龟兔竞走：英特尔与AMD间20年的机能竞争 -

虽然身处移动互联网时代，但稍有阅历的朋友应该还记得PC时代精彩的“红蓝大战”，记得英特尔挤的每一管“牙膏”和那句“AMD YES！”。时间到了2020年，在过去的几场发布会后，英特尔和AMD粉丝之间的口水战依旧不断，双方互相指责对手这些年没有明显的进步。

其实，对于目前各家公司最强处理器的原始性能，业界也一直不乏异见。为此，科技媒体Ars Technica深入研究了两家公司最快的桌面级/发烧友CPU的存档性能基准，了解了两家公司在过去几年中的实际表现，并试图总结出有迹可循的发展规律。

上图是英特尔和AMD两家公司20年来的各个产品里程碑，虽然英特尔和AMD显然每年都会针对不同的价位和目标市场推出大量的处理器，但为了便于梳理，我们只列出每年最快的桌面级或“发烧友”处理器。

AMD 速龙的兴衰：2001-2007

在21世纪初，当时计算机的多任务处理的表现非常糟糕。在下面的图片中，我们可以看到在PassMark排行榜中多线程和单线程 CPU基准测试成绩之间的比例。对于2001-2005年的老牌CPU来说，单线程的分数实际上要高于多线程——这意味着在给定的时间内，你可以在单线程上完成更多的计算工作，而不是分解成并行线程。

看到这，你可能会认为这是因为这些还是单核、单线程的CPU。但你这么想就错了，英特尔在2002年用1c/2t 奔腾 4 2.8GHz引入了超线程，虽然这对实际的多线程能力影响很小。AMD在2005年推出了第一款真正的双核桌面CPU——速龙 64 X2 4800+，但它也没有什么区别。

多线程比例并没有突破100%，也就是说多线程工作的完成速度比同等的单线程工作快，直到2006年英特尔推出双核/四线程CPU——奔腾 Extreme 965。第二年，AMD和英特尔都推出了真正的四核桌面级CPU，并彻底结束了高性能的单线程时代。

甚至在AMD的黄金时代，英特尔都在单线程性能上击败了AMD。虽然因为性能还不如奔腾 III 导致奔腾 4 架构被嘲讽。然而，奔腾 III的主频并不能像奔腾 4一样高，而且，不管怎样嘲讽，那个时代性能最高的工作负载都是单线程的，英特尔的奔腾 4在单线程性能上还是要领先AMD的速龙 XP CPU的。

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，多线程工作负载也随之而来，火狐浏览器(Firefox)的前身 Phoenix 在2002年采用标签式浏览器就证明了这一点。在那些经常花费大量时间在CPU上的系统中，以及在用户越来越习惯于整天打开许多程序的环境中，显然多线程性能才是王道。

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。不过，尽管双方都获得了巨大的收益，但英特尔的酷睿2至尊QX9650还是打败了AMD的新款羿龙 X4。

新的四核CPU有足够的多任务处理能力，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，而前台任务不会受到明显的影响，这就把焦点转移到了单线程性能上。这对AMD来说尤其不幸，因为英特尔不仅在多线程性能上有所提升，QX9650在单线程性能上也有所突破。

随着近70%的单线程性能优势被英特尔的QX9650所取代，人们的关注点突然又回到了单线程性能为王，AMD的21世纪第一个黄金时代也就此正式结束。

英特尔反击：2007-2013

2007-2013年是一个CPU性能和功能不断提升的激动人心的时代，但就英特尔和AMD之间的斗争而言，却是一个相当无聊的时代。英特尔在单线程和多线程性能方面一开始就处于领先地位，而且在大多数情况下，他们都保持着这种优势。

AMD在其羿龙和羿龙 II 架构的整个运行过程中，在多线程和单线程性能上都取得了稳定的、递增的收益。这使得它在单线程性能上几乎赶上了英特尔。但在多线程方面，它依旧差距巨大。

2010年，两家公司都发布了他们的首款六核CPU，但AMD的X6 1100T与2009年的X4 965采用相同的K10架构，而英特尔的i7-980X使用的是基于Nehalem的微架构和新的 AES 指令集。这使得英特尔的多线程性能几乎是其竞争对手的两倍，同时仍然保持着单线程的小幅领先。

2011年，AMD凭借其命运多舛的八核Bulldozer（推土机）架构全身心投入多线程领域。虽然Bulldozer确实在多线程领域开始大幅领先英特尔，但这是有代价的。新的FX-8150实际上在单线程性能上出现了倒退。

到了2012年，AMD的Bulldozer已经改进成了Piledriver（打桩机），在多线程方面几乎赶上了英特尔——但这只是因为英特尔在将其工艺缩减到22纳米时，将核心数量从6个降到了4个。这使得AMD在拥有两倍核心数量的情况下，多线程性能几乎“一样好”，而单线程性能则比英特尔落后了三年。

时间来到2013年后，AMD的情况变得更加糟糕，其推出了最后一款Piledriver CPU——FX-9590。随着英特尔在工程上的领先优势越来越大，这款CPU也只是在主频和电压方面勉强跟得上英特尔 i7-4770K。

i7-4770K vs FX-9590

相比FX-8350的125W和i7-4770K的84W，标称TDP（热设计功耗）225W的FX-9590简直就是一个差劲的CPU。通常情况下，它的空气冷却技术都难堪大用，而且风扇噪音和浪费热量惊人，甚至连 AMD 的铁杆粉丝也怨气满满。

FX-9590是AMD最后一款发烧友CPU，时间长达四年之久。从2014-2017年，AMD唯一发布的新CPU是经济型CPU和APU，没有一款CPU的性能超过FX-9590，更不用说超过英特尔了。

命运的变化：2013-2020

事实上，AMD 在经历了三年的低迷之后，仍然没有发布一款新的 CPU。在2014-2017年，AMD继续推出新的桌面CPU，但所有的新设计都瞄准了更“精打细算”的细分市场，专注于廉价的APU。

当AMD在失败中徘徊时，英特尔基本上安于现状。值得称道的是，英特尔确实继续发布新的高性能CPU，并在这段时间内取得了增量的单线程性能提升，只是单线程的提升并不多。

到了2017年，一切都发生了变化，AMD终于发布了代号为Zen（禅）的全新发烧友架构。Zen架构将功耗和热效率重新拉回了正轨，同时原始多线程性能明显高于英特尔最优秀的处理器。

2018年的Zen+充其量只是在多线程性能上的小幅提升，但它和原来的Zen一样，继续缩小了与英特尔的单线程差距。之后，英特尔的第一款可行的i9产品i9-9900K短暂地从AMD手中夺回了多线程性能的王冠，但这种领先优势并没有持续多久。

2019年，英特尔在发烧友CPU市场狠狠地摔了一跤——它最好的CPU i9-9900KS与2018年的i9-9900K相比几乎没有任何进步。与此同时，AMD凭借锐龙 9 3950x又实现了巨大的多线程飞跃，并在单线程方面取得了强劲的收益，这款16核/32线程的“性能怪兽”展示了其新的Zen 2架构的精华。虽然AMD仍然没有完全赶上英特尔的单线程领先优势，但它将i9-9900KS的多线程性能提高了一倍多。

这就到了今年。英特尔仍在苦苦挣扎于延迟已久的10nm工艺，发布了i9-10900K。尽管它与9900K和9900KS运行在相同的架构上，但在单线程和多线程工作负载方面都取得了显著改善。不幸的是，对于英特尔来说，AMD并没有停下来等它——2020年的Zen 3架构对Zen 2的单线程性能进行了大规模的改进。

在这一点上，AMD在单线程性能上的领先优势非常明显。此外，AMD连续第二年在多线程性能上拥有绝对的领先优势，几乎是英特尔的两倍。

回顾：2001-2020年的代际改进情况

如果我们想了解英特尔和AMD的工程进程如何，从原始数据出发，看看性能的代际增长——也就是说，今年的部分比去年的部分提高了多少百分比——是很有启发意义的。

上图展示了两家公司内部个别架构变化和工程改进。到目前为止，最大、最令人兴奋的峰值是在多线程性能上——随着2007年四核CPU的推出，多线程性能也成为最高性能。

上面这张图将单线程和多线程的改进平均到一条线上，给予两者同等的权重。虽然乍一看和单纯的多线程图表大致相似，但还是有几个有趣的点。

首先是英特尔在2005年的惨淡表现，即图上唯一一个低于100%的点。

再来看看AMD从Zen到Zen+、Zen 2、Zen 3的2017-2020年的发展历程，也很有意思。虽然这里的整体形状和纯多线程图表上的M走势一样明显，但加入单线程性能后，可以清楚地看到每一个步骤都是比上一个步骤有显著、持续的进步。

2021年及以后……

目前，英特尔在桌面级CPU上的情况看起来很严峻，AMD-Zen 4又有了重大的架构改进，其中包括工艺节点缩减到5nm将在2021年完成。

在英特尔方面，估计不会出现像从i9-9900K到i9-9900KS那样的糟糕迭代，但这并不意味着英特尔前方都是美好和阳光。虽然i9-10900K确实比前几代产品有了显著而惊人的进步，但它并不能与AMD的相提并论，它仍然代表着一个垂死架构的最后一搏。

英特尔的桌面级CPU仍然停留在14nm工艺上，明年的Rocket Lake也将继续采用14nm工艺。其Cypress Cove架构本质上是英特尔10纳米Sunny Cove笔记本架构的变种，后来移植到老的14纳米工艺上。

虽然英特尔最新的Sunny Cove笔记本处理器（今年的Tiger Lake）在性能上有了显著的提升，但到目前为止，我们只在原型设计中看到了它的核心和线程数都很低，而且高性能似乎也带来了更高的功耗。

总之，现在判断10纳米Sunny Cove在核心数和功耗效率方面的限制是否会转化为14纳米Cypress Cove还为时过早。不过，2021年英特尔似乎不太可能出现AMD凭借Zen及其后继者带来并基本维持的那种复兴。

参考资料：

https://arstechnica.com/gadgets/2020/11/a-history-of-intel-vs-amd-desktop-performance-with-cpu-charts-galore/

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