游戏中CPU单核性能的重要性及相关情况解析

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一、单核性能的概念

现代CPU包含多个“核心”,每个核心可看作是一个完整且独立的处理器。当我们提及单核性能时,指的是在CPU的一个核心以其最大潜力运行时所能达成的最佳性能。软件会生成“线程”,通常每个线程由一个单独的核心来处理,部分处理器还能借助超线程等技术同时处理多个线程。比如在Adobe Premiere软件中渲染视频项目,渲染工作负载可被分成多个线程,不同线程处理能力的CPU会依据自身情况分配处理相应数量的线程,以充分利用CPU性能。

二、多核心运行的特点及权衡

当所有CPU核心都被占用时,虽然整体性能会比单个核心运行时要高,但每个核心的个体性能却不如其单独运行时快。这是因为运行多个核心会增加热量和功耗,为了平衡,核心会以较低的时钟速度运行。不过即便如此,整体性能的提升使得这种权衡仍是值得的。

多核心与多线程

1、 多核心

  • 现代CPU通常有多个核心,例如4核、6核、8核甚至更多。
  • 每个核心可以独立处理任务,从而提高整体性能。

2、 多线程

  • 一些处理器支持超线程(Hyper-Threading)技术,允许一个核心同时处理多个线程。
  • 例如,一个8核CPU可能支持16个线程。

三、游戏对核心利用的现状

(一)多数游戏难以充分利用多核心

并非所有软件都能很好地将工作负载均匀分成多个线程。像离线图形渲染或视频转换等工作较易为每个CPU核心分配任务,但游戏不同。游戏可能会有一个线程用于物理运算,一个用于AI,一个用于开放世界中的特定模拟,另一个协助GPU进行光线追踪等等,一直以来游戏都很难做到充分“线程化”以利用大量核心,所以在核心竞赛方面,游戏PC曾一度落后。目前来看,对于单纯玩游戏而言,六到八个核心似乎是较为合适的,因为主流游戏主机多采用八核CPU,这也是游戏开发者编码时的目标核心数量。

(二)主线程对游戏性能的限制

对于大多数游戏来说,存在一个类似游戏主干的中央线程,即主线程。它负责运行游戏的主要逻辑和过程,并将工作分配给其他从属线程。这就意味着游戏中的最快性能无法超越主线程的运行速度,当我们说一个游戏是“CPU限制”或存在“CPU瓶颈”时,往往就是因为这个主线程被给定CPU的单个线程的最高性能所限制。

游戏中的线程利用

1、 线程化挑战

  • 并非所有软件都能有效地将任务分配到多个核心。对于视频渲染或数据处理等任务,多线程可以显著提高性能。
  • 游戏开发面临更大的挑战,因为游戏逻辑、物理、AI和图形等任务难以均匀分配到多个核心。

2、 主线程的重要性

  • 游戏通常有一个主线程,负责游戏的主要逻辑和任务调度。
  • 其他从属线程(如物理、AI等)依赖主线程完成任务后才能继续工作。
  • 因此,主线程的性能直接影响整个游戏的性能。

四、不同CPU设计的特点及游戏PC的选择

一些CPU是为能均匀分配工作给所有核心的软件而设计的,这类CPU核心数量多,但通常其单核性能比同系列中较便宜的CPU要差。不过若两个CPU具有相同的单核提升时钟规格,即便核心数量不同,其单核性能应该相似。所以对于主要用于游戏的PC而言,并不需要24核CPU,高性能、高时钟的八核或十二核CPU通常就已足够。

推荐的CPU配置

1、 游戏PC

  • 对于主要用途是游戏的PC,推荐使用6到8核的CPU。
  • 高性能、高时钟速度的8核或12核CPU通常足以满足大多数现代游戏的需求。

2、 未来趋势

  • 游戏引擎和技术正在不断发展,未来的游戏可能会更好地利用多核心CPU。
  • 例如,Bethesda的《毁灭战士:永恒》展示了如何有效利用多个核心。
  • 高速缓存(如AMD的3D V-cache)也在提高游戏性能方面发挥重要作用。

五、游戏情况的发展趋势

虽然目前单核性能仍是考量视频游戏性能和电脑配置的主要因素,但情况正在发生变化。视频游戏引擎在利用更多核心方面正不断改进,开发者也在积极探索将游戏工作负载分散到可用CPU核心上的巧妙方法。例如《毁灭战士:永恒》就没有会拖累整体的中央工作线程。此外,拥有大量CPU缓存也逐渐成为游戏CPU的一个重要考量因素,如AMD成功的3D V-cache游戏CPU所展现的那样。尽管当下若主要目的是玩游戏,不建议购买超过八个核心的CPU,但未来肯定会出现能更好利用更多核心,并将主线程分成更多不会使单个核心达到极限的线程的游戏。

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