? ? 做各類仿真工作，硬件條件是最基礎的部分。如今主流仿真應用（結構有限元、流體CFD等）是基于CPU運行的，因此CPU的性能直接決定了仿真求解速度。本文就自身的理解，簡單講述CPU選型的幾個基本原則。

1 架構與制程

? ? 基本原則：買新不買舊，一定要選發布時間較近的CPU，可以多考慮AMD的產品。

? ? 架構（architecture）是硬件的基本設計框架，直接決定了CPU的整體性能。和架構相關的另一個概念叫制程（fabrication process），表示了芯片內電路之間的間距。

? ? 通常而言，新架構會采用更先進制程，會比使用不那么先進制程的舊架構更優秀，因此可實現更強大的性能。制程則數字越低越好，例如7nm制程比14nm制程好。

? ? 近幾年AMD和英特爾的架構、制程信息總結如下，格式：年份/架構名/制程/產品舉例。規劃中的產品線信息根據近期的新聞總結。

AMD：

2019?/?Zen 2 / 7nm /?Ryzen 9 3950X

2020?/?Zen 3 / 7nm /?Ryzen 9 5950X

2022?/?Zen 4?/ 5nm /?Ryzen 9 7950X

規劃中：2024 / Zen 5 / 3nm /?

英特爾：

2020?/ Comet Lake / 14nm / i9 - 10900

2021?/ Rocket Lake / 14nm / i9 - 11900

2021?/ Alder Lake / 10nm / i9 - 12900

2022?/ Raptor Lake / 10nm /?i9 - 13900

規劃中：2024?/?Meteor Lake / 7nm

2 核心數與頻率

2.1 運行頻率

? ? 對于同一架構的CPU，頻率決定了單核心性能。CPU的頻率包括基準頻率和最大加速頻率兩類，其中，基準頻率是指空載狀態下的CPU頻率，最大加速頻率是指滿載運行下可以實現的最大運行頻率。頻率要求為越高越好。

2.2 核心數和線程的關系

? ? 關于核心數問題，涉及核心線程的概念。利用超線程技術將一個CPU核心虛擬化為兩個線程，可極大的方便操作系統進行硬件資源調度。但是超線程技術不會實際增加算力。操作系統分配CPU資源是按照線程進行分配，而不是核心。

? ? 類比舉例，CPU算力資源是一大碗菜，每個需要CPU的程序是夾菜的人，超線程技術則將菜（CPU算力）均分為兩小碗（一個核心虛擬化為兩個線程），當多人吃菜（多個程序搶CPU資源）時，更容易將菜分配給每個吃菜的人（算力根據程序需求進行分配）。

? ? 在仿真軟件的求解設置界面中，設置的調用核心數應該基于線程數，而非CPU核心數。應用程序不可能越過操作系統直接調度硬件資源。

? ? 任務管理器中顯示的CPU信息如圖，核心（cores）數量8，線程（logical processor）數量16。在仿真軟件的求解計算設置界面中，調用核心數輸入16才能使CPU滿載運行；輸入8只能使一半核心滿載，一半核心空載。

2.3 核心數選型原則

? ? 核心數選擇根據主要應用場景決定。所有程序都會出現核心數增加后并行效率惡化的趨勢，因此無限制的增加CPU核心數并不能顯著降低求解的時間。其惡化趨勢如圖所示。

? ? 對于并行加速效率較差的軟件（例如各類基于有限元法的軟件，包括ANSYS、Abaqus、HyperWorks、COMSOL等），可以考慮采用核心數中等，但是運行頻率很高的型號，例如AMD線程撕裂者Pro 5965WX（24核心48線程，基準頻率3.8GHz，最高加速頻率4.5GHz）。由于程序本身的并行效率較差，因此進一步增加核心數量對于節約計算時間意義不大。

? ??對于并行加速效率極佳的軟件（例如基于有限體積法的Fluent、Star-CCM+，基于離散元法的EDEM等），可以考慮使用核心數更多的型號，至于單核心的頻率則可以不要求太高，例如AMD線程撕裂者Pro 5995WX（64核心128線程）。

3 CPU類型

? ? 仿真的CPU主要采用桌面CPU或服務器CPU，很少見筆記本的移動端CPU。而且通常筆記本電腦無論硬件算力還是散熱條件，都難以運行復雜的仿真項目。

? ? 對于同時代的CPU，因為實際上采用相同架構，因此兩類CPU單核心的性能本身差異并不大。甚至部分服務器CPU因為可靠性需求而限制了頻率，實際性能反而不如桌面CPU。服務器和桌面CPU，更多的差距在于兩者在其他硬件的支持能力不同。部分服務器CPU型號支持多CPU擴展、大容量內存等，可適用于非常復雜的仿真問題。

3 CPU性能參考標準

? ? CPU性能對比，可直接參考性能測試軟件（performance benchmark software）的評分。整體而言，測試軟件評分更高的CPU，其性能更強。不同性能測試軟件的測試方法、打分標準等均不同，且側重于不同的應用場景，因此需要參考多方性能測試數據做綜合對比，且詳細比較同一測試軟件中不同項目的測試結果。

對于仿真應用，可推薦的測試程序：

Geekbench（官網：browser.geekbench.com）

PassMark（官網：www.cpubenchmark.net）

4 其他注意事項

4.1 電源系統搭配

? ? 電源如果供電功率不足或者供電質量太差（例如輸出到主板的電壓不穩定）會嚴重影響各設備的正常運行，甚至導致莫名其妙的死機等問題。電源輸出功率要留有一定量余量，方便后續的硬件升級（如更換顯卡、增加內存等）

4.2 散熱系統搭配

? ? 良好的散熱是硬件充分發揮性能的必備條件。散熱不佳會導致系統通過降頻甚至強制關機斷電等辦法保護硬件。如果安裝空間等條件足夠，建議使用水冷系統，可以承載更大的散熱負荷。與此同時，散熱系統需要定期做維護保養，包括清理內部積灰、加注導熱硅脂等，建議對散熱系統做維護頻率至少一年一次。

4.3 軟件問題

? ? 保持應用程序、操作系統、驅動程序、BIOS等軟件部分的更新升級，使軟件能夠充分發揮硬件性能。特別是仿真軟件本身，各個主要開發商均把提升并行效率，在更多核心數下可實現高效并行作為功能優化方向之一。

? ? 如果不存在VMWare之類必須開啟超線程才能運行的程序，可建議將超線程在BIOS設置為關閉。關閉后，一個CPU核心等同于一個線程，因此實現同樣的算力，可使用更少的核心數，提升并行效率。

? ? 關閉超線程提升并行效率的方法不適用于英特爾酷睿系列的12代及后續型號。原因在于，此方法的前提是每個CPU核心算力是相同的。酷睿系列的12代及后續型號采用大小核架構，僅大核（性能核）支持超線程，小核（效能核）不支持超線程，而且大核小核之間的算力差異巨大。

參考：

AMD產品手冊?www.amd.com/en/products/specifications

英特爾產品手冊?ark.intel.com/content/www/us/en/ark.html#@Processors

總結

以上是生活随笔為你收集整理的仿真的硬件选型原则：CPU的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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