手机芯片制成 手机芯片温控功耗简评 联发科CorePilot优势明显
已近年底,各地都迎来了大范围的降温。在移动终端用户圈中每年都流传的一个“季节性”话题又冒了出来。“天冷了,手好冻,怎么办?”“很好办耶,拿出你的手机,打开跑分软件,放在手中循环跑分,保证一会儿就暖和起来~”
当然这只是一个玩笑,但也从侧面反映了手机发热已经在大家脑海中形成了一个根深蒂固的印象,但换个角度来想,其实大家关注手机的发热问题不无理由,毕竟当下智能手机在生活中的作用越来越大,其核心早已经由单纯的通讯变为“随时通联”,并且手机运算也从单纯的单核1GHz发展到多核多架构,甚至可实现最高3.
0GHz的主频,性能飞速提升的同时也带来了一些问题,其中最显著的就是功耗和发热问题,所以用户对手机设备的稳定性提出了更高的要求。
事实上影响手机发热的问题其实有很多,但CPU作为代表手机性能的核心模块,它很大程度上会直接影响手机的温控问题。但如何解决手机处理器的性能运算与功耗发热这两者的问题?当然上游芯片IC厂商以及在为之不断努力,从目前来看,降低手机处理器功耗和减少发热的方法在传统方式上大概有三种。
1.主动降频
现在的手机处理器为了满足厂商的营销需求,官方标注的CPU主频从 1.0GHz 到 2.8GHz 都有,甚至未来手机主频还会继续往上提升。当然主频持续提升的目的自然是为了进一步发挥CPU的性能。不过在其他因素不变的前提下,单纯的提高高主频必然会导致更高的功耗,所以又想要提升主频,又不想手机功耗太大,其中一个简单粗暴的方法就是在实际使用中把CPU的主频做降低处理,也就是所谓的“降频”。
举例来说,某手机CPU的最高主频可以达到 2.5GHz,但实际上在 2.5GHz满频状态下运行的使用场景和时间都十分有限,大部分只在跑分以及运用大型应用或游戏的特定功能时,并且这个性能和功耗峰值维持的时间也是十分有限。
所以在大多数的时间下,例如聊天、邮件、通信等,这颗CPU只会在较低的主频下运行,毕竟这些使用场景对性能的要求相对较低,所以通过 CPU 内部的控制程序在保证用户体验的前提下,把CPU主频降到一个较低的水平是目前降低功耗较常见的做法。
当然,这种主动降频的方式固然能够在短时间内大幅度的降低功耗和发热,但所带来的用户体验滑坡也是“立竿见影”。试想下,当用户正在激烈的进行“吃鸡”、王者荣耀这一类的游戏时,处理器正火力全开,可是突然因为过热而达到了频率的阈值,所以有可能我们在游戏的关键时刻,处理器不得已进行降频,而随之也带来游戏画面的卡顿丢帧,这是多么让人丧气的事,所以单纯的降频方式并不能给用户完美体验。
2.更先进的制程工艺
相比于降频,通过改善制程工艺带来的性能和功耗红利则好得多。简单来说,移动CPU(处理器)就是由不同材料制成的许多 “层” 堆叠起来的电路,里面包含了晶体管、电阻器、以及电容器等微小元件。这些元器件之间的间距越小,可以排布在整颗芯片上的元器件就能更多,而晶体管之间的电容也会更低,从而提升它们的开关频率。
由于晶体管在切换电子信号时的动态功率消耗与电容成正比,所以拥有更大的元器件排布可以在速度更快的同时,做到更加省电,而制程工艺的提升就是增加元器件排布的数量。
所以靠着制程工艺来扼制处理器功耗的方式是目前业内公认的做法,这相比降频来说也靠谱得多,毕竟是从硬件方面去实现的优化。不过它也有着经典的“翻车”案例,例如业界无人不知的高通“火龙810”来说,在当时高通公司拿出了公版的顶级大小核心方案,使用了4个A57大核和4个A53小核的架构,但是却糟糕的选择了当时台积电的20nm制程工艺,而当时台积电的工艺还不足以应对这种规格的处理器设计方案,导致其温控问题备受吐槽。
所以不够先进的工艺以及“过于高烧的反应堆”导致此类SoC一用起来就发热不止,并且一发热就直接导致大核心的关闭,用户使用卡顿感随之而来。但关注手机芯片行业的应该都知道,制程工艺对于整个芯片行业来说,目前还是一个相对紧张的资源。每年顶级制程工艺产能都被苹果这样的巨头独占了,其他芯片公司只能进行“排号”,并且还要负担巨额的成本费用,所以选择对的制程工艺也是个技术活。
3.新的自主调度方式
相较于第一种暴力降频给用户带来的体验崩塌以及第二种“把半条命交给最新工艺”来进行降低功耗的方式来说,现在的IC厂商更倾向于自主设计符合潮流趋势的手机芯片架构,能够根据用户所执行的工作任务进行灵活调度,依据运载任务的轻重分配最适当的运算能耗。在这一部分,我们注意到“低调”的联发科其实做的不错。
这些年联发科系列芯片或许仍有需要改进之处,但它对温度控制和功耗续航的改进却一直备受用户肯定,而这实际上跟联发科自研的CorePilot技术有关。以最新的CorePilot 多任务演算技术为例,据悉其使用ACAO( All Cores Always On)让 CPU各核心能在未被分配工作的时候仍保持随时待命,通过算法帮助处理器智能任务调度系统做统筹,统一规划和调度各任务的运行,当需要庞大算力的时候让大核处理器立刻加入工作无需等待,当算力需求变小的时候可以轻松转移工作给小核处理器,配合最新的ARM核心版本v8.
2所具备的Dynamic IQ Shared Unit (DSU)各核心之间工作可以无缝切换。
当然如果只是这样,或许还不能呈现完整水平,因为很多应用都有每帧画面最低需求,这一点CorePilot也考虑进去,例如它可以搭配联发科自研技术,以每帧画面为单位安排资源合理运行,包含图形、基带等,使影片播放等能做到以每帧画面稳定为目标的稳帧效果。
所以简单来说CorePilot其实可以看成是CPU里指挥协管的角色,体验监测、智能任务调度、性能优化都是它在分配,所以它能够灵活的控制CPU与GPU之间的协同工作,根据不同的使用场景进行智能调配,例如它会根据系统分析你是在看书还是在回邮件,或者是在聊微信打游戏等,然后它会按照某个时间点的任务重要性进行优先级排序处理,并进一步分析系统的反馈,比如当前的显示帧率、系统前台正在运行的任务,以及急需高性能的操作行为等。
这样的场景你甚至可以联想到,拥挤的十字路口车来车往,大小汽车都有,甚至还有应急救灾,而CorePilot就是路中央的交警指挥。
得益于CorePilot技术的智能分配,在稳定帧率的前提下,智能控制温度,则不会出现卡顿问题。联发科系列芯片在温控方面始终有不错的优势,而另笔者对这家企业刮目相看的是,联发科的CorePilot竟然已经同联发科的AI专核(联发科P60/P70均搭载AI专核芯片)相互结合,依靠算法和AI智能运算,可以比以往更高效的调节处理器和各大块硬件之间的运行和切换,例如当你在观看时长2小时的电影时,系统就会自动分配适合观影的性能,当你电影结束后需要去跑步适,系统又会分配更轻量的运动模式,针对你的生活进行性能定制化分配,使手机的能效表现最优化。
当然笔者认为CorePilot和AI结合的优点不仅满足了当下,而且还提前布局未来,这也是联发科提前下的一步棋。例如接下来大规模爆发的5G、AI人工智能新技术等,这些功能应用在手机上势必会带来更大的续航和温控问题,而联发科的智能运算核心分配、AI专核、灵活任务调配等会进一步针对这些新特性进行优化,所以联发科的品牌前瞻性和技术实力确实还是不错的,之前其在网络上被污名为“一核有难,九核围观”,如今看来确实是冤屈了。
目前消费者对手机性能已经有了一个理性的认知,并且先进制程技术也面临一个瓶颈期,所以有越来越多的芯片企业开始重视处理器内部多任务调度的智能算法,而不迷信制程工艺和暴力降频这样的做法。目前联发科在温控和续航这方面算是处理器的标杆,其做法值得点赞和认可,毕竟在电池技术没有突破性发展以及手机使用需求越来越大的情况下,续航和功耗仍是消费者最为关注的问题。
