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都在骂iPhone降频 其实电脑早已见怪不怪

处理器降频这件事,不仅仅只有iPhone或各类安卓机会遇到。其实对于PC产品来说,处理器、显卡降频早已成为常态。那么处理器、显卡这些高功耗部件为什么会降频?为什么同样是降频,电脑却并未像iPhone处理器降频带来的卡顿那样明显呢?

作者:尹航来源:ZOL|2018-01-02 10:42

最近网络上到处都在批判苹果强制旧iPhone降频造成系统卡顿,但有多少人是了解其中原委,又有多少人是肆意跟风呢?

电池老化导致处理器降频、继而导致系统卡顿,这个过程本身其实不赖苹果。

电池老化衰退之后,无法持续提供峰值电流来保证处理器处于高频率运行状态,进而影响系统流畅性,这本身是一个物理问题、也是一个物理规律。在电池技术没有本质性突破之前,包括苹果、包括各大安卓手机、包括各种平板电脑、智能穿戴设备等等与电池有关的设备,都逃脱不了这样的宿命。物理规律面前,谁都无法独善其身。

至于某位大言不惭说自家老手机运行不卡顿的大佬,还是需要注意一下不要挑战网友们的智商,免得引火烧身。

都在骂iPhone降频 其实电脑早已见怪不怪

处理器降频这件事,不仅仅只有iPhone或各类安卓机会遇到。其实对于PC产品来说,处理器、显卡降频早已成为常态。那么处理器、显卡这些高功耗部件为什么会降频?为什么同样是降频,电脑却并未像iPhone处理器降频带来的卡顿那样明显呢?

今天我们就围绕这些话题,来聊聊处理器降频这件事。

降频到底是咋回事?

对PC有所了解的朋友一定或多或少都听说过“降频”、“温度墙”这些术语。相对于苹果这种偷偷摸摸将强制降频列为所谓的硬件保护功能的做法来说,笔记本厂商们虽然也不会在产品说明书中明确有关于“降频”的声明或介绍,但一般来说并不避讳谈及这件事情。

因为对于处理器而言,降频是有效保护CPU或GPU的手段。在遇到灾难性的高温之时,可以保证硬件不被烧毁,避免造成更大的损失。

都在骂iPhone降频 其实电脑早已见怪不怪
降频降出艺术气息的也是不多见(红框内的红色波动体现了处理器降频状态)

因此笔者还是想强调一点,关于“处理器降频导致系统卡顿”这件事,大家不必一味的谩骂苹果,因为这是技术的问题、是物理问题,暂时还没有更好的解决方法。

那么说回到处理器降频这件事,其实PC处理器降频与手机处理器降频有一定的区别。

PC处理器降频一般是因为遇到高负载应用,使处理器长时间运行在高温环境中,这时候通过降频来缩减功耗,从而对处理器形成保护。

而手机处理器降频,或者说是iPhone处理器降频,本质上是因为电池老化衰减,不能持续提供稳定峰值电流所致。所以二者还是有一定区别的。

那么电脑CPU降频的原理是什么呢?

首先要了解一个半导体芯片领域的常用术语——浴缸曲线,也叫U形曲线。

与很多产品不一样,半导体芯片生产出来之后其实并不能马上就投入到设备中去使用,而是需要在出厂前通过老化测试筛选其中的良品之后,才能真正放到电脑中去用。如下图所示:

都在骂iPhone降频 其实电脑早已见怪不怪
U形曲线

a阶段为早期故障率阶段。在这个阶段,厂商会针对生产出来的全新处理器(半导体芯片)做短时高温、高电压环境的老化测试,如果在这个阶段出现问题,那么这些处理器将被舍弃,而只有通过这个阶段测试的处理器,才能够正式出厂并被使用到电脑当中。

b阶段为稳定状态阶段。在这个阶段,处理器一般会长时间处于稳定期,这期间发生故障的几率非常低。而这个时间大约为3年,所以一般处理器的质保期都是3年,一方面说明3年内出现问题的概率很小,另一方面也说明一颗处理器3年之后出现问题的概率会大大增加。

也就是U形曲线中的C阶段,即损耗阶段。这个阶段代表内在损耗机制开始居主导地位,故障率开始呈指数上升。

都在骂iPhone降频 其实电脑早已见怪不怪
能够投入使用的CPU其实都可以说不是全新的CPU了

不过对于半导体芯片研发工程师来说,他们并不希望去放任处理器快速损耗。因此,建立温度监控系统就是必须要解决的问题。早期半导体芯片温度监控一般通过热敏电阻、热电偶等元器件解决,但是这些元器件个头都比较大,很难与CPU或GPU芯片紧密贴合,这使得温度监控的数值不够精确,甚至能达到15℃到30℃左右的温差,这显然不是一个监控系统所能忍受的偏差。

基于此,英特尔从奔腾II和赛扬开始,为处理器植入了热敏二极管(Thermal Diode),官方对这种监控系统命名为DTS,即Digital Thermal Sensor。将二极管这种非常微小的元件直接植入到CPU芯片之中,能够将CPU温度监控准确性提升到极高的水准。

仅有监控系统当然不够,因此英特尔为处理器集成了温度控制电路TCC,即Thermal Control Circuit,它能够自主控制CPU的温度。同时,为了保证处理器在最大额定功率(TDP)下正常运行,英特尔还为处理器设定了最大额定核心温度,在DTS温度超过CPU额定最高核心温度时,会触发PROCHOT#信号,并通过减慢CPU运算速度,也就是降低频率,来达到降温目的。

此外,从Sandy Bridge平台开始,为了达到更好的控制整机温度以及功率保护的目的。英特尔引入了名为“BD PROCHOT”的全新技术。BD PROCHOT可以说是专为笔记本电脑量身定制的技术,简单解释就是它会在CPU和GPU的温度、功耗明显升高时优先降低CPU的频率,以达到控制整机温度以及功率保护的目的。

这项技术的初衷,或许是为了防止笔记本过热造成硬件损伤。并且在平衡CPU与GPU的重要性时,为了保证游戏性能选择先对CPU进行降频。但在实际应用中会发现,由于游戏对于CPU的性能依赖也非常严重,因此CPU降频会造成游戏帧数的极速下降,也会造成电脑系统、软件的卡顿。

可见在CPU降频这件事上,真正诠释了什么叫做“有得必有失”。

降频对实际应用的影响

“iPhone降频门”事件之所以引起轩然大波,一方面是苹果树大招风所致,另一方面则是每一个iPhone用户对此都有切身体会。最明显的就是老手机变得越来越卡顿,尤其是在升级新系统或电池电量低的时候,卡顿感更加明显。

而PC处理器降频为何没有引起这么大的波澜呢?

其实在大多数情况下,PC处理器降频不会太明显的让系统或软件运行速度变慢。比如即便笔记本电脑拔掉电源,其所配置的30-50Wh容量的锂电池也能够提供足够的电量供处理器在较高频率下运行。

都在骂iPhone降频 其实电脑早已见怪不怪
笔记本电脑采用的电池容量更大,供电更加稳定,降频现象很少发生

另外,其实PC处理器强制降频并不是普遍现象,同时也不会因为电池老化而凸显出来。比如我们今天评测过的大概近百款产品中,真正有降频现象发生的产品数量不到十款,比例还是比较小的。

而且一般来说,PC处理器降频只存在于那些散热设计有问题的游戏本或轻薄本中。台式机以及散热设计没有大问题的笔记本电脑,如果不是因特殊情况使处理器达到极高的温度的话,是很少或根本不会出现降频现象的。

因此,相对于老iPhone近些年来普遍出现运行卡顿的现象,同时又被GeekBench大佬以实锤数据正面硬怼。PC处理器降频其实是一个相对不太普遍,且不易被用户察觉的问题。

不过,处理器降频对于实际应用的影响到底有多大呢?我们不妨通过一些实际的测试数据来进行验证。

首先要说明的一点是,对于电脑来说,不仅处理器会出现降频的情况,显卡同样会出现降频。不过由于处理器或显卡降频并不具有普遍性,所以用户在购买电脑之后,可以用软件来查看一下是否存在降频情况。

我们在测试中所使用的软件为Furmark与AIDA 64,在开启AIDA 64的“系统稳定性测试”以及Furmark拷机测试一段时间之后,就可以看出处理器或显卡是否出现降频。如下面两张截图所示:

都在骂iPhone降频 其实电脑早已见怪不怪
处理器未降频频率为2.4GHz
都在骂iPhone降频 其实电脑早已见怪不怪
处理器过热降频之后频率为1.4GHz

这是我们以往在产品测试过程中遇到的一台处理器降频笔记本电脑。其处理器正常工作下的频率为2.4GHz,但是当触及温度墙之后,频率会降低到1.4GHz左右运行。此时,它对于系统或普通软件的运行流畅度理论上会有影响,但一般来说由于固态硬盘速度的加成,用户很难感觉到其运行速度变慢。

不过,如果此时用户是在玩游戏的话,那么卡顿感、以及因频率降低而产生的丢帧现象,就会非常明显了。下面是我们当时测试这款机器时,降频对游戏帧数的影响:

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未降频时,流畅度30fps
都在骂iPhone降频 其实电脑早已见怪不怪
降频之后,流畅度17fps

通过上面两幅图可以看出,在未降频时游戏可以稳定在30帧左右运行,但是在CPU超过温度墙阈值70℃后,CPU降频至1.4Ghz,同时游戏也瞬间降至17帧左右,造成了游戏的明显卡顿。

最近我们在评测过程中也遇到了一款类似的产品,不过与早些年我们遇到的这款产品所不同的地方在于,近期遇到的这款产品不是处理器降频,而是显卡降频,其对游戏的影响更加明显:

都在骂iPhone降频 其实电脑早已见怪不怪
测试过程中出现显卡降频,使得游戏流畅度大幅下降

gif图可能看不太清楚,笔者大概解释一下。左上角白色数字为帧率监测。大家可以看到正常情况下游戏流畅度在100fps左右,但是当显卡过热出现降频情况之后,游戏画面帧数迅速降至40fps左右,影响了整体的游戏体验。

此外,英特尔第八代酷睿处理器由于升级了四核心,虽然额定功耗未变,但增加的两个核心还是对散热设计形成了新的挑战。因此一些笔记本厂商会将八代酷睿的频率做些许限制,而限制频率会产生怎样的性能差异呢?来看下面两张图:

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“满血版”酷睿i7 8550U处理器跑分
都在骂iPhone降频 其实电脑早已见怪不怪
存在降频问题的酷睿i7 8550U处理器跑分

同为酷睿i7 8550U四核八线程处理器,“满血版”跑分多核可以达到666cb,而存在降频的酷睿i7 8550U处理器多核跑分普遍在540-600分之间,理论性能差异还是非常明显的。

从过去以及现在的测试来看,处理器与显卡降频对电脑性能影响相对还是比较明显的,但是由于电脑硬件性能的影响因素不仅仅只在于处理器和显卡,因此大多数情况下,处理器、显卡降频对实际用户体验的影响并不像iPhone那么明显。

如何面对降频问题

降频带来的系统卡顿,对于iPhone手机和iPhone用户的普遍性是电脑难以企及的。目前,iPhone降频的通用解决方法只有更换电池这一条路径。因为iPhone处理器降频的源头来自于电池衰减无法持续提供峰值电流,因此当你觉得手中的iPhone越来越卡时,不妨买一块第三方电池进行更换,这样至少可以在一段时间内保证手机有更加流畅的运行体验。

都在骂iPhone降频 其实电脑早已见怪不怪
更换电池可以缓解iPhone降频卡顿问题

不过归根到底,处理器降频是一个物理问题,在现有技术(包括半导体芯片技术、电池技术等)没有本质性突破的情况下,换新依然是大多数人的选择。

对于PC用户来说,处理器或显卡降频的根源并非电池衰减,而是运行温度过高,触及了温度墙所引发的硬件自我保护机制。因此,我们不必对正常的处理器或显卡降频抱以不解甚至怀疑,毕竟相对于彻底损坏一台电脑来说,处理器运行速度慢一些总归还是更好的选择。

不过我们同样也不能忽视这其中存在的一些问题。比如有些产品在发热量还未触及温度墙的情况下,被厂商强制设定成降频状态;亦或是有些厂商为了保证机器运行的流畅性,而默认处理器可以持续运行在高温环境下也不会触及温度墙限制。这两种做法对于用户、对于产品、甚至是对于厂商自己而言,都是不负责任的表现,并不可取。

小贴士:电脑降频如何解决?

iPhone降频可以通过更换电池暂时解决问题,那么笔记本电脑降频该如何解决呢?文章最后,我们给大家支一招。

如果购买的笔记本电脑不幸遇到频繁降频的问题,且确定不是因为温度过高而引起的非频繁降频,那么你可以选择使用ThrottleStop这款软件来解决降频问题。这款软件的主要功能为监视CPU状态以及锁定CPU频率等功能。

笔记本电脑BIOS不像台式机那么开放,处理器频率一般是不能够自主去调整的。不过使用ThrottleStop软件的锁定频率功能之后,就能够解决降频的问题。

都在骂iPhone降频 其实电脑早已见怪不怪
ThrottleStop

一般来说,想要通过ThrottleStop解决降频问题,只要把界面上BD PROCHOT前面的勾去掉就可以了。毕竟笔记本电脑降频的主要原因就是触发了温度墙。

不过有时候即便去掉BD PROCHOT前面的勾也没用,这时候就需要通过手动锁定CPU频率来解决降频问题了。

具体的设定步骤就不在这里赘述了,这也不是我们今天文章的重点。另外ThrottleStop的界面设计简洁明了,稍微研究一下就知道如何锁定频率了。

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【责任编辑:未丽燕 TEL:(010)68476606】

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