《電子技術(shù)應(yīng)用》
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乘風(fēng)破浪的多核CPU

2020-07-08
來源:Alter聊IT
關(guān)鍵詞: CPU 微處理器 晶體管 10nm

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技術(shù)賽道的較量本就充滿不確定性,押對(duì)了方向不難逆風(fēng)翻盤,做錯(cuò)了決策也可能面臨瀕死時(shí)刻。

長(zhǎng)時(shí)間告別“話題中心”的CPU市場(chǎng),最近發(fā)生了幾件大事:

1月初的時(shí)候,AMD正式公布了銳龍 4000系列移動(dòng)處理器,除了呼聲最高的“Zen 2”架構(gòu),還將移動(dòng)處理器帶入了7nm時(shí)代。


6月份的蘋果WWDC上, 向外界披露了Arm 架構(gòu) Mac 計(jì)算機(jī)的大量細(xì)節(jié),蘋果與英特爾長(zhǎng)達(dá)15年的合作將在Mac“變芯”后終結(jié)。

知名市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)IDC也沒閑著,趁勢(shì)發(fā)布了《多核CPU發(fā)展趨勢(shì)白皮書》,指出多核心是CPU提升性能、降低能耗的必然選擇。

看似缺少直接關(guān)聯(lián)的三件大事,卻讓外界窺見了移動(dòng)CPU市場(chǎng)的現(xiàn)狀:引領(lǐng)創(chuàng)新的旗手已經(jīng)悄然換了人選,大客戶對(duì)“擠牙膏”式的創(chuàng)新失去了耐心,而市場(chǎng)對(duì)移動(dòng)處理器的大方向又前所未有的篤定。

一連串的大事件背后,“年齡偏高”的CPU似乎正在迎來乘風(fēng)破浪的新時(shí)代。

01

多核化與“性能戰(zhàn)爭(zhēng)”

對(duì)于移動(dòng)CPU市場(chǎng)的暗涌,第三方調(diào)研機(jī)構(gòu)IDC在白皮書中給出了這樣的觀點(diǎn):

“盤點(diǎn)近十年主流移動(dòng)CPU的發(fā)展歷程,核心數(shù)常年徘徊在雙核和四核,隨著制程工藝、架構(gòu)的升級(jí),主流移動(dòng)CPU的核心數(shù)已經(jīng)提升至八核,未來低功耗、高性能的多核CPU將成為評(píng)價(jià)CPU綜合性能的最直接 、最鮮明的指標(biāo) ?!?/p>

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單從字面上看,IDC并沒有解釋移動(dòng)CPU市場(chǎng)為何會(huì)出現(xiàn)變局,僅僅是對(duì)多核化的趨勢(shì)進(jìn)行了注解。如果對(duì)CPU的進(jìn)化史稍作了解,理解了CPU市場(chǎng)長(zhǎng)期存在的“性能戰(zhàn)爭(zhēng)”,以及英特爾與AMD此消彼長(zhǎng)的賽點(diǎn),就不難找到答案。

從1971年第一塊微處理器4004誕生開始,性能一直是CPU市場(chǎng)的標(biāo)桿,也由此開啟了長(zhǎng)達(dá)34年的“主頻大戰(zhàn)”,CPU的主頻一路從KHz走到MHz,再然后是越過GHz的終點(diǎn)線。主頻不僅主導(dǎo)了CPU的技術(shù)路線,也潛移默化的影響了消費(fèi)者的認(rèn)知,即便是知識(shí)儲(chǔ)備不足的數(shù)碼小白,都知道看主頻性能選CPU。

可一味地提高主頻顯然是不可持續(xù)的,主頻越來越高意味著功耗越來越高、發(fā)熱也越來越嚴(yán)重,終究是一條死胡同。于是從2006年開始,英特爾和AMD紛紛轉(zhuǎn)向多核產(chǎn)品的研發(fā),采用多核設(shè)計(jì)的CPU性能可以輕松超越過高主頻的單核產(chǎn)品,并且在發(fā)熱和功耗上都有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

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在英特爾和AMD的角力下,短短三年半的時(shí)間就完成了從單核到雙核再到四核的跨越,可在此之后幾乎陷入了停滯。特別是在移動(dòng)CPU市場(chǎng),直到2019年四核都還是CPU的主流配置,再次回到了提高主頻來提升性能的老路。

問題出在了制程工藝上。按照物理學(xué)規(guī)律,CPU的制程工藝越小,意味著單個(gè)晶體管的尺寸越小,同樣的內(nèi)核面積可以放下更多的晶體管,同樣的空間內(nèi)可以增加更多內(nèi)核;同時(shí)制程工藝越小,元件的電容就越小,電流在晶體管中的傳輸距離越短,CPU的主頻可以進(jìn)一步提升,功耗也能不斷降低。

也就是說,CPU的“性能戰(zhàn)爭(zhēng)”開始變得多元化,主頻不再是唯一的衡量標(biāo)準(zhǔn),CPU架構(gòu)所決定的IPC性能、工藝制程上的優(yōu)先級(jí)等都將左右CPU的“戰(zhàn)斗力”。


英特爾和AMD的命運(yùn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)也在于此,前者仍然止步于14nm制程的時(shí)代,10nm工藝尚未進(jìn)入到量產(chǎn)階段;后者的銳龍 4000系列已經(jīng)搶先邁過7nm工藝制程的門檻,移動(dòng)CPU的核心數(shù)也升級(jí)到了八核。

02

市場(chǎng)端的二次加速

至少蘋果已經(jīng)開始用腳投票。

拋棄英特爾選擇自研,表面上的原因是進(jìn)一步打通蘋果的應(yīng)用生態(tài),并畫出了Mac電腦上兼容iOS和iPadOS應(yīng)用的大餅。同時(shí)也出現(xiàn)了另一種聲音:“英特爾過去幾年在芯片上的進(jìn)步并不明顯,尤其是10nm芯片制程上的頻繁跳票,作為大客戶蘋果自然不愿意這樣一直陪英特爾耗下去?!?/p>

蘋果可能不是唯一有這種想法的PC廠商。

早在2008年第三季度時(shí),美國(guó)市場(chǎng)筆記本電腦的出貨量就首次超過臺(tái)式機(jī),到了2016年全球筆記本電腦的出貨量達(dá)到15.7億臺(tái),市場(chǎng)銷量全面超越臺(tái)式機(jī),并逐步衍生出了輕薄本、游戲本、商務(wù)本等多個(gè)細(xì)分品類。

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IDC也在《多核CPU發(fā)展趨勢(shì)白皮書》中針對(duì)筆記本廠商的訴求進(jìn)行了深入調(diào)研,并細(xì)分為平面設(shè)計(jì)、3D渲染、視頻剪輯、游戲、移動(dòng)辦公類和直播六類場(chǎng)景,幾乎囊括了當(dāng)下筆記本電腦的主流應(yīng)用場(chǎng)景。其中和移動(dòng)CPU相關(guān)的用戶訴求和性能偏好,大致可以歸納為兩個(gè)維度:

一是對(duì)CPU性能的苛刻需求。平面設(shè)計(jì)場(chǎng)景中80%的用戶對(duì)多核CPU有較高需求,3D渲染、視頻剪輯、游戲和直播場(chǎng)景對(duì)多核CPU的需求度普遍在60%以上。在這樣一份市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)面前,有關(guān)筆記本電腦性能過剩的說法儼然站不住腳,同時(shí)也在倒逼英特爾、AMD等玩家持續(xù)優(yōu)化多核架構(gòu),需要不斷優(yōu)化性能功耗比提升穩(wěn)定性,在某種程度上預(yù)示著制程工藝將成為移動(dòng)CPU的分水嶺。

二是對(duì)GPU性能的需求提升。無論是平面設(shè)計(jì)、3D渲染還是游戲、直播,越來越多的應(yīng)用場(chǎng)景考驗(yàn)著顯卡性能,而筆記本電腦本身又在朝輕薄化的方向演講,集成顯卡正逐步替代獨(dú)立顯卡的定位。利好的一幕是,一些移動(dòng)CPU的集成顯卡已經(jīng)可以匹敵中低端獨(dú)顯。也為移動(dòng)CPU的集成能力提出了新的考驗(yàn):如何同時(shí)降低GPU的空間占用和能耗,同樣在逼問移動(dòng)CPU的制程和集成能力。

與之對(duì)應(yīng)的一幕是,華碩、聯(lián)想、Dell等先后在傳統(tǒng)產(chǎn)品線的基礎(chǔ)上,推出了針對(duì)新場(chǎng)景和新用戶的輕薄筆記本、游戲筆記本,對(duì)移動(dòng)CPU的需求開始強(qiáng)調(diào)核心數(shù)、穩(wěn)定性、低功耗和性價(jià)比。折射到市場(chǎng)層面,在核心數(shù)、制程工藝、性價(jià)比等方面占優(yōu)勢(shì)的AMD已經(jīng)成為筆記本電腦廠商的新寵兒。

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同樣做出選擇的還有在操作系統(tǒng)層面掌控著話語權(quán)的微軟,據(jù)最新的基準(zhǔn)測(cè)試軟件顯示,微軟正在測(cè)試搭載Ryzen 7 4800U和Ryzen 5 4500U處理器的下一代Surface Laptop,預(yù)示著對(duì)多核處理器的軟件優(yōu)化已經(jīng)提上日程。

03

行業(yè)正在重新洗牌

種種信號(hào)顯示,移動(dòng)CPU市場(chǎng)正在迎來新的變局。

或許在市場(chǎng)份額上,英特爾依然是短時(shí)間內(nèi)無法超越的“龐然大物”,不僅體量遠(yuǎn)超AMD,營(yíng)收、市值、渠道等都大幅領(lǐng)先于AMD。只是在藍(lán)色巨人統(tǒng)治下的CPU市場(chǎng),早已有了死氣沉沉的跡象。

把時(shí)間撥回到2015年8月,風(fēng)頭正盛的英特爾發(fā)布了代號(hào)“Skylake”的新一代CPU系統(tǒng)架構(gòu),雖然彼時(shí)的i7產(chǎn)品線延續(xù)了四核八線程的規(guī)格,卻也宣告英特爾正式進(jìn)入到14nm制程的時(shí)代。

如果遵循英特爾在2007年提出的Tick-Tock模式,每?jī)赡赀M(jìn)行一次制程工藝的進(jìn)步,在2017年就應(yīng)該量產(chǎn)10nm工藝的芯片。出乎預(yù)料的是,英特爾此后的架構(gòu)和制程陷入了創(chuàng)新停滯的困境,盡管每年CPU的性能仍有小幅度提升,不過是走回了提高主頻、增加線程數(shù)量的老路。逃票5年之久的10nm制程,至今都還處于醞釀階段。

英特爾的遲緩,成了AMD全面翻盤的機(jī)會(huì)。

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2017年,市場(chǎng)沒等到英特爾10nm制程的芯片,但等來了AMD采用全新ZEN 架構(gòu)的處理器銳龍(Ryzen),在核心數(shù)量上比英特爾有著絕對(duì)優(yōu)勢(shì),同時(shí)汲取了“Bulldozer”架構(gòu)的教訓(xùn),在功耗上比同級(jí)別的英特爾處理器更低。

讓英特爾始料未及的是,升級(jí)后的ZEN 2架構(gòu),在性能上已經(jīng)不輸于Skylake,與臺(tái)積電合作的7nm工藝在核心數(shù)、能耗方面表現(xiàn)出色,AMD撬開了原本被英特爾獨(dú)占的筆記本市場(chǎng)。一組對(duì)比數(shù)據(jù)顯示:AMD采用“Zen 2”架構(gòu)的移動(dòng)CPU,低壓型號(hào)的性能就足以和英特爾的標(biāo)壓產(chǎn)品對(duì)抗,而且標(biāo)壓型號(hào)的處理器同樣有8—10小時(shí)的續(xù)航,同等性能的英特爾處理器續(xù)航可能不足三個(gè)小時(shí)。

相似的情景發(fā)生在2004年,時(shí)任英特爾CEO克瑞格·貝瑞特在一場(chǎng)行業(yè)會(huì)議上為奔騰4的取消上市下跪道歉,背景是英特爾決定淡化一味提升主頻的做法,避免最后淪為AMD的追隨者。結(jié)果是幸運(yùn)的,CPU行業(yè)走向了多核化,英特爾也成功捍衛(wèi)了在處理器市場(chǎng)的份額和行業(yè)地位。

只是當(dāng)AMD再次跑在了英特爾的前面,并在筆記本領(lǐng)域大肆搶奪市場(chǎng)份額的時(shí)候,英特爾還能再次上演神話嗎?擺在英特爾眼前的棘手問題可能還是10nm的制程,畢竟AMD與臺(tái)積電推進(jìn)5nm芯片的消息此起彼伏,留給英特爾的時(shí)間并不寬裕。

有如IBM、德州儀器等玩家的落幕,這個(gè)市場(chǎng)從來都不存在所謂的穩(wěn)定與平衡,有人崛起,有人失勢(shì),近乎常態(tài)。

04

寫在最后

回到用戶的立場(chǎng)上,移動(dòng)CPU市場(chǎng)的風(fēng)云變幻終歸不是個(gè)壞消息。

技術(shù)賽道的較量本就充滿不確定性,押對(duì)了方向不難逆風(fēng)翻盤,做錯(cuò)了決策也可能面臨瀕死時(shí)刻。曾經(jīng)的AMD也曾命懸一線,被迫“賣樓”來尋求研發(fā)資金。當(dāng)下的英特爾儼然還沒有被逼到絕境,仍然存在被AMD刺痛后重整旗鼓的可能。

正是在這種互相威脅互相較量中,CPU行業(yè)在過去四十多年中破浪前行,當(dāng)多核化再次成為市場(chǎng)共識(shí),AMD倒逼英特爾進(jìn)行創(chuàng)新的時(shí)候,或許也是CPU行業(yè)又一次乘風(fēng)破浪,邁向下一個(gè)高光時(shí)刻的新起點(diǎn)。

注:部分?jǐn)?shù)據(jù)引自IDC《多核CPU發(fā)展趨勢(shì)報(bào)告》


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