我们应该从哪方面提升性能？
hello，大家好，我是罗十十十，上一讲我们了解了性能是什么，这一讲我们来了解一下如何提升性能。
这里有一个公式：
能比较简单的看到想要搞定指令数和CPI，看起来是比较困难的，但是CPU的时钟频率，提升比较简单，多放点晶体管就好了。那多放晶体管会面对什么问题呢？
功耗：CPU 的极限
如果要多放晶体管，我们一起来思考几个问题：
- 主频是否越大越好？
- 1978年-2000年 20年里主频提升了300倍，但是2000年到现在，主频只提升了3倍，是为什么呢？
- 现在最大的主频是5GHz，曾经intel想要做出10GHz的产品，但是为什么没有达到呢？
好，我们来了解一下原因，一般来说3.8GHz的奔腾4处理器，满载功率是130瓦。而iPhone12 A14的CPU是4.42瓦。这3.8GHz处理器要是放到iPhone12中，估计开机时间都超不过半小时，充电宝得准备十个。太耗电了，也会发很多的热，都可以煎鸡蛋了。
还有另外一个更重要的原因，到达5GHz的时候，发现性能还不如1.8GHz了。这是为什么呢？我一起先来了解一下CPU。
CPU具体是怎么工作的呢？
CPU被称为超大规模电路，像A14有118亿个晶体管，CPU在计算的时候，就是让这118亿个晶体管不断的开关，来完成计算。
一般来说提升性能的2种方式：
- 增加密度，也就是多放点晶体管
- 提升主频，让开关更快一些
这2中方式无一例外，都是功耗增加，带来耗电和散热的问题。
计算机一般选择的降温方式，都是在CPU上面抹硅脂、装风扇，或者水冷或者更好的散热设备，但是这些散热设备也是有极限的。
我们用一个公式表示功耗：
可以看到主频提升，晶体管数量增加，都是为了提升性能，那我们怎么减少功耗呢？从公式上来说，我们可以选择减低电压的方式，一般来说降低电压1/5，功耗就能减低1/25，挺完美啊，电压低了耗电量还少了呢，真是完美，但是这也是有极限的，就是有电阻的存在，这个电压太低，电路都连不通，还咋计算呢？
那还有没有另外的优化方案呢？
并行优化
比起一直在一块CPU上加晶体管，我们还可以多加几块CPU来并行提升计算性能，比如计算1+2+3+...+100=???，这个问题，就可以简单的分成5个人分段计算一部分，然后汇总，也是能提高性能的。
但是并行计算也是有条件的：
- 本身任务可以分解
- 确保可汇总
- 最后的汇总阶段还是得一步一步来
这里有个定律，阿姆达尔定律：
可以看到不受影响的执行时间限制了并行优化的效果。最后还是有无法优化的问题，极限的极限，不够完美，计算机的本质就是效率的提升，怎么能允许这种不完美！！聪明的程序员会想，在这种堆硬件的方式已经不能很好的提升性能了，那还有没有其他的办法呢？
当然有，还有一些其他方面提升性能的方法：
- 加速大概率事件，就是预先加载，或者是缓存经常执行的代码。
- 通过流水线提高性能，就是把能分步骤精细化，比如说并发编程。
- 通过预测提高性能，猜测下一步要做什么，提前运算。
以后我们会再聊一聊这三个方法。
总结
高频和多核是硬件方面提升性能的方式，也都有应该面对的极限。
计算机真的是追求完美啊，总是在面对极限的极限，不停的想办法，不断的寻求突破，我们的人生也应该如此，不断的进取啊！！
