CPU是如何影响游戏表现的呢？

聊聊在游戏场景GPU和CPU是如何配合工作的，本文科普向。

我是麻薯，关注麻薯，不当韭菜不挨割。

什么是CPU和GPU

以前有个特别好的比喻，来讲为什么GPU可以挖矿，而CPU不行，其实这个问题放在这里也很适用。

CPU面对的是复杂，多样化的问题，因此每一个核心可以理解为一位教授。

什么叫大小核心呢？

复杂问题交给教授，不那么复杂的交给研究生们处理。这就是性能核心（P核，大核），和能效核心（E核心，小核）。举个例子，英特尔13500F，现在非常主流的一个CPU，6P+8E，一共14个核心。

对于在前台，需要大量运算的，交给性能核心，也就是大核心来做，后台服务，或者是计算器这种小玩意，交给能效核心来做。

那么显卡的核心是什么？

密集恐惧症退散！

茫茫多的小学生！

我们现在再来看GPU的架构图

我们现在把这个GPU想象成一个专门雇佣小学生童工的血汗工厂。

一个GPU（工厂）下面有很多TPC（车间），车间又分成了很多SM（班组），SM由一个个的SP单元（小学生）组成。

当然，中间还有各种缓存，控制单元等等，太复杂了不提。

工厂（GPU）接了个项目，分给各个车间（TPC）不同任务，车间（TPC）拆解后分发给班组（SM），班组（SM）最后把每项工作落实到干活的小学生（SP）手上，计算的内容不难，全是四则运算。

算完之后，再逐级汇总，最后完成了这个项目。

GPU这个血汗工厂一般接什么活呢

画面渲染，比如一个3D结构，CPU告诉GPU“照着这个三位场景，你赶紧弄成一个从屏幕前看的视角的二位的画面出来”，GPU渲染完了交还给CPU，再接第二个活。

在没有GPU的时候，渲染工作由CPU自己完成，这是一个特别枯燥无聊没有技术含量的工作，让上面6教授8研究生的团队过来算四个运算很耽误事儿——慢，同时拖累CPU自己的复杂计算工作。

因此开发了图形处理芯片，专门负责渲染工作，这样CPU就可以从繁重的图形计算中解脱出来。

GPU为图形图像专门设计（专门负责运算量大不复杂的问题），在矩阵运算，数值计算方面具有独特优势，特别是浮点和并行计算上能优于CPU的数十数百倍的性能。

在GPU发展过程中，大家发现很多科学计算包含大量简单运算，让CPU干太慢了，于是有了一个接口，叫OpenCL（苹果提出，其他家跟进），最后成为了公开的接口规范。

换一句话说，就是当计算太简单，量还大的时候，CPU的小核心都不值得为此浪费时间，就会把计算工作交给显卡，因为没有比这更小的核心了。

对了，GPU这个雇佣小学生血汗工厂的上家甲方就是CPU里面几个教授。

当高U低显，吕布骑狗的时候，CPU给GPU发大量任务，GPU根本处理不完，只能根据时间戳来判断干完第一个任务，再干第二个最新的任务。

当高显低U，狗骑吕布的时候，CPU发来的任务显卡快速处理完了，GPU就要等着CPU发新的指令过来，这个场景一般是两种CS、LOL这些渲染低负载场景，但同时又有源于实时数据处理、复杂的游戏逻辑和大量玩家交互的计算，特别吃CPU资源。

说到这里，顺便再继续拓展一下

为什么X3D被称为游戏的天选神U

我们都知道CPU的频率非常快，现在入门级的过时产品7500F默频也有3.7GHz。这个3.7GHz的意思是指，每秒钟可以发出3.7G次脉冲。

1G = 10 ^ 9 = 1,000,000,000 —— billion，十亿

但主板可没有这么快，目前最快的内存的频率是 8400 MT/s —— 这个单位是指每秒钟能传递数据 8400M 次，现在的 DDR5 内存技术一个时钟周期可以传递两次数据。

表面上看频率在一个水平，但是还有一个问题 —— 延时。

延时的出现更多是主板外频率和CPU主频之间为了保持平衡协作同步，中转路线太长导致的。

为了解决延时问题，在CPU设计的时候给CPU加入了三级缓存结构。

• L1 缓存：最接近CPU，访问速度几乎和寄存器一样快，大小在几十 KB 到几百 KB 不等。每个核心都有一块属于自己的 L1 高速缓存，包含一个是用于存数据的 L1数据缓存（Data Cache），一个用于存指令的 L1指令缓存（Instruction Cache），速度最快。

• L2 缓存：处于中间位置，每个核心独有一个，L2 缓存距离 CPU 位置比 L1 更远，大小比 L1 更大，大小在几百 KB 到几 MB 不等，访问速度则稍慢。

• L3 缓存：距离CPU最远，多个 CPU 核心共用的，位置比 L2 更远，容量更大。

通过三级缓存结构，热数据暂存在 L3 中，核心需要计算的数据从 L3 提取到 L2，然后利用 L1 完成计算，再退回给 L3，L3 返回给内存。

当CPU有一个巨大的 L3 的时候，可以存放更多热数据，在相同的数量的时钟周期内，CPU可以处理更多次计算。

打个比方，你要做饭，炒20个菜，炒锅菜刀什么的都不变，你是在一个这么小的案板上做菜效率高

还是在这么大的案板上效率高

这就是X3D适合游戏的秘诀，在沙盒类、在线竞技类、策略类、模拟经营类游戏，以及需要频繁切换场景的3A类游戏，所需要计算的内容不复杂，但是热数据多，L3 太小需要反复丢回内存，影响延时，提供一个巨大的 L3，把热数据都寄存在 L3 里，方便CPU取用，提高CPU在游戏场景的表现。

问题又延伸了

那为什么不把所有CPU的 L3 都做的超大

成本和需求决定了这个市场到底有多大。

AMD 的 X3D 基于自家 3D V-Cache 技术，通过在CPU的垂直方向上增加缓存晶片CCD的数量，从而提高了CPU片内 L3 的容量。

因为垂直方向增加了缓存镜片，导致了散热效能下降，积热问题。原来利民120风冷就能压住的CPU，现在得上利民FN240液冷了。

同时，为了确保稳定，X3D系列不得不大幅牺牲了频率。比如，7700X 的频率 4.5-5.4GHz，7800X3D 就只有 4.2-5.0GHz。5700X 能够跑到 3.4-4.6GHz，5700X3D 被限制在 3.0-4.1GHz。

另外，还更贵了。

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