導語:
之所以要寫這篇文章,是因為經常被問道,說看到網上有人講手機CPU的多核效能沒用——認為日常使用主要靠的是CPU單核效能,問手機處理器是不是真的效能過剩了。
不知道為啥這種謬論會傳得這麽廣,轉頭想想「手機效能過剩論」又確實傳了很多年。為了講清楚這事,下面就先驗證一下手機多核排程的真實情況,後面再進行詳細解析。
1,可驗證方式
要看手機CPU的即時數據,最簡單的方式就是在系統選項中找。假如系統選項沒有整合這類子項,則可以去官方市集下載。
如上圖所示,可以明顯看到八個CPU核心之主頻是動態調整的(低負載場景);假如這時候開啟崩壞三遊戲小窗的話,還可以看到多核全部都跑滿了(高負載場景)。
既然連日常低負載場景都要用到八顆核心,那多核效能又怎會無用呢?只要峰值能效優秀,那麽就可以更省力地完成各種任務,換言之就是更省電。
真正沒用的多核效能,應該是那種無腦拉高主頻從而大幅增加功耗的「跑分秀」。下面就來看一下,為了提升能效,多核排程經歷了怎樣的技術演進歷程。
2,DSU 的演進
比較久遠的多核排程方案是 ARM 的big.LITTLE,經典四大核加四小核的CPU核心配置就是基於這個方案的設計。但是,自從2017年Cortex-A75架構首次引入 DynamIQ 技術後,多核排程就開始迎來了高速發展期。
此外,透過這個全新技術,DSU(DynamlQ Shared Unit)不僅可以自由控制每顆核心的開啟和關閉,還能讓每顆核心都跑在自身所需的頻率上。最後,其還具備關閉部份三級緩存的機制,從而實作省電執行。
第二代的 DynamIQ 共享單元被ARM命名為DSU-110,其隨 ARMv9 指令集架構一同於2021年釋出。
這代最多支持的核心數從前代之8個增多至12個,同時所支持的三級緩存最大容量也從前代之4MB擴充套件至16MB。
ARM宣稱DSU-110的總頻寬增加了整整五倍!同時還顯著提高了單核頻寬,並繼續最佳化了三級緩存的漏電問題。
很快,在2023年ARM又推出了第三代際的DSU-120,這代所支持的核心數繼續增大至14個,並將所支持的三級緩存容量翻倍至32MB!繼前代劍指桌面端之後這代進一步深入。
當然常規的最佳化還是少不了,例如這代透過將邏輯、三級緩存、探聽過濾器分割成片(最多8個),與基於雙向環形的拓撲結構連結,從而降低了延遲並允許更高的頻寬。
這代還具備多種節能方案,其中最主要的一種就是,三級緩存池的一半或者全部都可以被關閉! 結合其它節能方案,ARM宣稱這代在空閑或者低負載期間可將功耗降低三分之二!
3,大核之崛起
從上述多核排程共享單元的演進過程可以看出,為了讓多核效能往能效更高的方向前進,ARM可謂花費了不少心思。與此同時,ARM的小核架構卻越來越拉胯了。
ARM的小核連「立身之本」——能效表現都不行了,那豈不是很雞肋?所以最新的天璣9300就將小核給砍了,以往小核的任務就交給中低頻能效表現極佳的A720架構來負責。
可能這種現狀會與很多人的固有印象相悖,畢竟小核能效優秀的印象已經持續了太多年,現在突然就說小核能效不行且大核能效優秀了,一時之間是難以接受的。
沒關系,現在就回想一下當年小核能效優秀的時候,移動端所使用的都是什麽核心架構吧,以及當時的日常使用的都是些什麽場景。
如下圖所示,為當年麒麟920的PPT,其中詳細羅列了在「4+4」大小核架構下,套用執行與CPU占用的關系。表裏的A7是小核架構,A15則為大核架構,皆為十年前的古老架構。
裏面涉及到多核深度參與的場景,主要就是3D大遊戲、拍照、跑分套用;至於主要由A7小核深度參與的,則主要是鵝系套用、網頁瀏覽、網購套用、導航套用、信件套用等場景。
由於這十年來套用膨脹的速度極快,例如以往單純聊天的鵝系套用,現在都已經成為一站式的超級APP,所以這十年來的內核架構進步其實已被榨得差不多了。 大核大部份情況下還可遊刃有余,但效能進步緩慢的小核就直接是不堪重負了。
另外,現在哪部手機不是後台套用一堆的呢?手機廠家之所以不遺余力地堆運存容量,同時註重套用保活,為的就是適應這種現狀——這無疑又為雞肋的小核平添了多重負擔。
總結:
隨著手機端效能需求的不斷膨脹,手機處理器的設計,已經越來越接近桌面端處理器了。例如要適應越來越多的即時多工場景(例如小窗操作),要應付越來越吃效能的3A大作(例如原神和崩鐵)。
此外,有旗艦級傳感器加持之需要超高吞吐量的拍照錄像場景,保活機制健全情況下的大型套用高頻切換場景,這些都是日常會遇到的高負載場景,對於多核效能的需求只多不少。
若是低負載場景,那麽 DSU 就可透過自由調控每個核心的頻率與關閉,以極低功耗處理輕松的任務。此外中負載場景亦無憂,因為大核可以發揮「大馬拉小車」的優勢 ,快速完成任務從而達到省電的效果。
至此,多核排程和負載需求既然都講清楚了,那麽「多核無用」與「效能過剩」這兩種謬論就應該適可而止了吧?芯片設計並非象牙塔工程,而是匹配市場的商業行為 ,所以存在即合理。
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