智能手机SoC的“大小核”,正面临新一轮的剧变

最初的“大小核”CPU,曾经被视作笑话


早在2013年的第二季度,三星方面发布了一款名为Exynos 5410的芯片。事实上,这也业内首款定位旗舰的八核手机处理器方案。但这款“旗舰八核”SoC在当时口碑却并不算好,甚至在许多用户看来,Exynos5410的实际体验还不如高通同期推出的四核方案,也就是大名鼎鼎的骁龙800。

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为什么会这样?关键就在于Exynos5410采用了初代的“大小核”CPU设计,其CPU部分是由四颗Cortex-A15和四颗Cortex-A7组成。其中Cortex-A15是ARM最早的“超大核”设计,虽然理论性能很高,但功耗也相当“爆炸”,而Cortex-A7作为最早的“能效核”,性能则又不太够用。


再加上三星在这款主控上使用了不成熟的CPU调度方案(要么只用大核、要么只能用小核,而且无法单独开启或关闭单个核心),就导致Exynos 5410根本无法发挥“八核同开”的性能。它要么处于四个Cortex-A15全开、功耗过高的状态,要么就只有四个Cortex-A7在工作、性能根本不够用。


相比之下,同期的高通骁龙600/800虽然只有四个CPU核心,但其四核架构源自“魔改”的Cortex-A8,在性能与功耗上反而平衡得更好,用户口碑更佳也就不奇怪了。

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或许正是因为意识到了彼时自家“超大核”的不靠谱,ARM先是推出了基于Cortex-A9衍生的新“大核”Cortex-A12。此后他们还给Cortex-A12加上了“大小核”功能,使得其能够与Cortex-A7搭配组成异构多核设计,并将这个新的“大核”命名为Cortex-A17。


然而仅仅在几个月后,苹果的iPhone 5S发布,整个业界都被新的64位移动处理器转移了注意力。于是“末代32位大核”Cortex-A17也就草草收尾,仅留下了联发科MT6595T在魅族MX4上大放异彩的身影。


“大中小”的三丛集架构,如今已成为主流


当然,ARM并不没有忘记Cortex-A15在移动端遭遇的惨剧。所以在此后的很多年里,都没有再在手机上出现“超大核”CPU架构,即便是后来的Cortex-A73、Cortex-A76等,本质上都只能算是兼顾了能效比的“大核”。

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直到2021年的骁龙888首发Cortex-X1、Cortex-A78、Cortex-A55的全新三从集架构,智能手机SoC中的CPU设计,才算是重新迎来了“超大核”。而“超大核”、“大核”、“小核”这样搭配,也很快在整个业界成为主流。


可能有的朋友这时候会说,不对呀,Cortex-X系列超大核至今都基本上只有顶级旗舰才能用上,怎么能够叫做“风行”呢?


其实如今在整个市场中,许多中端、中高端的智能手机SoC虽然没有用大到“真正的”超大核,但在它们的CPU大核里总会有一个核心比其他所有核心的主频更高,有时甚至这个核心还会有额外更大缓存配置。这就是典型用增强版的“大核”,在一定程度上来“模拟”超大核的做法。

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这种做法会带来两个方面的好处,一是可以更好的控制成本、同时拉升芯片的峰值单核(跑分)性能,另一个就是它使得此类“非旗舰”平台也能适用于“三丛集CPU”的程序调度优化,因为这样一来,大家就相当于都有了“超大核、大核和小核”,开发者就不需要考虑旗舰与非旗舰机型之间的调度逻辑差异了。


手机多核设计再生变,新的调整或即将到来


但就在最近这一两年内,此事有可能会变得再次复杂起来。一方面,目前在骁龙8 Gen2上高通首创了“Cortex-X3、Cortex-A715、Cortex-A710、Cortex-A510v2”的四丛集架构,不仅混搭了两种不同设计的大核,而且将“超大核、大核、小核”的比例改为了1:4:3,首次降低了小核的占比。

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并且相关爆料显示,下一代的骁龙8 Gen3或将完全转向纯64位架构,同时进一步将核心比例变更为“1:5:2”。也就是说,它的小核可能会只剩下2个、而大核则进一步增加。这就将会带来两个方面的改变,一是使得骁龙8 Gen3的多核性能相比目前的骁龙8 Gen2再次增加20%,其次就是促使开发者在应用适配方面进一步“放弃”小核,更积极的去使用那大核和超大核。


这还没完,日前有消息表明,到了2024年,高通方面或将时隔多年再次转向完全自研的CPU架构。届时的骁龙8 Gen4可能将使用“2*Phoenix I+6* Phoenix M”的CPU架构,也就是两颗自研超大核加上六颗自研大核,彻底的淘汰小核心。

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那么这意味着什么?首先根据现有的爆料,骁龙8 Gen4目前的工程版本单核性能比骁龙8 Gen3提升了15%,多核性能更是暴涨40%。预期最终的量产版本性能极有可能还会更高。所以它或将意味着一次巨大的、飞跃式的体验进步,远远地将届时的“老旗舰机”全部甩在身后。


然而考虑到骁龙8 Gen4这样的CPU架构,我们还能得到其他的一些信息。那就是在高通的自研CPU架构中,无论“超大核”、还是“大核”都可能有着比ARM届时的“公版”架构,在能效比方面的表现优秀得多。因为若非如此,高通想必也不会完全在新的设计里舍弃“小核”。

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但这样一来,一个新的问题也就凸显出来了。一方面,高通这几年连续削减“小核”的比重,势必会影响到部分开发者的优化思路。特别是对于大型手游来说,它们就有极大的概率会更积极的跑在“大核”、甚至是“超大核”上。


更不要说如果高通未来大范围转向自研架构,那么可以预想的是,他们的竞争对手为了与其一较高下,也有可能会推出“无小核”或者是小核数量较少、大核占比更高的SoC。


但从另一方面来看,显然不可能指望所有的移动端SoC都在CPU中淘汰“小核”,例如智能手表、智能音箱这样的功耗敏感型设备,或是对于那些入门级智能手机来说,它们届时极有可能还是不得不采用以小核心为主的CPU设计。


于是乎,可想而知的是,这种“旗舰”与“低端产品”之间的巨大CPU架构差异,势必会造成开发者和消费者的困扰。至于届时的情况会是新的“全大核”旗舰SoC得不到充分的优化,还是依然以“小核”为主打的设备成为这一轮性能升级的炮灰,暂时就不得而知了。


【本文图片来自网络】

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