超能课堂(136)：英特尔CPU的睿频加速用处有多大？
英特尔去年推出了八代酷睿处理器，CPU核心数从之前的4核增加到了6核，性价比大增，所以去年初发布的七代酷睿会受到严重影响，据说有JS为了清理库存，给消费者洗脑说八代酷睿中的Core i-8700K频率才3.7GHz，比不过Core i7-7700K，后者还要便宜。不管有没有人上当，JS这个说法还真有迷惑性，而这又跟英特尔的Turbo Boost睿频加速有关。
今天的超能课堂我们就来谈谈英特尔处理器的Turbo Boost加速技术，它问世正好也有10年时间了，不仅成为了英特尔处理器的一个重要技术，还被英特尔当作区分CPU等级的标志，只有Core i5/i7/i9处理器才能享受到睿频加速，Core i3及以下的处理器是没有的。
对现在的CPU来说，提升性能只有三条路可走，要么提升频率，要么提升IPC（每周期指令数），要么就减少执行指令所需的数量。从难易程度上来说，减少指令数量最为复杂，提升IPC性能可以考增加CPU核心、改进架构，而直接提升频率是最为简单有效的。
CPU性能与频率、IPC、指令数的关系
不过CPU提频说起来容易，做起来男，因为频率增加又意味着功耗的增加，二者也是正比关系，所以如何提升频率但又不让功耗超标成了一件大事，特别是在多核CPU时代，设计者需要考虑4-8个核心高效率工作，频率管理将直接影响CPU的性能、发热及功耗。
Turbo Boost加速：多核CPU时代频率超车秘籍
在这样的背景下，原定固定（最高）频率运行的方式已经落伍了，2008年在Nehalem架构的Core处理器发布时，英特尔推出了第一代Turbo Boost加速技术，通过先进的算法来动态调节不同CPU核心的频率。
现在4核乃至8核已经普及多年，但是不是所有的操作都能100%利用多核心，所以实际使用中总会有CPU核心处于空载状态，Turbo Boost加速技术就实时监控CPU的活动核心数、功耗及温度，把不需要工作的CPU核心降至C0、C1等节能状态，把空出来的功耗空间增加到活动核心上，提高它的运行频率。
Turbo Boost能让部分CPU核心进入快车道
《道德经》里有句话叫做“天之道，损有余而补不足；人之道，损不足以奉有余。”对于Turbo Boost来说，英特尔的做法就是“人之道”，让无用的核心更慢，快的核心频率更快。
Turbo Boost 2.0：更高效更智能
第一代Turbo Boost加速技术主要考虑处理器的活动核心、功耗及温度，还不够智能，效率也不够高，英特尔在2011年的Sandy Bridge处理器上开始应用Turbo Boost 2.0加速技术（以下简称TB 2.0），这也是目前绝大多数英特尔酷睿处理器都在使用的睿频加速技术。
与第一代相比，TB 2.0睿频加速考虑的影响因素更多，除了温度、功耗、活动核心之外，还会考虑工作负载、电流等因素，所以效率更高、更加智能、更加动态。
此外，从2011年的SNB处理器开始，整合的GPU在处理器中位置也日益重要，英特尔称之为核显，CPU与GPU核心是同一芯片上的，而核显的频率也有了动态调节机制，所以CPU、GPU之间也共享功耗，在不同的负载中核显也有TB加速机制，比如在游戏种能获得更高的频率提升以增强游戏性能。
Turbo Boost 3.0：精挑加速核心，但限制更多
TB 2.0按说已经够用了，不过在2016年的Broadwwell-E发烧级平台上，英特尔又推出了Turbo Boost 3.0——准确地说，官方的叫法是Turbo Boost Max Technology 3.0（以下依然简称TB 3.0），相比TB 2.0能带来更高的加速频率，但是TB 3.0的限制也更多。
在TB 3.0中，英特尔表示借助它能将处理器的单线程、多核性能提升15%以上，这种宣传虽然有夸张的成分，不过TB 3.0在睿频机制上确实有很多不同，如下图所示：
在TB 3.0中，英特尔会将1-2个CPU核心定义为最佳性能核心，也就是说英特尔已经帮我们测试、精挑了用于加速的CPU核心，每个处理器的2个加速核心都不一样，然后尽可能提升这1-2个核心的频率，所以支持TB 3.0的处理器中我们会看到两个加速频率，一个是常规TB 2.0的，一个是TB 3.0的，后者的频率会比TB 2.0高一些，会多出100-200MHz的频率。
TB 3.0加速频率要比TB 2.0更高
以最顶级的Core i9-7980XE为例，基础频率才2.6GHz，TB 2.0加速频率4.2GHz，而TB 3.0频率可以提升到4.4GHz，对于一个18核处理器来说，4.4GHz的高频率可以保证它的单核、双核性能也足够强，否则就会面临尴尬——非多核优势项目中顶级Core i9会被Core i5/i3之类的处理器吊打一顿。
虽然睿频频率更高，但是享受TB 3.0还存在很高的门槛，首先是软件上的，TB 3.0原生支持Windows 10周年纪念版及之后的系统以及2017年之后的Linux系统，如果不是这些系统，那么就需要安装一个单独的TB 3.0软件，通过白名单的方式为不同的程序提供TB 3.0加速，建议不管什么系统还是装上最好。
最大的限制则是硬件上的，TB 3.0目前只支持消费级X99、X299平台的处理器以及部分服务器级的Xeon E5 v4处理器，而限制处理器的原因估计跟挑选CPU核心有关，顶级平台销量很少，英特尔有功夫帮消费者测试、挑选体质好的核心，但主流级市场的处理器销量庞大，英特尔没可能一一挑选了。
总结：
在多核处理器的时代，如果所有的应用程序、游戏都能完全利用所有核心，那是最好不过了，消费者购买4核甚至8核处理器不就是为了提高性能嘛，可惜现实情况不是这样，日常使用中大部分程序并不能占满CPU核心，Turbo Boost加速技术就是为了解决这样的问题，尽可能提升单核/双核频率以适应非多核优化的应用。
英特尔的Tubro Boost已经发展了三代，主要思路其实都是差不多的，就是综合考虑CPU核心的使用情况，降低非工作状态的的CPU核心到各种节能状态，省出来的空间留给负载中的CPU核心，尽可能提高CPU频率。这个思路在八代处理器以及Core i9处理器上尤其明显，Core i7-8700K的基础频率才3.7GHz，比Core i7-6700K、Core i7-7700K的基础频率低多了，但是4.7GHz的加速频率使其成为目前单核性能最强的Core i7处理器。
未来随着CPU核心数量的进一步增加，Turbo Boost睿频加速只会越来越重要，对消费者来说这不仅提升了CPU性能，更重要的一点是有了睿频加速，普通玩家折腾超频的必要性越来越低，这个问题跟GPU上的Boost加速也是一样的，官方加速频率越高，消费者超频的空间就越少。