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全面解析為何手機cpu核心數提升比PC還快?

全面解析為何手機cpu核心數提升比PC還快?

  智能手機發展太快了,尤其是移動處理器上,今年年底聯發科的10核處理器就要跟大家見面。
  或許你也想問,為何手機處理器上的核心比數目提升的比計算機快?難道就是為了單純的製造噱頭嗎?現在有網友在知乎上,給出了自己的詳細看法。

全面解析為何手機cpu核心數提升比PC還快?

  最根本的是,PC和手機兩個領域對處理器有非常不同的需求,前者可以以一味地追求高主頻,高單核性能,因為它可以安裝風扇或者安裝很大塊的散熱裝置,可以直接接入家用能源。
  手機則是核不可以「一味地」追求高頻,它小巧,它隨身攜帶,它要考慮發熱,要考慮電池的容量。
  所以,智能終端的SOC在設計的時候必須在兼顧溫控與能耗的情況下。這註定智能終端的SOC要走PC的多核化老路,並且做更多樣化的嘗試。
  

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  以下是具體的解答:
  多核只是其中一種嘗試。因為單核在主頻上去以後,要求的電壓更高,發熱嚴重,而隨著發熱量的增加,漏電率又會增加,會進一步增加能耗與發熱。而這兩項恰會影響手持設備的兩個重要體驗,即續航與溫控。
  

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  在單核方面,相應的技術改進有HPM,漏電率比LP下降不少,所以同樣的主頻可以跑在更低的電壓上。除此之外,還有一些篩選和區分不同品質晶圓的技術,例如三星的ASV,晶圓質量高的同頻下可以跑更低的電壓。

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  與此同時,還有各種類型資源的DVFS支持,idle支持,clock gating,regulatorgating,power domain……好了,那單核的性能努力如何呢?從當前市場上在售的來看:
  「Cortex-A57是ARM最先進、性能最高的應用處理器,號稱可在同樣的功耗水平下達到當今頂級智能手機性能的三倍;而Cortex-A53是世界上能效最高、面積最小的64位處理器,同等性能下能效是當今高端智能手機的三倍。這兩款處理器還可整合為ARMbig.LITTLE(大小核心伴侶)處理器架構,根據運算需求在兩者間進行切換,以結合高性能與高功耗效率的特點,兩個處理器是獨立運作的。」

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  而未來聯發科上市的全新HelioX20(即MT6797)的大核A72可以到2.5G。那問題來了,雖然性能很強勁,但是發熱的劇增會導致處理器持續高頻不了多久。因為外部人體的溫度是恆定的,37度,再溫一點,42~43度,再熱一點45~47度,再就燙起來了。所以這個加上主板的散熱結構已經阻止了固定工藝和技術下的性能成長空間。也限制了高頻核心的高性能的應用。

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  而加強手持設備的結構空間限制,又限制了散熱技術的應用,這個是PC和伺服器根本就不存在的問題。

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  既然往上漲不了了(實際上還有技術和成本制約),那是不是可以橫著漲呢,好了,嘗試多核,而多核又有同構多核,異構多核,有真多核還有偽多核。
  到這個份上,咱們就可以得到一個初步的結論,多核完全是為了迎合消費者,不是為了迎合和迎合,而是為了給用戶更好的體驗。

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  為什麼會提供更好的體驗?
  隨著主頻的提升,單核的工作能耗會隨著指數級上升,相應的熱量聚集也會更高。換算到同等計算能力(單位時間內可執行的指令數)的多核,能耗上升呈線性關係,熱量聚集會明顯降低。具體量化起來,得畫個圖表,把頻率,核數和能耗關係繪製出來,這裡先省掉。

全面解析為何手機cpu核心數提升比PC還快?

  1、對於遠古時代的單一任務系統,多核是沒有意義的。任務的工作量沒有辦法分派給其他核心執行。并行不起來。
  2、現今的系統,包括Android等手持設備的系統默認任務數量已經非常多,具體數量會有差異。稍微看了下MX3,有100+,實際線程數只會更多。
  3、多核相比單核,無用的任務contextswitch會減少,能耗利用率會提高,任務的響應能力(最高頻率滿足條件下)也響應會增加。甚至對於一些關鍵的任務,可以通過獨佔某一個核心獲得最好的響應能力。

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  那核數是不是越多越好呢?
  是不是100個任務就開100個核呢?肯定不是,首先有硬體成本的限制,其二,核數多了以後,負載均衡,任務遷移,甚至任務同步也是很大一筆開銷。

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