huì)更快嗎？不一定。排除頻率、架構(gòu)IPC的差異，某些情況下多核CPU打游戲甚至?xí)缭谀承┣闆r下，AMD的12核新品3900X，在某些游戲中要比8核的3700X更慢。

要知道從規(guī)格來(lái)看，3900X全面壓倒3700X，且不說(shuō)核心多了4個(gè)，連頻率也更高（3.8/4.6GHzvs3.6/4.4GHz），3級(jí)緩存也翻了倍（64MBvs32MB），為什么會(huì)出現(xiàn)多核玩游戲更慢的情況？

游戲的多核優(yōu)化有多難

我們先從游戲?qū)Χ嗪诵牡膬?yōu)化談起吧。談?dòng)螒虻膬?yōu)化，就繞不開(kāi)對(duì)多核的支持。什么游戲?qū)Χ嗪藘?yōu)化好、什么游戲只能“一核有難、多核圍觀”，一直是玩家們津津樂(lè)道的話題。為什么游戲在對(duì)多核心的優(yōu)化上會(huì)出問(wèn)題，而視頻壓縮等應(yīng)用就能充分利用多核心？這和游戲的運(yùn)行機(jī)制有關(guān)。

為何游戲喜歡用單核心

視頻壓縮這類任務(wù)可以輕易做到并行計(jì)算，例如一個(gè)線程壓縮某個(gè)片段，另一個(gè)線程壓縮另一個(gè)片段，多核一起運(yùn)作，最后壓縮完成所有片段，完整視頻也就壓縮完成了。而游戲的運(yùn)行一般都是線性的，某一步的運(yùn)算往往會(huì)和上一步息息相關(guān)，很難充分利用多個(gè)線程。

例如在FPS游戲中，某個(gè)玩家被擊中產(chǎn)生傷害，那么這個(gè)傷害結(jié)果和子彈運(yùn)行軌跡有關(guān)，需要先計(jì)算出子彈軌跡然后才能計(jì)算出傷害，這只能在一條線程中先后完成，無(wú)法通過(guò)多線程同時(shí)計(jì)算子彈軌跡和傷害。游戲想要充分利用多核，需要巧妙地將計(jì)算任務(wù)拆分成為多線程，例如不同的線程負(fù)責(zé)物理碰撞、AI行為等，技術(shù)門檻比較高，也得下更多功夫?；诖?，目前仍有大量游戲未能充分利用CPU的所有核心。

支持多核心一定優(yōu)化好嗎？

隨著時(shí)代的發(fā)展，越來(lái)越多游戲愿意在多線程優(yōu)化上做出努力。例如前幾年，經(jīng)?？梢钥吹健癷3默秒全”的情況，而現(xiàn)在的游戲大作已經(jīng)將門檻提升至4核，雙核i3已經(jīng)難堪大任。但盡管如此，仍會(huì)出現(xiàn)12核3900X表現(xiàn)不如8核3700X的情況，這又是為何？

出現(xiàn)這種情況，主要在于CPU核心調(diào)度不合理。銳龍的架構(gòu)比較特殊，每4個(gè)核心封裝成為一個(gè)CCX，每2個(gè)CCX封裝為一個(gè)CCD，核心和核心之間的通信，可以跨CCX，乃至跨CCD，而無(wú)論是CCX還是CCD之間通信，都存在延遲。

換言之，如果一個(gè)程序能夠調(diào)用多個(gè)核心，會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況。

1.調(diào)用的多核心處于同一CCX內(nèi)，延遲最??；

2.調(diào)用的多核心跨CCX，但處于同一CCD內(nèi)，有所延遲；

3.調(diào)用的多核心跨CCX、跨CCD，延遲最大。

例如一個(gè)游戲可以調(diào)用4個(gè)核心，最理想的情況自然是調(diào)用同一CCX內(nèi)的4核，這樣能獲得最好的性能。但實(shí)際上，代碼對(duì)多核心的調(diào)用不一定這么智能，很有可能不能辨認(rèn)出哪些核心位于同一CCX上。于是，游戲可能會(huì)調(diào)用位于不同CCX、CCD的多個(gè)核心，產(chǎn)生的額外延遲導(dǎo)致性能有所損失。

知道了這些，就可以解釋為什么3900X的游戲表現(xiàn)有時(shí)候還要低于3700X了。3900X封裝了2個(gè)CCD，每個(gè)CCD內(nèi)有2個(gè)CCX，每個(gè)CCX有4核心，原生共4×2×2=16核心，屏蔽了4核心后得12核；而3700X則只有一個(gè)CCD，內(nèi)含2個(gè)CCX，共4×2=8核?？梢?jiàn)，3900X比3700X多了一個(gè)CCD，多了一種可能產(chǎn)生額外延遲的情況，如果游戲不能發(fā)揮出3900X的多核心優(yōu)勢(shì)，那么3900X表現(xiàn)遜于3700X也就在情理之中了。

因此，即使游戲?qū)Χ嗪诉M(jìn)行了優(yōu)化，但在核心調(diào)度方面，也需要另外下更多功夫，才能取得最佳性能。很高興的是，微軟已經(jīng)意識(shí)到了相關(guān)問(wèn)題，在Windows 10 1903中做出了優(yōu)化，系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先調(diào)度處于同一CCX內(nèi)的核心，避免跨CCX造成的延遲。如果想要更好地發(fā)揮AMD Ryzen處理器的性能，升級(jí)到Windows 10 1903還是很有必要的。

CPU單核性能真的在擠牙膏

有人認(rèn)為，目前CPU已經(jīng)很難從頻率上做性能突破，架構(gòu)亦難以進(jìn)一步提升效率，堆核是性能進(jìn)步的唯一之道。有的朋友從Intel的“擠牙膏”中論證這一觀點(diǎn)，認(rèn)為CPU的同頻性能已經(jīng)多年止步不前，而AMD的Zen2架構(gòu)盡管效率相對(duì)于前代大幅提升，但也只是追上競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的水平而已。用數(shù)年前的4核CPU和現(xiàn)在的4核CPU玩游戲，體驗(yàn)似乎并沒(méi)有什么不同，也是一個(gè)有力的佐證。但事實(shí)是否如此？

實(shí)際上，這種觀點(diǎn)是片面的。之所以數(shù)年前的CPU在某些測(cè)試、某些游戲中表現(xiàn)尚可，是因?yàn)檫@些測(cè)試、游戲并沒(méi)有針對(duì)新CPU的指令集作出優(yōu)化。近年來(lái)，新款CPU的一大價(jià)值在于增加了AVX，AVX2，TSX等指令集。如果代碼調(diào)用了相應(yīng)指令集，能更高效地利用FMA這樣的浮點(diǎn)加乘混合單元，減少CPU流水線的閑置，性能表現(xiàn)可以獲得可觀的提升。

以著名的渲染軟件Cinebench為例，這是DIY玩家都相當(dāng)熟悉的CPU測(cè)試工具。最新版的Cinebench R20對(duì)比舊版的Cinebench R15，一大改進(jìn)就是加入了AVX指令集的支持。在CPU對(duì)AVX指令集有較好支持的情況下，同樣的渲染項(xiàng)目，在Cinebench R20中跑，速度甚至要比Cinebench R15快一倍以上！新型指令集對(duì)性能的提升之巨，由此可見(jiàn)一斑。

支持AVX或更新的指令集已經(jīng)在渲染、視頻壓縮和科學(xué)計(jì)算等專業(yè)領(lǐng)域中漸漸成為常態(tài)，著名的Linux發(fā)行版Fedora 32甚至計(jì)劃不支持沒(méi)有AVX指令集的CPU。然而，仍有大量游戲未跟進(jìn)AVX等新指令集，只支持老的SSE，新CPU跑這些游戲自然和舊款CPU沒(méi)有太大區(qū)別。在指令集支持方面，游戲?qū)PU仍缺乏應(yīng)有的優(yōu)化。

著名的游戲性能測(cè)試組件3DMark已經(jīng)意識(shí)到了這點(diǎn)。在新的Time SpyExtreme測(cè)試項(xiàng)目當(dāng)中，加入了AVX、AVX2乃至AVX512指令集支持，調(diào)用AVX512指令集跑分，成績(jī)對(duì)比SSE3跑出來(lái)的分?jǐn)?shù)高了一倍有余。

AVX等新指令集在實(shí)際游戲中意義也變得越來(lái)越重大，例如《刺客信條：奧德賽》甚至不支持沒(méi)有AVX指令集的CPU（因?yàn)樘みM(jìn)，后來(lái)不得不重新兼容老CPU），又例如某些使用了D加密的游戲需要FMA3指令集才能正確解密運(yùn)行，早年的“神U”E1230 v2只能干瞪眼；如果是PS3模擬器玩家，也有切身體會(huì)過(guò)TSX指令集下性能的飛躍。

總體而言，大部分游戲在指令集方面的優(yōu)化做得依然不夠，在缺乏指令集優(yōu)化的情況下，舊CPU和新CPU的游戲表現(xiàn)拉不出太大差距。但支持新指令集是游戲?qū)PU優(yōu)化中無(wú)法規(guī)避的環(huán)節(jié)，活用新指令集才能彰顯新款CPU應(yīng)有的價(jià)值，希望有更多游戲?qū)π碌腃PU指令集作出優(yōu)化吧。

無(wú)論是增加CPU核心多線程，還是使用新型指令集提升SIMD性能，都可以大大增強(qiáng)CPU的性能。就消費(fèi)市場(chǎng)而言，AMD似乎更多地走了多核路線，而Intel則致力于推行新指令集。但無(wú)論是哪種發(fā)展方向，都需要相應(yīng)的軟件對(duì)此作出優(yōu)化，才能發(fā)揮出CPU應(yīng)有的性能。

現(xiàn)在早已經(jīng)不是改一行代碼就能發(fā)揮出新CPU的全部性能的時(shí)代，多核心和先進(jìn)指令集，限于匱乏游戲支持的現(xiàn)狀，都不得不淪為“戰(zhàn)未來(lái)”。CPU并沒(méi)有在“擠牙膏”，游戲?qū)PU的優(yōu)化也遠(yuǎn)未到盡頭，希望未來(lái)我們能看到更多能發(fā)揮出CPU真正功力的游戲吧。