芯片厂商向客户介绍产品，从硬件角度说的最多的就是功能，性能，功耗和价格。功能这个主要就是看芯片提供了什么接口，比如闪存，内存，PCIe，USB，SATA，以太网等，还看内部有什么运算模块，比如浮点器件，解码器，加解密，图形加速器，网络加速器等等。性能，对CPU来说就是的程序能跑多少分，比如Dhrystone，Coremark，SPEC2000/2006等等。针对不同的应用，比如手机，还会看图形处理器的跑分；又比如网络，还会看包转发率。当然，客户还会跑自己的一些典型应用程序，来得到更准确的性能评估。功耗就是在跑某个程序的时候，整个芯片的功率是多少瓦。通常，这时候处理器会跑在最高频率，但这并不意味着所有的晶体管都在工作，由于powergating和clock gating的存在，那些没有被用到的逻辑和片上内存块并没在完全耗电。我看到的芯片公司给出的处理器最大功耗，通常都是在跑Dhrystone。这个程序有个特点，它只在一级缓存之上运行，不会访问二级缓存，不会访问内存。这样得出的其实并不是真正的最大功耗。但是从实际经验看，没有应用程序能让CPU消耗更高的能量，所以这么测量最大功耗也没什么错。当然，作为整体的芯片功耗，还得包括各种加速器和接口，尤其是会被用到的模块。
在设计SoC的时候，性能，功耗和价格就转换成了PPA。啥是PPA？其实就是性能，功耗和面积。其中，性能有两层含义。在前端设计上，它指的是每赫兹能够跑多少标准测试程序分。设计处理器的时候，会有个多少级流水线的说法。通常来说，流水线级数越多，芯片能跑到的最高频率越高，这个大家应该都知道。可是并不是频率越高，性能就越高。这和处理器构架有很大关系。典型的反例就是Intel的奔腾4，30多级流水，最高频率高达3G赫兹，可是由于流水线太长，一旦指令预测错误，重新抓取的指令要重走这几十级流水线，代价是很大的。而它的指令预测又极大依赖于编译器来优化，结果当时编译器又没跟上，导致它总体性能低下。你看MIPS或者PowerPC的处理器频率都不高，但是每赫兹性能相对来说还不错，总体性能就会提高一些。所以看性能要看总体跑分，而不是每赫兹跑分。前一段时间龙芯在宣传的时候就钻了这个空子，号称每赫兹都赶上至强了，但是也就能跑个1Ghz多，而16核至强可以到将近3Ghz。
性能的另外一个含义就是指频率，这是从后端设计角度来说的。通常后端的人并不关心每赫兹能达到多少跑分，他们只看芯片能跑到多少频率。频率越高，在每赫兹跑分一定的情况下，总体性能就越高。请注意对于那些跑在一级缓存的程序，处理器每赫兹跑分不会随着频率的变化而变化。当然如果考虑到多级缓存，总线和外围接口，那肯定就不是随频率线性增加了。系统级的性能问题，我会在以后慢慢展开。
那哪些因素会影响频率?就算只从后端角度考虑，答案也很多。我并不是做后端和制程的，只能把道听途说的写下来，仅供参考。 |
