CPU能用多久?會不會因為老化而變慢?

CPU能用多久?會不會因為老化而變慢?

電腦和手機用久瞭,都會越來越慢。“電腦老舊瞭。”大傢都是這樣認為的。就像人一出生就無可避免的滑向命運的終點,兒時的玩具會隨著我們長大而變舊和破損,CPU作為手機和電腦的心臟和大腦,會不會隨著我們使用而越來越慢,進而完全停止工作呢?相信我們很多人在腦海中偶爾會飄過類似的疑問。這是真的嗎?我們先來看看CPU的壽命是如何決定的。

浴缸曲線模型(Bathtub Curve Model)

和大多數半導體設備一樣,CPU的可靠性我們可以通過失效率來衡量。如果我們以時間為x軸,y軸為失效率。CPU的失效率曲線如下:

CPU能用多久?會不會因為老化而變慢?

失效率曲線

藍色的曲線叫做早期失效期(Infant Mortality),表明CPU在開始使用時,失效率很高,但隨著產品工作時間的增加,失效率迅速降低。它的原因是由於制造和原材料帶來的缺陷。

紅色的直線叫做隨機失效期(Random Failures),它是質量缺陷、材料弱點、環境和使用不當等因素引起的。它是個常數,它在CPU整個生命周期是個常數。

綠色曲線是耗損失效期(Wear-out),它在前期極低,後期開始錯誤後極具提高。是老化失效的原因。

綜合上面三種曲線,綜合失效率是紫色曲線,它呈現兩頭高,中間低的特征,形狀像個浴缸,我們把它叫做浴缸曲線(Bathtub)模型。CPU在生命周期中的這種特點,表現在開始時故障率很高,如果沒有問題,則可以穩定工作很久,到最後開始老化失效,故障率急劇升高。

老化(Burn-in)

許多人看到這裡都會大吃一驚:“什麼,CPU早期失效率這麼高?是不是我剛買的CPU馬上就要壞瞭?”CPU制造廠商並不希望大規模的退貨發生,畢竟所有CPU至少都有3年的質保期。CPU廠商會封測期間,把CPU放入高溫的環境下洗個澡(heat soaking),並加上高壓。這樣幾個小時就相當於過瞭好幾周。在把CPU拿出來測試,不好的淘汰掉,好的就可以進入浴缸曲線的底部穩定期,才能出貨。這個工序叫做老化(Burn-in)。如圖:

CPU能用多久?會不會因為老化而變慢?

這樣挑選後CPU直接跳過早期失效期,進入瞭穩定期。大傢的CPU才會有3年質保。

3年之後呢,CPU會降速嗎?

就像超市裡的牛奶寫的保質期3天,實際上5天之後大多數牛奶還是可以喝的一樣。3年質保隻是最小值,實際上大部分CPU用上7年以上都是沒有問題的。那麼多年後進入耗損失效期(Wear-out)後CPU會怎麼樣呢?首先,CPU的速度是恒定的,都是一個基頻乘以一個比例(Ratio)出來的。基頻現在Intel CPU一般是100MHz,我們用的3G CPU,Ratio就是30,下來剛好3GHz。而基頻和Ratio在整個生命期是不變的,從而CPU運算速度是不變的。Wear out的後果是出錯而不是降頻,而很多種出錯都會被CPU的錯誤檢測發現並報告或者糾正,詳情請參閱我的知乎專欄的另一篇文章計算機硬件出錯瞭會發生什麼?,如果發現出錯,就是CPU開始進入失效期,以後錯誤會越來越多。

CPU為什麼會失效?

實際上CPU失效的原因有好幾個,我們今後會專門撰文介紹。它們的統一特點就是高溫高電壓會加速失效。如圖:

CPU能用多久?會不會因為老化而變慢?

失效與電壓的關系(來源anandtech)

粉色的曲線是高溫曲線,黃色是正常溫度,而藍色則是配備瞭好的散熱系統。可以看出高溫和高電壓嚴重影響瞭CPU的失效率。這也是為什麼超頻後不再享受質保的原因。

結論

CPU使用長瞭並不會降頻,如果我們把電腦和手機變慢的罪魁禍首歸咎於CPU,那真是錯怪它瞭。那麼為什麼電腦手機會越用越慢呢?原因很多,軟件原因是安裝軟件越來越多等等;硬件原因也許就是風扇臟瞭,轉速慢瞭,造成溫度過高而降頻;或者SSD的空間滿瞭/沒有啟動Trim造成速度極大降低等等。

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