睿频：榨干CPU所有的潜力（CPU电源管理系列）

2核，4核，8核，16核。。。核竞赛硝烟弥漫，各个芯片厂商摩拳擦掌，不停的向CPU中塞入更多的内核。吃瓜群众越来越疑惑，“为什么我就不能做个安静的美男子，那么多核我用的上吗？”。本番外篇为你介绍Intel提高单线程处理能力的利器：睿频技术。

原理篇

2核，4核，8核，16核。。。核竞赛硝烟弥漫。我们都知道操作系统调度的最小单位是线程（Thread），我们要使用这么多内核，必须对应用程序作出极大优化，将任务并行化处理交给不同线程。任务并行化有很大的难度，稍不小心就会造成死锁，调试起来也相当麻烦。事实上现在很多应用程序和游戏，在大多数情况下都是只有一个线程在运行，在个别内核极度繁忙时，其他内核却无事可做，可谓忙的忙死，闲的闲死。如何才能把闲置资源调动起来，让这个内核处理速度加快呢？

还是举我们在Cstates文章中的那个例子。想象一下，我们的那个有八个大车间的新工厂，厂房干净漂亮，传送带笔直干净，各个厂房之间有宽阔的道路，到处照明充足。这次我们有了上次的经验，在需求不足时关闭不用的车间，节省了电力。但是这次我们有了新的烦恼：有些产品只能在特定的车间组装，而这些产品需求量非常大，简直是供不应求。看着工厂各处忙闲不均，你陷入了沉思，如何才能利用起来空闲的产能呢？你灵机一动，你找人安装了一套电力转换器，可以随意调度各个车间的电力分配，并给生产机器人也加入了超频装置。这样你把空闲车间的电力转入这个忙碌车间，新注入的电力让生产线加速运转，机器人也像打了鸡血般疯狂运行，产出快多了！你一边盘算着年底的加薪，一边小心控制着电力注入，毕竟变电器爆掉或者产线过热着火就得不偿失了。睿频几乎也是一样的道理。

历史

一个提高CPU主频的办法就是超频。热管，水冷，甚至液氮都向CPU上面招呼，各个论坛上超频爱好者们都在讨论如果榨出CPU所有的潜力，超频也是不少主板厂商的卖点。但是超频要适可而止，当水冷系统忽然坏掉，你的CPU和主板变成一堆昂贵的砖头，就欲哭无泪了。Intel一直在研究如何能在CPU运转不超过TDP （Thermal Design Power，散热设计功耗）的情况下，提高CPU主频。睿频（Intel Turbo Boost ）技术随之诞生，有人叫它“官超”（很不准确）。

1. 睿频1.0

第一代睿频，在Nehalem 引入。核心功能是当部分内核空闲，进入CStates。内置的电能控制模块会把它们的电力转入忙碌内核，提高他们的电压和频率，使之超过标称主频，一般都有超过10%-20%的加速效果。这样做的前提是整体功耗不超过TDP。如下图：

2. 睿频2.0

在Sandy Bridge 引入。在这一代，主要的提高是将GPU也纳入了整体调节范围，在GPU不太忙碌的情况下，其电能也会被转入忙碌内核，反之亦然。另外一个很重要的改进是不再受TDP的硬约束，可以短暂的超过TDP运行，直到温度传感器达到特定阈值才缓慢回落。这样可以更好地处理突发任务。新加入的功能带来了复杂性，Intel也提供了应用程序方便用户查看状态，后文有详细介绍。

3. 睿频MAX 3.0

在Skylake引入。主要是识别处理器中速度最快的内核，并将最关键的任务引导至此，进而达到最佳化的效能。必须要指出它不是睿频2.0的替代品，它旨在提供灵活性和弹性，让处理器发挥更大效能。它的实现比较复杂，需要安装特别的驱动程序和软件，BIOS也需要做不少改动。它不在本文的讨论范围里。

以上都可以在Intel的官网上找到相应资料和软件，大家可以自行搜索睿频即可。

实现

除去睿频 MAX 3.0外，睿频2.0和1.0都不需要安装特殊的驱动程序，OS只要支持EIST (Pstates)即可，它对OS是透明的。如前文介绍EIST中报告Pstate时说明的，我们在支持睿频时需要将P0留给Turbo Mode也就是睿频模式使用。CPU在睿频打开时，在收到进入P0的请求后，会自动根据算法将进入Cstate的内核的电力转移到P0的内核上，加压和提高频率。

这里需要指出的是在Sandy Bridge 之前，单个处理器内所有的内核都是在一个ACPI的Power Domain里，意味着睿频要工作，内核要不在P0，要不在Cstate，没有中间状态。