Lamont+Wood

最新的智能手機(jī)運(yùn)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(jī)制造商所發(fā)揮出的聰明才智讓桌面系統(tǒng)望塵莫及。現(xiàn)在的移動(dòng)設(shè)備不僅具有多個(gè)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(dòng)設(shè)備提供了兩種類型的中央處理器。而且，它具有圖形、相機(jī)、傳感器、位置、外設(shè)、Wi-Fi、藍(lán)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(wù)。（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(qiáng)大的移動(dòng)技術(shù)幾乎肯定會(huì)出現(xiàn)在桌面系統(tǒng)中——甚至可能與桌面系統(tǒng)融合。

移動(dòng)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(jī)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(shí)間，但在移動(dòng)端，從2011年的三星Galaxy S II開始，只花了6個(gè)月到一年的時(shí)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(dòng)設(shè)備則主要采用了由英國ARM控股公司設(shè)計(jì)的ARM處理器。（ARM最初是高級RISC機(jī)器的意思。它于2016年9月被東京軟銀跨國集團(tuán)收購。）

獨(dú)立微型計(jì)算機(jī)顧問Jim Turley說：“移動(dòng)環(huán)境之所以在ARM處理器上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，其原因是與桌面環(huán)境在Intel x86處理器上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化相同。主要是營銷以及機(jī)會(huì)——對于ARM的情形，還有政治因素。ARM是英國公司，而第一個(gè)成功的手機(jī)制造商來自芬蘭和瑞典，因此選擇歐洲供應(yīng)商還是會(huì)受到歡迎的。此外，ARM很高興為芯片設(shè)計(jì)提供許可，可以對其進(jìn)行定制以適應(yīng)小空間，并且在低功耗方面名聲不錯(cuò)?！?/p>

與桌面環(huán)境的另一個(gè)巨大區(qū)別是，ARM不會(huì)制造其處理器，而是將其設(shè)計(jì)許可給組件和手機(jī)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(fù)責(zé)人Patrick Moorhead解釋說，許可證是授權(quán)人的一種主要業(yè)務(wù)模式?！霸谝苿?dòng)領(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。”他估計(jì)，為了開發(fā)一個(gè)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(jià)格會(huì)更便宜，但市場風(fēng)險(xiǎn)也大?！彼赡苄枰荒甑臅r(shí)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(shè)計(jì)。ARM會(huì)與被許可方合作，通過代工線在芯片系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，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(fèi)用，單片成本最終可能會(huì)不止增加一倍。

ARM控股公司提供的資料顯示，該公司實(shí)際上至少有7個(gè)級別的許可選項(xiàng)。兩個(gè)最便宜的是學(xué)術(shù)和實(shí)驗(yàn)者，不涉及商業(yè)化。接下來的4個(gè)是商業(yè)許可，包括增加與ARM的互動(dòng)交流，增加知識訪問量，更高的許可費(fèi)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(gè)產(chǎn)生收益的許可持有者，其中20個(gè)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(jī)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(shí)間去定制他們的架構(gòu)，最終產(chǎn)品比通用智能手機(jī)功能更強(qiáng)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(yùn)行前臺任務(wù)，而小核是以最大功率運(yùn)行后臺任務(wù)。

ARM控股公司首席移動(dòng)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(gè)組是為了效率而實(shí)現(xiàn)的，另一個(gè)是為了性能而實(shí)現(xiàn)的。這樣，可以調(diào)整CPU以滿足智能手機(jī)工作負(fù)載的需求?！?/p>

Bruce還說，較大的內(nèi)核具有分支預(yù)測和無序執(zhí)行等復(fù)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(yùn)行相同的機(jī)器碼。對于八核，標(biāo)準(zhǔn)配置是四大和四小?！耙詢煞N方式實(shí)現(xiàn)相同的CPU，兩全其美。”

但是有很多方法來實(shí)現(xiàn)big.LITTLE。Cheng解釋說，高通在驍龍820上使用了兩個(gè)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(yùn)行之外，基本是相同的。當(dāng)然，速度慢的功耗更低一些。

蘋果以堅(jiān)持雙核設(shè)計(jì)而出名。Creative Strategies的Bajarin說：“蘋果的雙核設(shè)計(jì)通常勝過八核設(shè)計(jì)。這一切都?xì)w功于設(shè)計(jì)質(zhì)量。他們利用定制的GPU和自己的軟件來提高用戶體驗(yàn)。”

Linley Group分析師Linley Gwennap說：“但是許多智能手機(jī)廠商喜歡多核——只是因?yàn)樗麄兂鲇跔I銷的目的。我們還知道，‘八在中國是一個(gè)非常幸運(yùn)的數(shù)字，由于這個(gè)原因，八核手機(jī)最受歡迎，但這并沒有太多的技術(shù)優(yōu)勢。”

多核優(yōu)勢？

事實(shí)上，由于手機(jī)的應(yīng)用與桌面系統(tǒng)不同，有人對智能手機(jī)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(gè)內(nèi)核是手機(jī)應(yīng)用的最佳選擇。有一些工作負(fù)載，例如在上傳應(yīng)用程序的同時(shí)使用手機(jī)，那么這會(huì)受益于多核。”大多數(shù)應(yīng)用程序使用一個(gè)內(nèi)核，少數(shù)使用兩個(gè)，在極少數(shù)情況下，例如同時(shí)更新所有應(yīng)用程序，會(huì)使用三個(gè)。一些游戲使用三個(gè)內(nèi)核，而發(fā)燒級游戲可能需要四個(gè)。

Moorhead說：“我認(rèn)為很長時(shí)間內(nèi)我們實(shí)際用不到八個(gè)處理器內(nèi)核。智能手機(jī)沒有那么多的后臺任務(wù)和多任務(wù)。”

AnandTech的Ho解釋說：“我們實(shí)際使用的內(nèi)核數(shù)量已經(jīng)夠了，當(dāng)您只有一種類型的內(nèi)核時(shí)，是三到四個(gè)內(nèi)核，如果采用了big.LITTLE，六到八個(gè)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(qiáng)調(diào)向SoC添加異構(gòu)器件，并且已經(jīng)設(shè)立了“異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)基金會(huì)”以促進(jìn)其實(shí)施?；饡?huì)總裁John Glossner說，難點(diǎn)是讓所有器件共享相同的內(nèi)存空間。他補(bǔ)充說，從長遠(yuǎn)看，基金會(huì)的開源標(biāo)準(zhǔn)將產(chǎn)生能夠自動(dòng)并行處理的編程語言。

未來

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

事實(shí)上，這是指HP Elite X3和Microsoft Lumia 950 XL。兩者都是Windows 10設(shè)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(yùn)行微軟應(yīng)用程序的全功能版本。

Cheng預(yù)測：“一定會(huì)融合的，這只是時(shí)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(jī)上上網(wǎng)，看看視頻，因此，設(shè)備增加很多功能意義不大。

Cheng說：“開發(fā)人員自己很少對應(yīng)用程序進(jìn)行多線程開發(fā)，他們不會(huì)去編寫一個(gè)不會(huì)在150美元手機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)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(jìn)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(huì)更長。

他預(yù)測，然而，5G無線連接的到來會(huì)讓移動(dòng)設(shè)備獲得光纖那樣的速度，打開了新視野。這可能會(huì)實(shí)現(xiàn)多人電話會(huì)議、遠(yuǎn)程呈現(xiàn)應(yīng)用，并且極大的減少了延遲。他補(bǔ)充說，這將帶來新用途，如應(yīng)用程序的云集成，促進(jìn)桌面系統(tǒng)融合等。

對于內(nèi)核，Linley集團(tuán)的Gwennap說：“我不認(rèn)為很快出現(xiàn)超過八個(gè)內(nèi)核?，F(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(yù)測，“會(huì)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(bǔ)充說：“語音識別功能會(huì)越來越多，您可以不用在屏幕上鍵入信息了。但是，CPU設(shè)計(jì)不太可能從根本上有所改變?！?/p>

（作者Lamont Wood是總部設(shè)在圣安東尼奧的《計(jì)算機(jī)世界》的特約撰稿人。）