乘风破浪的多核CPU
圖片來源@視覺中國
文丨 Alter
長時間告別“話題中心”的 CPU 市場,最近發生了幾件大事:
1 月初的時候,AMD 正式公布了銳龍 4000 系列移動處理器,除了呼聲最高的“Zen 2”架構,還將移動處理器帶入了 7nm 時代。
6 月份的蘋果 WWDC 上, 向外界披露了 Arm 架構 Mac 計算機的大量細節,蘋果與英特爾長達 15 年的合作將在 Mac“變芯”后終結。
知名市場調研機構 IDC 也沒閑著,趁勢發布了《多核 CPU 發展趨勢白皮書》,指出多核心是 CPU 提升性能、降低能耗的必然選擇。
看似缺少直接關聯的三件大事,卻讓外界窺見了移動 CPU 市場的現狀:引領創新的旗手已經悄然換了人選,大客戶對“擠牙膏”式的創新失去了耐心,而市場對移動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 似乎正在迎來乘風破浪的新時代。
01 多核化與“性能戰爭”
對于移動 CPU 市場的暗涌,第三方調研機構 IDC 在白皮書中給出了這樣的觀點:
“盤點近十年主流移動 CPU 的發展歷程,核心數常年徘徊在雙核和四核,隨著制程工藝、架構的升級,主流移動 CPU 的核心數已經提升至八核,未來低功耗、高性能的多核 CPU 將成為評價 CPU 綜合性能的最直接 、最鮮明的指標 。”
單從字面上看,IDC 并沒有解釋移動 CPU 市場為何會出現變局,僅僅是對多核化的趨勢進行了注解。如果對 CPU 的進化史稍作了解,理解了 CPU 市場長期存在的“性能戰爭”,以及英特爾與 AMD 此消彼長的賽點,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 市場的標桿,也由此開啟了長達 34 年的“主頻大戰”,CPU 的主頻一路從 KHz 走到 MHz,再然后是越過 GHz 的終點線。主頻不僅主導了 CPU 的技術路線,也潛移默化的影響了消費者的認知,即便是知識儲備不足的數碼小白,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的,主頻越來越高意味著功耗越來越高、發熱也越來越嚴重,終究是一條死胡同。于是從 2006 年開始,英特爾和 AMD 紛紛轉向多核產品的研發,采用多核設計的 CPU 性能可以輕松超越過高主頻的單核產品,并且在發熱和功耗上都有著無可比擬的優勢。
在英特爾和 AMD 的角力下,短短三年半的時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 CPU 市場,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。按照物理學規律,CPU 的制程工藝越小,意味著單個晶體管的尺寸越小,同樣的內核面積可以放下更多的晶體管,同樣的空間內可以增加更多內核;同時制程工藝越小,元件的電容就越小,電流在晶體管中的傳輸距離越短,CPU 的主頻可以進一步提升,功耗也能不斷降低。
也就是說,CPU 的“性能戰爭”開始變得多元化,主頻不再是唯一的衡量標準,CPU 架構所決定的 IPC 性能、工藝制程上的優先級等都將左右 CPU 的“戰斗力”。
英特爾和 AMD 的命運轉折點也在于此,前者仍然止步于 14nm 制程的時代,10nm 工藝尚未進入到量產階段;后者的銳龍 4000 系列已經搶先邁過 7nm 工藝制程的門檻,移動 CPU 的核心數也升級到了八核。
02 市場端的二次加速
至少蘋果已經開始用腳投票。
拋棄英特爾選擇自研,表面上的原因是進一步打通蘋果的應用生態,并畫出了 Mac 電腦上兼容 iOS 和 iPadOS 應用的大餅。同時也出現了另一種聲音:“英特爾過去幾年在芯片上的進步并不明顯,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。”
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,美國市場筆記本電腦的出貨量就首次超過臺式機,到了 2016 年全球筆記本電腦的出貨量達到 15.7 億臺,市場銷量全面超越臺式機,并逐步衍生出了輕薄本、游戲本、商務本等多個細分品類。
IDC 也在《多核 CPU 發展趨勢白皮書》中針對筆記本廠商的訴求進行了深入調研,并細分為平面設計、3D 渲染、視頻剪輯、游戲、移動辦公類和直播六類場景,幾乎囊括了當下筆記本電腦的主流應用場景。其中和移動 CPU 相關的用戶訴求和性能偏好,大致可以歸納為兩個維度:
一是對 CPU 性能的苛刻需求。平面設計場景中 80% 的用戶對多核 CPU 有較高需求,3D 渲染、視頻剪輯、游戲和直播場景對多核 CPU 的需求度普遍在 60% 以上。在這樣一份市場調研數據面前,有關筆記本電腦性能過剩的說法儼然站不住腳,同時也在倒逼英特爾、AMD 等玩家持續優化多核架構,需要不斷優化性能功耗比提升穩定性,在某種程度上預示著制程工藝將成為移動 CPU 的分水嶺。
二是對 GPU 性能的需求提升。無論是平面設計、3D 渲染還是游戲、直播,越來越多的應用場景考驗著顯卡性能,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立顯卡的定位。利好的一幕是,一些移動 CPU 的集成顯卡已經可以匹敵中低端獨顯。也為移動 CPU 的集成能力提出了新的考驗:如何同時降低 GPU 的空間占用和能耗,同樣在逼問移動 CPU 的制程和集成能力。
與之對應的一幕是,華碩、聯想、Dell 等先后在傳統產品線的基礎上,推出了針對新場景和新用戶的輕薄筆記本、游戲筆記本,對移動 CPU 的需求開始強調核心數、穩定性、低功耗和性價比。折射到市場層面,在核心數、制程工藝、性價比等方面占優勢的 AMD 已經成為筆記本電腦廠商的新寵兒。
同樣做出選擇的還有在操作系統層面掌控著話語權的微軟,據最新的基準測試軟件顯示,微軟正在測試搭載 Ryzen 7 4800U 和 Ryzen 5 4500U 處理器的下一代 Surface Laptop,預示著對多核處理器的軟件優化已經提上日程。
03 行業正在重新洗牌
種種信號顯示,移動 CPU 市場正在迎來新的變局。
或許在市場份額上,英特爾依然是短時間內無法超越的“龐然大物”,不僅體量遠超 AMD,營收、市值、渠道等都大幅領先于 AMD。只是在藍色巨人統治下的 CPU 市場,早已有了死氣沉沉的跡象。
把時間撥回到 2015 年 8 月,風頭正盛的英特爾發布了代號“Skylake”的新一代 CPU 系統架構,雖然彼時的 i7 產品線延續了四核八線程的規格,卻也宣告英特爾正式進入到 14nm 制程的時代。
如果遵循英特爾在 2007 年提出的 Tick-Tock 模式,每兩年進行一次制程工藝的進步,在 2017 年就應該量產 10nm 工藝的芯片。出乎預料的是,英特爾此后的架構和制程陷入了創新停滯的困境,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 全面翻盤的機會。
2017 年,市場沒等到英特爾 10nm 制程的芯片,但等來了 AMD 采用全新 ZEN 架構的處理器銳龍(Ryzen),在核心數量上比英特爾有著絕對優勢,同時汲取了“Bulldozer”架構的教訓,在功耗上比同級別的英特爾處理器更低。
讓英特爾始料未及的是,升級后的 ZEN 2 架構,在性能上已經不輸于 Skylake,與臺積電合作的 7nm 工藝在核心數、能耗方面表現出色,AMD 撬開了原本被英特爾獨占的筆記本市場。一組對比數據顯示:AMD 采用“Zen 2”架構的移動 CPU,低壓型號的性能就足以和英特爾的標壓產品對抗,而且標壓型號的處理器同樣有8—10 小時的續航,同等性能的英特爾處理器續航可能不足三個小時。
相似的情景發生在 2004 年,時任英特爾 CEO 克瑞格·貝瑞特在一場行業會議上為奔騰 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。結果是幸運的,CPU 行業走向了多核化,英特爾也成功捍衛了在處理器市場的份額和行業地位。
只是當 AMD 再次跑在了英特爾的前面,并在筆記本領域大肆搶奪市場份額的時候,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 與臺積電推進 5nm 芯片的消息此起彼伏,留給英特爾的時間并不寬裕。
有如 IBM、德州儀器等玩家的落幕,這個市場從來都不存在所謂的穩定與平衡,有人崛起,有人失勢,近乎常態。
04 寫在最后
回到用戶的立場上,移動 CPU 市場的風云變幻終歸不是個壞消息。
技術賽道的較量本就充滿不確定性,押對了方向不難逆風翻盤,做錯了決策也可能面臨瀕死時刻。曾經的 AMD 也曾命懸一線,被迫“賣樓”來尋求研發資金。當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 行業在過去四十多年中破浪前行,當多核化再次成為市場共識,AMD 倒逼英特爾進行創新的時候,或許也是 CPU 行業又一次乘風破浪,邁向下一個高光時刻的新起點。
注:部分數據引自 IDC《多核 CPU 發展趨勢報告》
總結
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