手機行業終結「小核」的歷史,恰是晶片歷史的一次進步

雖然手搓晶片是一個梗,但蘋果公司的第一款電腦 Apple I 確實是手工打造而成。

做出蘋果首款電腦時,賈伯斯 20 歲,沃茲尼亞克 25 歲,MOS 6502 這款晶片的電晶體數量只有 3000 多個。

手機行業終結「小核」的歷史,恰是晶片歷史的一次進步

▲ MOS 6502 晶片

MOS 6502 及其改款是 Apple I、Apple II 和 Apple III 這三款電腦所使用的晶片,它們的廉價和「夠用」讓 Apple II 獲得了巨大成功,也讓 Apple III 跌落谷底。

「夠用」經常是一個自欺欺人的相對概念,比如說前兩年一款中端手機晶片足夠讓《王者榮耀》這樣一款大型手遊以高畫質 90fps 的幀率流暢運行,但遠不足以讓《原神》在中畫質下以 60fps 幀率運行。

手機行業終結「小核」的歷史,恰是晶片歷史的一次進步

▲ Motorola 68000 晶片

1984 年,初代 Macintosh 電腦發布,曾在晶片選用栽過大跟頭的賈伯斯果斷換芯,採用了 Motorola 68000 晶片,68000 的意思是,這款晶片內部有 68000 個電晶體。

在晶片性能飆升的基礎上,初代 Macintosh 電腦的圖形界面和滑鼠操作才能得以實現。

到了 90 年代,英特爾推出了讓它步入巔峰獨孤求敗的奔騰系列處理器,亂序執行和超標量 (Superscalar) 架構這些影響深遠的技術在此出現。

而此時的蘋果選擇和摩托羅拉以及 IBM 結盟,推出搭載 PowerPC 晶片的電腦,這也是為什麼那個時期蘋果筆記本會叫 PowerBook 的原因。

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▲ IBM Power4 伺服器晶片(左)和英特爾處理器

而 Power 一詞除了代表力量和性能之外,其實是 Performance Optimization With Enhanced RISC(一種 CPU 架構)的縮寫,當時 IBM 的伺服器晶片就是以 Power 命名,裝在蘋果電腦的晶片是同類型架構晶片,因此叫 PowerPC 晶片。

在 2001 年,IBM 發布了世界上首顆雙核處理器晶片 Power4,正式開啟了處理器的多核心時代。

然後就是 PowerPC 晶片逐漸難堪大用,蘋果心不甘情不願地投向死敵英特爾,借著又自立門戶,用 M 系晶片徹底斬斷了英特爾的聯系。

蘋果電腦的興衰史,亦是一場「芯衰史」,落後就要消失,不談感情,全是技術。

天璣 9300,准備終結「小核」的歷史

當下不過是歷史的另一種重演。

不久之前,高通驍龍 8 Gen3 旗艦晶片發布,其架構從上代的 1 超大核(1 Cortex X3 核心)+4 大核(2 Cortex A715 核心+2 A710 核心)+3 小核(3 Cortex A510 核心)的架構,變為 1 超大核(1 Cortex X4 核心)+5 大核(5 Cortex A720 核心)+2 小核(2 Cortex A520 核心)。

兩代晶片之間的架構轉變主要有兩點,一是小核減少,大核增加;二是大核架構統一,小大核被取消。

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作為驍龍 8 Gen3 的直接競爭對手,剛剛發布的聯發科天璣 9300 則做得更為激進,直接取消了小核心(A520 核心),轉而採用 4 超大核(4 Cortex X4 核心)+4 大核(4 Cortex A720 核心)的全大核設計。

如前面所言,「夠用」經常是一個自欺欺人的相對概念。

太多以當下論斷未來的說法最終被證偽,最著名的莫過於 1943 年 IBM 董事長沃森說「全世界對計算機的需求量總共可能只有 5 台」。

以及比爾蓋茨在 1981 年說「640KB 記憶體對任何人來說都應該足夠了」。

需求和性能是雙生的,上游晶片廠商,下游手機廠商,遊戲和軟體開發商,以及用戶,在這場需求和性能的雙生循環中,都扮演著同樣的角色。

手機行業終結「小核」的歷史,恰是晶片歷史的一次進步

細致入微的晶片架構,和以億計算出貨量的宏大手機市場,有著千絲萬縷的聯系。

市場份額之爭,與性能乃至能效比之爭,有時候呈現微妙的關系,譬如蘋果獨孤求敗的每年 Q4 季度,是因為搭載新 A 系晶片的 iPhone 出貨,在代際上領先高通和聯發科一代,然後接著到年底才是這兩家的旗艦晶片發布和出貨。

這種錯峰的架勢,在這兩年改變頗大。

在 10 月底和 11 月初,高通和聯發科就已經發布並出貨了旗艦晶片,以求在 Q4 和蘋果正面對壘,原因何在?

有一點可以推測,那就是因為 A 系晶片的性能和能效雙重優勢,日漸被縮進,乃至如今互有勝負,大家誰也不怵誰。

另外,隔壁 PC 市場已經證明了,擠牙膏的廠商會受到嚴厲懲罰。

看似矛盾的局面於是形成,一方面是用戶換機周期變長,換機動力減弱,另一方面行業上下游全都不敢擠牙膏,以求產品能夠刺激消費者。

最顯著的例子莫過於首發天璣 9300 的 vivo X100 系列,在標准版上,就已經有了天璣 9300 晶片+UFS4.0 存儲+ LPDDR5T 記憶體的頂尖性能組合,以及「廣角+主攝+長焦」的旗艦影像配置。在以往,這樣的配置應該是 Pro 款才會有的。

在《原神》之後,手機上運行主機級別的開放世界遊戲已經從奢想變為現實,越來越多的遊戲開發商毫不留情地去壓榨手機的性能和能效還有散熱極限,同時,直播的興起,還有手機廠商在遊戲模式以及多任務上的挖掘,記憶體的加大,也意味著一款手機同時可能會承擔不止一個的重負載任務。

再者,再不關心技術趨勢的人也應該察覺到了 AIGC 大潮的來臨,同樣是 vivo,其旗下的 OriginOS 4 已經搭載了基於大語言模型的「藍心小 V」智能助手,提供百變的 AI 服務。

性能,是以上所有趨勢的交叉點。

小核,就是性能這個關鍵詞的「阿喀琉斯之踵」。

甚至,小核,還可能掣肘能效的原因之一。

回望歷史,關於晶片的「阿喀琉斯之踵」有太多太多,可能是電晶體數量,可能是核心數量,可能是製程工藝,也可能是更深層次的原因。

終結「小核」的全大核架構,更強還更省電了

性能更強,同時更省電,在常規認知當中會被認為是不可調和的矛盾,但在半導體和消費電子行業,卻是自始至終的追求。

2005 年蘋果宣布將轉投英特爾的時候,不少蘋果粉絲異常憤怒,抨擊蘋果的投敵行為是數典忘祖。

但是到了他們發現 2006 年搭載英特爾晶片的 MacBook 不僅性能更強,而且續航更長的時候,這些人的手都沒閒著,要麼在鼓掌,要麼在掏錢。

手機行業終結「小核」的歷史,恰是晶片歷史的一次進步
手機行業終結「小核」的歷史,恰是晶片歷史的一次進步

更強且更省電,這也是天璣 9300 給出的答案。

有趣的是,這個答案有一部分寫在歷史當中。

1995 年,英特爾推出了 Pentium Pro 處理器,其中首發了名為「亂序執行(out-of-order execution)」的技術,這個技術也在聯發科的溝通會上出現。

晶片在處理指令的時候,有兩種方式,面對洶涌而來的計算指令,一個接一個地處理執行,像菜譜一樣按部就班地洗菜切菜燒水煮菜起鍋,這是「順序執行(in-of-order execution)」。

而「亂序執行(out-of-order execution)」則不然,不講究先來後到,手頭空了就處理指令,哪怕這個指令是後面來的,就好比燒水耗時久,開水一開始也用不上,就可以把燒水放在切菜前面,菜切好了,水也開了,這樣就縮短了整個做飯的時間。

ARM 架構下的小核,以近兩代的 Cortex A510 和 Cortex A520 為例,除了主頻相比於超大核和大核更低之外,它們都只能做「順序執行」,看似省電,其實性能低,執行效率低。

這就類似於現代企業管理觀念當中,企業家用 100 萬工資雇傭 10 個精乾的員工,還是花 80 萬雇傭 10 個平庸的員工的選擇一樣,後者直覺上省錢了,但業績利潤貢獻往往遠不如前者,看似省,實則虧。

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至此,我們就可以明白,為什麼高通會在驍龍 8 Gen3 上減少小核的數量,聯發科乾脆在天璣 9300 上取消 Cortex A520 小核。

其實就是漸進式改革和革命性改變的區別。

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最終的成果就是,採用全大核架構的天璣 9300 喜提了 antutu 綜合性能第一,在 GeekBench 6 里也獲得了多核性能第一的成績。

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都支持亂序執行的 8 個核心,大大提升了執行效率,說人話就是「做事快,休息也久」,從而達到了性能強同時功耗低的兩全。

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與採用傳統大小核架構的上代天璣 9200 相比,天璣 9300 在各種場景都實現了功耗降低,尤其是在 Wi-Fi 熱點開啟時,功耗甚至能少 30%。

以重載遊戲,加微信視頻同時開啟為例,看似是兩個 app 在同時運行,實際上背後會有很多處理線程在運行,這多個線程都會占用處理器資源。

比如主線程保證遊戲的整體流程,渲染線程負責圖形渲染,形成畫面,物理線程負責處理遊戲內的物理模擬,比如物體碰撞和運動等等,此外音頻網絡這些也可能會占用線程。

微信視頻通話雖然對手機的壓力沒有重載遊戲那麼大,一樣也會有主線程,視頻線程,音頻線程等等。

在如此多線程需要處理的時候,小核多的處理器就會「剪不斷理還亂」,把壓力扔給大核和超大核,出現核心全部占用的情況,甚至是超大核做小事的情況,這時候功耗自然就高。

但如果是全大核,面對多線程的時候,就會遊刃有餘,按需分配,還能空出一兩個核心出來。

這也是全大核架構性能強,還省電的另一個原因。

歷史不後退,「核戰」永不停

舊時王謝堂前燕,飛入尋常百姓家,20 多年前,IBM 的雙核處理器 Power4 是為了應對伺服器這種超級重載需求而生,如今集成了 8 個大核 227 億個電晶體的天璣 9300 可以藏身於不過 200 克的手機。

手機行業終結「小核」的歷史,恰是晶片歷史的一次進步

首發於伺服器處理器上的多核概念,鼎盛於 big LITTLE 架構,主要用於智慧型手機,但如今 PC 端處理器則更為激進,出現了諸多 12 核,乃至 24 核甚至更多核心的處理器。

處理器的核心之戰,也就是所謂「核戰」從未停過,也從來都不是局部戰爭。

雖然性能架構大相逕庭,但多核的概念並非一成不變,早先的「膠水四核」或者「一核有難,九核圍觀」亦是「核戰」歷史的彎路或者階段局限性。

小核的歷史,也是從多到少,從開始的半壁江山,到偏安一隅,再到退出舞台。

天璣 9300 的思路,與另一邊蘋果 A 系晶片思路類似,在近幾年蘋果 A 系晶片里,2+4 是慣用架構,即 2 個性能核,和 4 個能效核,一直以來,蘋果 A 系晶片的單核成績遙遙領先,多核成績也名列前茅,原因就是性能核大到夸張,比一般晶片的超大核還大,能效核的性能也不俗,不輸其他晶片的大核,所以才能在核心數少的情況下,單核無敵多核不弱。

小核退出歷史舞台,恰是行業的進步。

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▲ 聯發科資深副總經理暨無線通信事業部總經理徐敬全博士

聯發科資深副總經理暨無線通信事業部總經理徐敬全博士說:

天璣 9300 是聯發科迄今為止最強大的旗艦移動晶片,通過我們開創性的全大核架構設計,為旗艦智慧型手機帶來令人驚嘆的計算力突破。獨特的全大核 CPU 結合新一代 APU、GPU、ISP 以及聯發科特有的前沿技術,不僅可以顯著提升終端性能和能效,還將為消費者帶來卓越的端側生成式 AI 體驗。

一直以來,大眾認為聯發科處理器市占率高是因為站穩了中低端,在高端手機上一直扮演追趕者的角色,到了天璣 9300 這一代,聯發科在技術創新上的堅決和果敢,獲得了回報。

手機行業終結「小核」的歷史,恰是晶片歷史的一次進步

無論是全大核架構在性能和功耗上的優良表現,還是第七代 APU 能夠運行超過 330 億參數的端側大模型,是聯發科一款里程碑意義的產品,同時也是手機行業乃至晶片史上值得被記住的一款晶片。

正如天璣 9300 的諸多技術能夠從歷史當中找到線索,如今天璣 9300 亦可是代表晶片歷史趨勢的線索。

「全大核」架構就是這種線索技術。

來源:愛范兒