智能手機CPU讓桌面系統(tǒng)相形見絀

Lamont+Wood

最新的智能手機運行著令人眼花繚亂的多核處理器。

戰(zhàn)勝了苛刻的尺寸和功率限制，智能手機制造商所發(fā)揮出的聰明才智讓桌面系統(tǒng)望塵莫及?，F(xiàn)在的移動設備不僅具有多個內(nèi)核，而且是多種尺寸和類型的內(nèi)核。

高通的技術(shù)營銷經(jīng)理Cisco Cheng說，高通的旗艦驍龍820芯片系統(tǒng)（SoC）為移動設備提供了兩種類型的中央處理器。而且，它具有圖形、相機、傳感器、位置、外設、Wi-Fi、藍牙、信號、無線調(diào)制解調(diào)器和內(nèi)存處理器或者控制器等功能，每一功能都比CPU更有效地處理任務。（2016年11月，高通發(fā)布了其后續(xù)產(chǎn)品——驍龍835，增加了快速充電功能）。

由此產(chǎn)生的這類越來越強大的移動技術(shù)幾乎肯定會出現(xiàn)在桌面系統(tǒng)中——甚至可能與桌面系統(tǒng)融合。

移動場景

美國權(quán)威科技測評網(wǎng)站AnandTech的編輯Joshua Ho說：“多核智能手機的出現(xiàn)比多核桌面系統(tǒng)要晚一些，但很快就趕上了。桌面系統(tǒng)從單核發(fā)展到雙核花了幾年的時間，但在移動端，從2011年的三星Galaxy S II開始，只花了6個月到一年的時間?！?/p>

雖然桌面系統(tǒng)主要是由英特爾創(chuàng)立的x86處理器王朝所統(tǒng)治的，而移動設備則主要采用了由英國ARM控股公司設計的ARM處理器。（ARM最初是高級RISC機器的意思。它于2016年9月被東京軟銀跨國集團收購。）

獨立微型計算機顧問Jim Turley說：“移動環(huán)境之所以在ARM處理器上進行標準化，其原因是與桌面環(huán)境在Intel x86處理器上實現(xiàn)標準化相同。主要是營銷以及機會——對于ARM的情形，還有政治因素。ARM是英國公司，而第一個成功的手機制造商來自芬蘭和瑞典，因此選擇歐洲供應商還是會受到歡迎的。此外，ARM很高興為芯片設計提供許可，可以對其進行定制以適應小空間，并且在低功耗方面名聲不錯?！?/p>

與桌面環(huán)境的另一個巨大區(qū)別是，ARM不會制造其處理器，而是將其設計許可給組件和手機制造商。這些器件通常在第三方工廠制造。

IT調(diào)研公司Moor Insights&Strategy負責人Patrick Moorhead解釋說，許可證是授權(quán)人的一種主要業(yè)務模式?！霸谝苿宇I(lǐng)域，唯一這樣做的兩家是高通和蘋果。他們用ARM指令集構(gòu)建自己的架構(gòu)和處理器?！彼烙?，為了開發(fā)一個定制核心，需要投入大約2500萬美元和一年的工作量。

Moorhead說：“如果量足夠大，每片價格會更便宜，但市場風險也大?！彼赡苄枰荒甑臅r間才能面市，如果在此期間市場有變化，您將面臨損失。

下一環(huán)節(jié)是給具體的內(nèi)核許可通用設計。ARM會與被許可方合作，通過代工線在芯片系統(tǒng)上實現(xiàn)設計，并保證結(jié)果。Moorhead說，這樣做的前期成本較少，但由于較高的版稅和費用，單片成本最終可能會不止增加一倍。

ARM控股公司提供的資料顯示，該公司實際上至少有7個級別的許可選項。兩個最便宜的是學術(shù)和實驗者，不涉及商業(yè)化。接下來的4個是商業(yè)許可，包括增加與ARM的互動交流，增加知識訪問量，更高的許可費和投資，以及對許可持有者的限制更少。ARM是把頂層（第七層）作為架構(gòu)級，它涉及許可指令集。

資料表明，2016年秋季，ARM擁有1396個產(chǎn)生收益的許可持有者，其中20個在架構(gòu)級。

市場調(diào)研公司Creative Strategies的分析師Ben Bajarin說：“大多數(shù)超過600美元的旗艦智能手機使用了定制的ARM處理器，而低端產(chǎn)品使用通用ARM處理器。”他說：“高通和蘋果在技術(shù)上彼此有很大的差異，但二者都花時間去定制他們的架構(gòu)，最終產(chǎn)品比通用智能手機功能更強大，性能更好。”

為多核提供的big.LITTLE

ARM用于多核架構(gòu)的基本方法，稱之為big.LITTLE，它涉及兩類內(nèi)核，通常稱為大核和小核。大核是以最大速度運行前臺任務，而小核是以最大功率運行后臺任務。

ARM控股公司首席移動策略師James Bruce解釋道：“PC的多核x86處理器的內(nèi)核都是一樣的。ARM決定做一些不同的事情，提出了big.LITTLE的概念。它們是共享相同資源的兼容內(nèi)核，但一個組是為了效率而實現(xiàn)的，另一個是為了性能而實現(xiàn)的。這樣，可以調(diào)整CPU以滿足智能手機工作負載的需求?！?/p>

Bruce還說，較大的內(nèi)核具有分支預測和無序執(zhí)行等復雜功能，而較小的內(nèi)核是具有較少邏輯門的串行處理器，因此功耗較低。他們都運行相同的機器碼。對于八核，標準配置是四大和四小?！耙詢煞N方式實現(xiàn)相同的CPU，兩全其美。”

但是有很多方法來實現(xiàn)big.LITTLE。Cheng解釋說，高通在驍龍820上使用了兩個等級的處理器，它們除了具有不同的電路幾何形狀并以不同的速度運行之外，基本是相同的。當然，速度慢的功耗更低一些。

蘋果以堅持雙核設計而出名。Creative Strategies的Bajarin說：“蘋果的雙核設計通常勝過八核設計。這一切都歸功于設計質(zhì)量。他們利用定制的GPU和自己的軟件來提高用戶體驗?！?/p>

Linley Group分析師Linley Gwennap說：“但是許多智能手機廠商喜歡多核——只是因為他們出于營銷的目的。我們還知道，‘八在中國是一個非常幸運的數(shù)字，由于這個原因，八核手機最受歡迎，但這并沒有太多的技術(shù)優(yōu)勢?！?/p>

多核優(yōu)勢？

事實上，由于手機的應用與桌面系統(tǒng)不同，有人對智能手機采用多核的需求提出了質(zhì)疑。

Moor Insights的Moorhead說：“現(xiàn)在兩到三個內(nèi)核是手機應用的最佳選擇。有一些工作負載，例如在上傳應用程序的同時使用手機，那么這會受益于多核?！贝蠖鄶?shù)應用程序使用一個內(nèi)核，少數(shù)使用兩個，在極少數(shù)情況下，例如同時更新所有應用程序，會使用三個。一些游戲使用三個內(nèi)核，而發(fā)燒級游戲可能需要四個。

Moorhead說：“我認為很長時間內(nèi)我們實際用不到八個處理器內(nèi)核。智能手機沒有那么多的后臺任務和多任務?！?/p>

AnandTech的Ho解釋說：“我們實際使用的內(nèi)核數(shù)量已經(jīng)夠了，當您只有一種類型的內(nèi)核時，是三到四個內(nèi)核，如果采用了big.LITTLE，六到八個就可以了，這沒有把GPU等其他處理器算在內(nèi)?！彼f：“這就是帶來增長的地方——添加GPU、矢量處理器、視頻解碼器和固定功能塊，讓性能和功效更好?！?/p>

這意味著越來越強調(diào)向SoC添加異構(gòu)器件，并且已經(jīng)設立了“異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)基金會”以促進其實施?；饡偛肑ohn Glossner說，難點是讓所有器件共享相同的內(nèi)存空間。他補充說，從長遠看，基金會的開源標準將產(chǎn)生能夠自動并行處理的編程語言。

未來

ARM控股公司的Bruce指出，智能手機的基準測試分數(shù)已經(jīng)與典型筆記本電腦的相當，因此它們的融合似乎是不可避免的。

事實上，這是指HP Elite X3和Microsoft Lumia 950 XL。兩者都是Windows 10設備，可以插入較大的顯示器和鍵盤。高通的Cheng解釋說，由于微軟的Continuum功能，一旦插入就可以運行微軟應用程序的全功能版本。

Cheng預測：“一定會融合的，這只是時間問題?！?/p>

但這只適用于商業(yè)用戶，對于一般的用戶而言，他們用手機上上網(wǎng)，看看視頻，因此，設備增加很多功能意義不大。

Cheng說：“開發(fā)人員自己很少對應用程序進行多線程開發(fā)，他們不會去編寫一個不會在150美元手機上運行的應用程序”，也就是說，不是高端的。他說，對于普通用戶而言，技術(shù)改進的好處是提高了電源效率，在現(xiàn)有使用環(huán)境下電池壽命會更長。

他預測，然而，5G無線連接的到來會讓移動設備獲得光纖那樣的速度，打開了新視野。這可能會實現(xiàn)多人電話會議、遠程呈現(xiàn)應用，并且極大的減少了延遲。他補充說，這將帶來新用途，如應用程序的云集成，促進桌面系統(tǒng)融合等。

對于內(nèi)核，Linley集團的Gwennap說：“我不認為很快出現(xiàn)超過八個內(nèi)核。現(xiàn)在，我們停在八核上已經(jīng)有很多年了，業(yè)界似乎卡在這里了。再回到軟件——我們沒有看到有哪種軟件需要使用八核，所以為什么要去發(fā)展16核？”

咨詢公司Turley預測，“會有種類更多的處理器更多的采用異構(gòu)處理，但這種混合是不均衡的?！盚o補充說：“語音識別功能會越來越多，您可以不用在屏幕上鍵入信息了。但是，CPU設計不太可能從根本上有所改變?！?/p>

（作者Lamont Wood是總部設在圣安東尼奧的《計算機世界》的特約撰稿人。）