科普：為什么電腦和手機(jī)用久了越來越慢

電腦和手機(jī)用久了，都會(huì)越來越慢。“電腦老舊了。”大家都是這樣認(rèn)為的。就像人一出生就無可避免的滑向命運(yùn)的終點(diǎn)，兒時(shí)的玩具會(huì)隨著我們長大而變舊和破損，CPU作為手機(jī)和電腦的心臟和大腦，會(huì)不會(huì)隨著我們使用而越來越慢，進(jìn)而完全停止工作呢?相信我們很多人在腦海中偶爾會(huì)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(shù)半導(dǎo)體設(shè)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(shí)間為x軸，y軸為失效率。

失效率曲線

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

紅色的直線叫做隨機(jī)失效期(Random Failures)，它是質(zhì)量缺陷、材料弱點(diǎn)、環(huán)境和使用不當(dāng)?shù)纫蛩匾鸬摹Ｋ莻€(gè)常數(shù)，它在CPU整個(gè)生命周期是個(gè)常數(shù)。

綠色曲線是耗損失效期(Wear-out)，它在前期極低，后期開始錯(cuò)誤后極具提高。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(xiàn)兩頭高，中間低的特征，形狀像個(gè)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(diǎn)，表現(xiàn)在開始時(shí)故障率很高，如果沒有問題，則可以穩(wěn)定工作很久，到最后開始老化失效，故障率急劇升高。

老化(Burn-in)

許多人看到這里都會(huì)大吃一驚：“什么，CPU早期失效率這么高?是不是我剛買的CPU馬上就要壞了?”CPU制造廠商并不希望大規(guī)模的退貨發(fā)生，畢竟所有CPU至少都有3年的質(zhì)保期。CPU廠商會(huì)封測期間，把CPU放入高溫的環(huán)境下洗個(gè)澡(heat soaking)，并加上高壓。這樣幾個(gè)小時(shí)就相當(dāng)于過了好幾周。在把CPU拿出來測試，不好的淘汰掉，好的就可以進(jìn)入浴缸曲線的底部穩(wěn)定期，才能出貨。這個(gè)工序叫做老化(Burn-in)。

這樣挑選后CPU直接跳過早期失效期，進(jìn)入了穩(wěn)定期。大家的CPU才會(huì)有3年質(zhì)保。

3年之后呢，CPU會(huì)降速嗎?

就像超市里的牛奶寫的保質(zhì)期3天，實(shí)際上5天之后大多數(shù)牛奶還是可以喝的一樣。3年質(zhì)保只是最小值，實(shí)際上大部分CPU用上7年以上都是沒有問題的。那么多年后進(jìn)入耗損失效期(Wear-out)后CPU會(huì)怎么樣呢?首先，CPU的速度是恒定的，都是一個(gè)基頻乘以一個(gè)比例(Ratio)出來的。基頻現(xiàn)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(gè)生命期是不變的，從而CPU運(yùn)算速度是不變的。Wear out的后果是出錯(cuò)而不是降頻，而很多種出錯(cuò)都會(huì)被CPU的錯(cuò)誤檢測發(fā)現(xiàn)并報(bào)告或者糾正，詳情請(qǐng)參閱我的知乎專欄的另一篇文章計(jì)算機(jī)硬件出錯(cuò)了會(huì)發(fā)生什么?，如果發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)，就是CPU開始進(jìn)入失效期，以后錯(cuò)誤會(huì)越來越多。

CPU為什么會(huì)失效?

實(shí)際上CPU失效的原因有好幾個(gè)，我們今后會(huì)專門撰文介紹。它們的統(tǒng)一特點(diǎn)就是高溫高電壓會(huì)加速失效。

粉色的曲線是高溫曲線，黃色是正常溫度，而藍(lán)色則是配備了好的散熱系統(tǒng)。可以看出高溫和高電壓嚴(yán)重影響了CPU的失效率。這也是為什么超頻后不再享受質(zhì)保的原因。

結(jié)論

CPU使用長了并不會(huì)降頻，如果我們把電腦和手機(jī)變慢的罪魁禍?zhǔn)讱w咎于CPU，那真是錯(cuò)怪它了。那么為什么電腦手機(jī)會(huì)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(fēng)扇臟了，轉(zhuǎn)速慢了，造成溫度過高而降頻;或者SSD的空間滿了/沒有啟動(dòng)Trim造成速度極大降低等等。

標(biāo)簽： 電腦和手機(jī)用久 越來越慢 老化失效