都在罵iPhone降頻 其實電腦早已見怪不怪
最近網絡上到處都在批判蘋果強制舊iPhone降頻造成系統卡頓,但有多少人是了解其中原委,又有多少人是肆意跟風呢?
電池老化導致處理器降頻、繼而導致系統卡頓,這個過程本身其實不賴蘋果。
電池老化衰退之后,無法持續提供峰值電流來保證處理器處于高頻率運行狀態,進而影響系統流暢性,這本身是一個物理問題、也是一個物理規律。在電池技術沒有本質性突破之前,包括蘋果、包括各大安卓手機、包括各種平板電腦、智能穿戴設備等等與電池有關的設備,都逃脫不了這樣的宿命。物理規律面前,誰都無法獨善其身。
至于某位大言不慚說自家老手機運行不卡頓的大佬,還是需要注意一下不要挑戰網友們的智商,免得引火燒身。

處理器降頻這件事,不僅僅只有iPhone或各類安卓機會遇到。其實對于PC產品來說,處理器、顯卡降頻早已成為常態。那么處理器、顯卡這些高功耗部件為什么會降頻?為什么同樣是降頻,電腦卻并未像iPhone處理器降頻帶來的卡頓那樣明顯呢?
今天我們就圍繞這些話題,來聊聊處理器降頻這件事。
降頻到底是咋回事?
對PC有所了解的朋友一定或多或少都聽說過“降頻”、“溫度墻”這些術語。相對于蘋果這種偷偷摸摸將強制降頻列為所謂的硬件保護功能的做法來說,筆記本廠商們雖然也不會在產品說明書中明確有關于“降頻”的聲明或介紹,但一般來說并不避諱談及這件事情。
因為對于處理器而言,降頻是有效保護CPU或GPU的手段。在遇到災難性的高溫之時,可以保證硬件不被燒毀,避免造成更大的損失。

降頻降出藝術氣息的也是不多見(紅框內的紅色波動體現了處理器降頻狀態)
因此筆者還是想強調一點,關于“處理器降頻導致系統卡頓”這件事,大家不必一味的謾罵蘋果,因為這是技術的問題、是物理問題,暫時還沒有更好的解決方法。
那么說回到處理器降頻這件事,其實PC處理器降頻與手機處理器降頻有一定的區別。
PC處理器降頻一般是因為遇到高負載應用,使處理器長時間運行在高溫環境中,這時候通過降頻來縮減功耗,從而對處理器形成保護。
而手機處理器降頻,或者說是iPhone處理器降頻,本質上是因為電池老化衰減,不能持續提供穩定峰值電流所致。所以二者還是有一定區別的。
那么電腦CPU降頻的原理是什么呢?
首先要了解一個半導體芯片領域的常用術語——浴缸曲線,也叫U形曲線。
與很多產品不一樣,半導體芯片生產出來之后其實并不能馬上就投入到設備中去使用,而是需要在出廠前通過老化測試篩選其中的良品之后,才能真正放到電腦中去用。如下圖所示:

U形曲線
a階段為早期故障率階段。在這個階段,廠商會針對生產出來的全新處理器(半導體芯片)做短時高溫、高電壓環境的老化測試,如果在這個階段出現問題,那么這些處理器將被舍棄,而只有通過這個階段測試的處理器,才能夠正式出廠并被使用到電腦當中。
b階段為穩定狀態階段。在這個階段,處理器一般會長時間處于穩定期,這期間發生故障的幾率非常低。而這個時間大約為3年,所以一般處理器的質保期都是3年,一方面說明3年內出現問題的概率很小,另一方面也說明一顆處理器3年之后出現問題的概率會大大增加。
也就是U形曲線中的C階段,即損耗階段。這個階段代表內在損耗機制開始居主導地位,故障率開始呈指數上升。

能夠投入使用的CPU其實都可以說不是全新的CPU了
不過對于半導體芯片研發工程師來說,他們并不希望去放任處理器快速損耗。因此,建立溫度監控系統就是必須要解決的問題。早期半導體芯片溫度監控一般通過熱敏電阻、熱電偶等元器件解決,但是這些元器件個頭都比較大,很難與CPU或GPU芯片緊密貼合,這使得溫度監控的數值不夠精確,甚至能達到15℃到30℃左右的溫差,這顯然不是一個監控系統所能忍受的偏差。
基于此,英特爾從奔騰II和賽揚開始,為處理器植入了熱敏二極管(Thermal Diode),官方對這種監控系統命名為DTS,即Digital Thermal Sensor。將二極管這種非常微小的元件直接植入到CPU芯片之中,能夠將CPU溫度監控準確性提升到極高的水準。
僅有監控系統當然不夠,因此英特爾為處理器集成了溫度控制電路TCC,即Thermal Control Circuit,它能夠自主控制CPU的溫度。同時,為了保證處理器在***額定功率(TDP)下正常運行,英特爾還為處理器設定了***額定核心溫度,在DTS溫度超過CPU額定***核心溫度時,會觸發PROCHOT#信號,并通過減慢CPU運算速度,也就是降低頻率,來達到降溫目的。
此外,從Sandy Bridge平臺開始,為了達到更好的控制整機溫度以及功率保護的目的。英特爾引入了名為“BD PROCHOT”的全新技術。BD PROCHOT可以說是專為筆記本電腦量身定制的技術,簡單解釋就是它會在CPU和GPU的溫度、功耗明顯升高時優先降低CPU的頻率,以達到控制整機溫度以及功率保護的目的。
這項技術的初衷,或許是為了防止筆記本過熱造成硬件損傷。并且在平衡CPU與GPU的重要性時,為了保證游戲性能選擇先對CPU進行降頻。但在實際應用中會發現,由于游戲對于CPU的性能依賴也非常嚴重,因此CPU降頻會造成游戲幀數的極速下降,也會造成電腦系統、軟件的卡頓。
可見在CPU降頻這件事上,真正詮釋了什么叫做“有得必有失”。
降頻對實際應用的影響
“iPhone降頻門”事件之所以引起軒然大波,一方面是蘋果樹大招風所致,另一方面則是每一個iPhone用戶對此都有切身體會。最明顯的就是老手機變得越來越卡頓,尤其是在升級新系統或電池電量低的時候,卡頓感更加明顯。
而PC處理器降頻為何沒有引起這么大的波瀾呢?
其實在大多數情況下,PC處理器降頻不會太明顯的讓系統或軟件運行速度變慢。比如即便筆記本電腦拔掉電源,其所配置的30-50Wh容量的鋰電池也能夠提供足夠的電量供處理器在較高頻率下運行。

筆記本電腦采用的電池容量更大,供電更加穩定,降頻現象很少發生
另外,其實PC處理器強制降頻并不是普遍現象,同時也不會因為電池老化而凸顯出來。比如我們今天評測過的大概近百款產品中,真正有降頻現象發生的產品數量不到十款,比例還是比較小的。
而且一般來說,PC處理器降頻只存在于那些散熱設計有問題的游戲本或輕薄本中。臺式機以及散熱設計沒有大問題的筆記本電腦,如果不是因特殊情況使處理器達到極高的溫度的話,是很少或根本不會出現降頻現象的。
因此,相對于老iPhone近些年來普遍出現運行卡頓的現象,同時又被GeekBench大佬以實錘數據正面硬懟。PC處理器降頻其實是一個相對不太普遍,且不易被用戶察覺的問題。
不過,處理器降頻對于實際應用的影響到底有多大呢?我們不妨通過一些實際的測試數據來進行驗證。
首先要說明的一點是,對于電腦來說,不僅處理器會出現降頻的情況,顯卡同樣會出現降頻。不過由于處理器或顯卡降頻并不具有普遍性,所以用戶在購買電腦之后,可以用軟件來查看一下是否存在降頻情況。
我們在測試中所使用的軟件為Furmark與AIDA 64,在開啟AIDA 64的“系統穩定性測試”以及Furmark拷機測試一段時間之后,就可以看出處理器或顯卡是否出現降頻。如下面兩張截圖所示:

處理器未降頻頻率為2.4GHz

處理器過熱降頻之后頻率為1.4GHz
這是我們以往在產品測試過程中遇到的一臺處理器降頻筆記本電腦。其處理器正常工作下的頻率為2.4GHz,但是當觸及溫度墻之后,頻率會降低到1.4GHz左右運行。此時,它對于系統或普通軟件的運行流暢度理論上會有影響,但一般來說由于固態硬盤速度的加成,用戶很難感覺到其運行速度變慢。
不過,如果此時用戶是在玩游戲的話,那么卡頓感、以及因頻率降低而產生的丟幀現象,就會非常明顯了。下面是我們當時測試這款機器時,降頻對游戲幀數的影響:

未降頻時,流暢度30fps

降頻之后,流暢度17fps
通過上面兩幅圖可以看出,在未降頻時游戲可以穩定在30幀左右運行,但是在CPU超過溫度墻閾值70℃后,CPU降頻至1.4Ghz,同時游戲也瞬間降至17幀左右,造成了游戲的明顯卡頓。
最近我們在評測過程中也遇到了一款類似的產品,不過與早些年我們遇到的這款產品所不同的地方在于,近期遇到的這款產品不是處理器降頻,而是顯卡降頻,其對游戲的影響更加明顯:

測試過程中出現顯卡降頻,使得游戲流暢度大幅下降
gif圖可能看不太清楚,筆者大概解釋一下。左上角白色數字為幀率監測。大家可以看到正常情況下游戲流暢度在100fps左右,但是當顯卡過熱出現降頻情況之后,游戲畫面幀數迅速降至40fps左右,影響了整體的游戲體驗。
此外,英特爾第八代酷睿處理器由于升級了四核心,雖然額定功耗未變,但增加的兩個核心還是對散熱設計形成了新的挑戰。因此一些筆記本廠商會將八代酷睿的頻率做些許限制,而限制頻率會產生怎樣的性能差異呢?來看下面兩張圖:

“滿血版”酷睿i7 8550U處理器跑分

存在降頻問題的酷睿i7 8550U處理器跑分
同為酷睿i7 8550U四核八線程處理器,“滿血版”跑分多核可以達到666cb,而存在降頻的酷睿i7 8550U處理器多核跑分普遍在540-600分之間,理論性能差異還是非常明顯的。
從過去以及現在的測試來看,處理器與顯卡降頻對電腦性能影響相對還是比較明顯的,但是由于電腦硬件性能的影響因素不僅僅只在于處理器和顯卡,因此大多數情況下,處理器、顯卡降頻對實際用戶體驗的影響并不像iPhone那么明顯。
如何面對降頻問題
降頻帶來的系統卡頓,對于iPhone手機和iPhone用戶的普遍性是電腦難以企及的。目前,iPhone降頻的通用解決方法只有更換電池這一條路徑。因為iPhone處理器降頻的源頭來自于電池衰減無法持續提供峰值電流,因此當你覺得手中的iPhone越來越卡時,不妨買一塊第三方電池進行更換,這樣至少可以在一段時間內保證手機有更加流暢的運行體驗。

更換電池可以緩解iPhone降頻卡頓問題
不過歸根到底,處理器降頻是一個物理問題,在現有技術(包括半導體芯片技術、電池技術等)沒有本質性突破的情況下,換新依然是大多數人的選擇。
對于PC用戶來說,處理器或顯卡降頻的根源并非電池衰減,而是運行溫度過高,觸及了溫度墻所引發的硬件自我保護機制。因此,我們不必對正常的處理器或顯卡降頻抱以不解甚至懷疑,畢竟相對于徹底損壞一臺電腦來說,處理器運行速度慢一些總歸還是更好的選擇。
不過我們同樣也不能忽視這其中存在的一些問題。比如有些產品在發熱量還未觸及溫度墻的情況下,被廠商強制設定成降頻狀態;亦或是有些廠商為了保證機器運行的流暢性,而默認處理器可以持續運行在高溫環境下也不會觸及溫度墻限制。這兩種做法對于用戶、對于產品、甚至是對于廠商自己而言,都是不負責任的表現,并不可取。
小貼士:電腦降頻如何解決?
iPhone降頻可以通過更換電池暫時解決問題,那么筆記本電腦降頻該如何解決呢?文章***,我們給大家支一招。
如果購買的筆記本電腦不幸遇到頻繁降頻的問題,且確定不是因為溫度過高而引起的非頻繁降頻,那么你可以選擇使用ThrottleStop這款軟件來解決降頻問題。這款軟件的主要功能為監視CPU狀態以及鎖定CPU頻率等功能。
筆記本電腦BIOS不像臺式機那么開放,處理器頻率一般是不能夠自主去調整的。不過使用ThrottleStop軟件的鎖定頻率功能之后,就能夠解決降頻的問題。

ThrottleStop
一般來說,想要通過ThrottleStop解決降頻問題,只要把界面上BD PROCHOT前面的勾去掉就可以了。畢竟筆記本電腦降頻的主要原因就是觸發了溫度墻。
不過有時候即便去掉BD PROCHOT前面的勾也沒用,這時候就需要通過手動鎖定CPU頻率來解決降頻問題了。
具體的設定步驟就不在這里贅述了,這也不是我們今天文章的重點。另外ThrottleStop的界面設計簡潔明了,稍微研究一下就知道如何鎖定頻率了。