科普：为什么电脑和手机用久了越来越慢

电脑和手机用久了，都会越来越慢。“电脑老旧了。”大家都是这样认为的。就像人一出生就无可避免的滑向命运的终点，儿时的玩具会随着我们长大而变旧和破损，CPU作为手机和电脑的心脏和大脑，会不会随着我们使用而越来越慢，进而完全停止工作呢?相信我们很多人在脑海中偶尔会飘过类似的疑问。这是真的吗?我们先来看看CPU的寿命是如何决定的。

浴缸曲线模型(Bathtub Curve Model)

和大多数半导体设备一样，CPU的可靠性我们可以通过失效率来衡量。如果我们以时间为x轴，y轴为失效率。

失效率曲线

蓝色的曲线叫做早期失效期(Infant Mortality)，表明CPU在开始使用时,失效率很高,但随着产品工作时间的增加,失效率迅速降低。它的原因是由于制造和原材料带来的缺陷。

红色的直线叫做随机失效期(Random Failures)，它是质量缺陷、材料弱点、环境和使用不当等因素引起的。它是个常数，它在CPU整个生命周期是个常数。

绿色曲线是耗损失效期(Wear-out)，它在前期极低，后期开始错误后极具提高。是老化失效的原因。

综合上面三种曲线，综合失效率是紫色曲线，它呈现两头高，中间低的特征，形状像个浴缸，我们把它叫做浴缸曲线(Bathtub)模型。CPU在生命周期中的这种特点，表现在开始时故障率很高，如果没有问题，则可以稳定工作很久，到最后开始老化失效，故障率急剧升高。

老化(Burn-in)

许多人看到这里都会大吃一惊：“什么，CPU早期失效率这么高?是不是我刚买的CPU马上就要坏了?”CPU制造厂商并不希望大规模的退货发生，毕竟所有CPU至少都有3年的质保期。CPU厂商会封测期间，把CPU放入高温的环境下洗个澡(heat soaking)，并加上高压。这样几个小时就相当于过了好几周。在把CPU拿出来测试，不好的淘汰掉，好的就可以进入浴缸曲线的底部稳定期，才能出货。这个工序叫做老化(Burn-in)。

这样挑选后CPU直接跳过早期失效期，进入了稳定期。大家的CPU才会有3年质保。

3年之后呢，CPU会降速吗?

就像超市里的牛奶写的保质期3天，实际上5天之后大多数牛奶还是可以喝的一样。3年质保只是最小值，实际上大部分CPU用上7年以上都是没有问题的。那么多年后进入耗损失效期(Wear-out)后CPU会怎么样呢?首先，CPU的速度是恒定的，都是一个基频乘以一个比例(Ratio)出来的。基频现在Intel CPU一般是100MHz，我们用的3G CPU，Ratio就是30，下来刚好3GHz。而基频和Ratio在整个生命期是不变的，从而CPU运算速度是不变的。Wear out的后果是出错而不是降频，而很多种出错都会被CPU的错误检测发现并报告或者纠正，详情请参阅我的知乎专栏的另一篇文章计算机硬件出错了会发生什么?，如果发现出错，就是CPU开始进入失效期，以后错误会越来越多。

CPU为什么会失效?

实际上CPU失效的原因有好几个，我们今后会专门撰文介绍。它们的统一特点就是高温高电压会加速失效。

粉色的曲线是高温曲线，黄色是正常温度，而蓝色则是配备了好的散热系统。可以看出高温和高电压严重影响了CPU的失效率。这也是为什么超频后不再享受质保的原因。

结论

CPU使用长了并不会降频，如果我们把电脑和手机变慢的罪魁祸首归咎于CPU，那真是错怪它了。那么为什么电脑手机会越用越慢呢?原因很多，软件原因是安装软件越来越多等等;硬件原因也许就是风扇脏了，转速慢了，造成温度过高而降频;或者SSD的空间满了/没有启动Trim造成速度极大降低等等。

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