智能手機CPU讓桌面系統相形見絀

Lamont+Wood

最新的智能手機運行著令人眼花繚亂的多核處理器。

戰勝了苛刻的尺寸和功率限制，智能手機制造商所發揮出的聰明才智讓桌面系統望塵莫及。現在的移動設備不僅具有多個內核，而且是多種尺寸和類型的內核。

高通的技術營銷經理Cisco Cheng說，高通的旗艦驍龍820芯片系統（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、無線調制解調器和內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，高通發布了其后續產品——驍龍835，增加了快速充電功能）。

由此產生的這類越來越強大的移動技術幾乎肯定會出現在桌面系統中——甚至可能與桌面系統融合。

移動場景

美國權威科技測評網站AnandTech的編輯Joshua Ho說：“多核智能手機的出現比多核桌面系統要晚一些，但很快就趕上了。桌面系統從單核發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。”

雖然桌面系統主要是由英特爾創立的x86處理器王朝所統治的，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：“移動環境之所以在ARM處理器上進行標準化，其原因是與桌面環境在Intel x86處理器上實現標準化相同。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。”

與桌面環境的另一個巨大區別是，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調研公司Moor Insights&Strategy負責人Patrick Moorhead解釋說，許可證是授權人的一種主要業務模式。“在移動領域，唯一這樣做的兩家是高通和蘋果。他們用ARM指令集構建自己的架構和處理器。”他估計，為了開發一個定制核心，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。”它可能需要一年的時間才能面市，如果在此期間市場有變化，您將面臨損失。

下一環節是給具體的內核許可通用設計。ARM會與被許可方合作，通過代工線在芯片系統上實現設計，并保證結果。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和實驗者，不涉及商業化。接下來的4個是商業許可，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）作為架構級，它涉及許可指令集。

資料表明，2016年秋季，ARM擁有1396個產生收益的許可持有者，其中20個在架構級。

市場調研公司Creative Strategies的分析師Ben Bajarin說：“大多數超過600美元的旗艦智能手機使用了定制的ARM處理器，而低端產品使用通用ARM處理器。”他說：“高通和蘋果在技術上彼此有很大的差異，但二者都花時間去定制他們的架構，最終產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用于多核架構的基本方法，稱之為big.LITTLE，它涉及兩類內核，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核，但一個組是為了效率而實現的，另一個是為了性能而實現的。這樣，可以調整CPU以滿足智能手機工作負載的需求。”

Bruce還說，較大的內核具有分支預測和無序執行等復雜功能，而較小的內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。“以兩種方式實現相同的CPU，兩全其美。”

但是有很多方法來實現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量。他們利用定制的GPU和自己的軟件來提高用戶體驗。”

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優勢。”

多核優勢？

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

Moor Insights的Moorhead說：“現在兩到三個內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。”大多數應用程序使用一個內核，少數使用兩個，在極少數情況下，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核，而發燒級游戲可能需要四個。

Moorhead說：“我認為很長時間內我們實際用不到八個處理器內核。智能手機沒有那么多的后臺任務和多任務。”

AnandTech的Ho解釋說：“我們實際使用的內核數量已經夠了，當您只有一種類型的內核時，是三到四個內核，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。”他說：“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。”

這意味著越來越強調向SoC添加異構器件，并且已經設立了“異構系統架構基金會”以促進其實施。基金會總裁John Glossner說，難點是讓所有器件共享相同的內存空間。他補充說，從長遠看，基金會的開源標準將產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已經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。”

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

Cheng說：“開發人員自己很少對應用程序進行多線程開發，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，技術改進的好處是提高了電源效率，在現有使用環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。這可能會實現多人電話會議、遠程呈現應用，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，促進桌面系統融合等。

對于內核，Linley集團的Gwennap說：“我不認為很快出現超過八個內核。現在，我們停在八核上已經有很多年了，業界似乎卡在這里了。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處理，但這種混合是不均衡的。”Ho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。”

（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。）