當(dāng)有人問(wèn)你，為什么電腦的CPU不設(shè)計(jì)成大小核，你會(huì)想到什么?當(dāng)小編聽(tīng)到這個(gè)問(wèn)題時(shí)，第一想到的是功耗，畢竟即使是筆記本電腦，也沒(méi)有手機(jī)那樣長(zhǎng)的續(xù)航要求。但只有這一個(gè)原因嗎?

眾所周知，現(xiàn)在手機(jī)里用的Arm SoC采用的是big.LITTLE大小核架構(gòu)，也就是在一個(gè)SoC里面包含了幾個(gè)高性能核心和幾個(gè)高能效核心。但英特爾也有凌動(dòng)(Atom)和酷睿(Core)兩種CPU(AMD也有類似產(chǎn)品線)，為什么就遲遲沒(méi)把它們做在一起呢?這個(gè)問(wèn)題其實(shí)早就有網(wǎng)友討論過(guò)，EDN小編現(xiàn)在在這里做個(gè)整理，看看有哪些說(shuō)法靠譜。

四點(diǎn)想法以及指正

先看看下面某網(wǎng)友的幾個(gè)想法以及另一名網(wǎng)友的指正：

Intel不做大小核是因?yàn)檫@一點(diǎn)?

下面我們看看知乎網(wǎng)友北極談的幾點(diǎn)想法。他表示，首先有幾個(gè)事實(shí)必須要明確：

1. Intel也有低功耗的需求場(chǎng)景，Intel也做物聯(lián)網(wǎng)和低功耗設(shè)備。

2. Intel有足夠的技術(shù)能力設(shè)計(jì)出大小核的CPU。

3. Intel產(chǎn)品強(qiáng)調(diào)的是兼容性和產(chǎn)品的延續(xù)性——這是重點(diǎn)。

所以，所有在講不需要關(guān)注功耗、睿頻能解決功耗、ATOM架構(gòu)功耗低的回答都是片面的。

首先，前兩條一起來(lái)說(shuō)：不管是需求方面，還是設(shè)計(jì)能力，Intel都有對(duì)應(yīng)的市場(chǎng)和相應(yīng)的技術(shù)能力。Intel有做物聯(lián)網(wǎng)方面的需求，也有極低功耗的設(shè)備的需求，至于對(duì)應(yīng)的技術(shù)能力，Intel更是沒(méi)問(wèn)題，大小核又不是多復(fù)雜的東西，異構(gòu)多核都能做出來(lái)，況且Intel還收購(gòu)了Altera——本身就是沖著異構(gòu)多核去發(fā)展的，做不出來(lái)是不可能的，況且在小核上真就搞不出SIMD指令?真要做，Intel會(huì)沒(méi)這個(gè)實(shí)力?

那么，Intel不做大小核的原因，無(wú)非就是一點(diǎn)：跟現(xiàn)有的產(chǎn)品特性不一致，在兼容性和延續(xù)性上達(dá)不到Intel的要求——不管是產(chǎn)品特性還是企業(yè)發(fā)展本身。

其實(shí)很多人在討論功耗的時(shí)候，多數(shù)情況下只關(guān)注到了頻率這一項(xiàng)。確實(shí)，根據(jù)公式，主頻確實(shí)是影響功耗的一個(gè)關(guān)鍵因素，但僅僅只有主頻嗎?有人會(huì)提到Intel是CISC，Arm是RISC，架構(gòu)不一樣，但同為RISC的MIPS和PPC功耗并不低，況且Arm也嘗試進(jìn)軍服務(wù)器市場(chǎng)，Arm的服務(wù)器級(jí)別的CPU功耗一樣很高。況且Intel的睿頻也并不能像Arm那樣降低多少功耗，Arm的大核是小核的性能的一倍多，功耗只有10%多一些，但I(xiàn)ntel的睿頻差距能達(dá)到4倍甚至更多，功耗差距卻沒(méi)Arm那么大。真要考慮算力功耗比，顯卡可比CPU省電多了。所以主頻只是影響功耗的一方面，還有別的因素影響了功耗。

在Intel和Arm的架構(gòu)上，對(duì)于編寫操作系統(tǒng)的人來(lái)說(shuō)，最明顯的區(qū)別是對(duì)于cache的處理，看CPU的結(jié)構(gòu)圖，cache占的地方基本上是最大的，功耗方面，cache也是的大頭，并且多數(shù)情況下，除了L1 cache以外，cache多數(shù)都是共享的，那么即使某個(gè)核心關(guān)掉了，cache也不能關(guān)。

cache對(duì)功耗的影響是很大的。在Arm上寫驅(qū)動(dòng)和操作系統(tǒng)，需要很小心的維護(hù)cache的一致性，否則就容易出錯(cuò)，而在x86上寫操作系統(tǒng)就相對(duì)簡(jiǎn)單的多。

除了cache的問(wèn)題，還有像memory ordering這類的區(qū)別。

在現(xiàn)代的CPU里，這些區(qū)別其實(shí)是功耗的大頭，而Intel和Arm的最大不同也就是這些。主頻降下來(lái)很容易，架構(gòu)改變很難。

如果Intel的cache需要像Arm一樣不友好，那么Intel的CPU也許會(huì)很省電，但寫操作系統(tǒng)的人肯定會(huì)罵娘——難用、兼容性差，老代碼跑起來(lái)會(huì)有問(wèn)題。

大小核看上去很美好，但核間遷移的效率極低，過(guò)去甚至需要以毫秒計(jì)算，要知道CPU的指令都是納秒級(jí)的。

所以，假設(shè)Intel做了大小核，如果仍然沿用現(xiàn)有的cache設(shè)計(jì)和內(nèi)存模型，那么功耗并不會(huì)降低多少，因?yàn)镮ntel CPU即使降低主頻也不會(huì)多省電——這就是睿頻的思路。

況且核間遷移是一個(gè)很考驗(yàn)cache設(shè)計(jì)的問(wèn)題，Intel的cache設(shè)計(jì)已經(jīng)是很復(fù)雜了，比Arm復(fù)雜的多。

所以，是這些兼容性和產(chǎn)品特性的問(wèn)題，導(dǎo)致了Intel不會(huì)選擇做大小核——不是做不出來(lái)，也不是不值得做，真要做出來(lái)，也肯定不叫x86，而是別的名字。

Intel不做大小核，

是因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)不支持

下面，我們?cè)賮?lái)看下這個(gè)說(shuō)法，EDN小編認(rèn)為這個(gè)可能最靠譜。

Intel要做大小核，實(shí)際受制于操作系統(tǒng)。Windows一直支持同構(gòu)多處理器架構(gòu)(SMP)，直到Windows 10才開始支持異構(gòu)多處理器架構(gòu)(HMP)，并且針對(duì)的主要還是使用Arm big.LITTLE的移動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于桌面系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，功耗并不是個(gè)大問(wèn)題。而且，大多數(shù)應(yīng)用希望每個(gè)核心具有相似的性能特性，并且HMP系統(tǒng)的調(diào)度過(guò)程比傳統(tǒng)的SMP系統(tǒng)要復(fù)雜得多。

此外，目前大多數(shù)臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦的處理器在某些核心需要快速運(yùn)行，甚至是有短時(shí)突發(fā)的情況下，也不用擔(dān)心會(huì)出現(xiàn)散熱或者電氣問(wèn)題。真正遇到的瓶頸是如何提高單個(gè)核心性能，而大小核設(shè)計(jì)并不能讓大核跑得更快。

雖然x86處理器也可以通過(guò)采用大小核設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化重載應(yīng)用，但這會(huì)使處理器的設(shè)計(jì)復(fù)雜性攀升，并有可能遇到應(yīng)用不支持或指令不兼容的情況。

大多數(shù)Windows下的多線程應(yīng)用都假設(shè)每個(gè)內(nèi)核的性能水平相同或幾乎相同，并且可以執(zhí)行相同的指令。因此，這種不對(duì)稱性可能會(huì)導(dǎo)致性能不佳，甚至如果它使用了小核不支持的指令，還有可能崩潰。雖然英特爾可以通過(guò)修改小核，添加高級(jí)指令支持，但這不能解決異構(gòu)處理器的軟件支持問(wèn)題。

桌面CPU不是

不采用大小核設(shè)計(jì)，

而是即將采用大小核設(shè)計(jì)

知乎網(wǎng)友長(zhǎng)生天尊的觀點(diǎn)是，桌面CPU并不是不采用大小核心設(shè)計(jì)，而是即將采用大小核心設(shè)計(jì)，因?yàn)槿魏螝v史發(fā)展都是有慣性的，即使是CPU設(shè)計(jì)，也是有架構(gòu)的慣性?？傄腥讼仍囁?，后面跟上。

大小核心的優(yōu)點(diǎn)在于低成本、功耗管理、單個(gè)die片面積小。缺點(diǎn)在于核心間通信延遲。

電腦CPU的架構(gòu)不是一天就進(jìn)化出來(lái)的。從1978到2018足足40年時(shí)間里面，x86不僅要進(jìn)行架構(gòu)上的演變，還要保持對(duì)軟件硬件的前向兼容問(wèn)題。x86/X64的成功往往不是因?yàn)榧軜?gòu)設(shè)計(jì)的先進(jìn)，反而是架構(gòu)設(shè)計(jì)的落后但兼容所帶來(lái)的成功。而那些架構(gòu)優(yōu)于Intel的RISC、MIPS但不能保證兼容的新架構(gòu)都死在了沙灘上。

1. 從1978-1986年是CPU架構(gòu)草創(chuàng)時(shí)代，這個(gè)時(shí)代CPU的性能主要由架構(gòu)決定，在這時(shí)代的CPU架構(gòu)百花齊放，x86才是眾多CPU設(shè)計(jì)中的一位小老弟，這時(shí)候的Digitial VAX-11/780才5MHz速度，而Intel的20286 80386并未形成技術(shù)上的護(hù)城河，Intel多虧了IBM的提攜才迅速的在家用機(jī)市場(chǎng)上普及，這時(shí)候的服務(wù)器市場(chǎng)依舊是IBM的PowerPC時(shí)代。

2. 從1986-2002年是主頻加速時(shí)代，即MIPS M2000 Intel 80486到Digital Alpha 21064、Dighital Alpha、Intel Pentium III 1000MHz，這個(gè)時(shí)代的CPU致力于以單核心、長(zhǎng)流水線、超標(biāo)量、亂序執(zhí)行、主頻加速的方式來(lái)提升性能，比如Intel Pentium的2路超標(biāo)量64位總線、Pentium Pro的亂序3路超標(biāo)量、Pentium4的亂序流水線、片上L2緩存。直到Intel的奔騰系列達(dá)到4.0GHz之后撞上了功耗墻大家才發(fā)現(xiàn)，單核心的限制無(wú)法避免。最終業(yè)界普遍認(rèn)為，單個(gè)核心的設(shè)計(jì)頻率最好不要達(dá)到5GHz以上。

3. 從2002至今是多核心加速性能時(shí)代，從AMD的K6雙核心開始，CPU進(jìn)入了多核心加速時(shí)代，開始了L3緩存和Turbo睿頻，與其說(shuō)電腦CPU不采用大小核心設(shè)計(jì)，不如說(shuō)說(shuō)Arm這家企業(yè)。

Arm以前是做低功耗處理器的，而手機(jī)的A7x系列設(shè)計(jì)則是在千禧年之后的事情，這意味著Arm SoC在設(shè)計(jì)之初就可以吸收多核心發(fā)展的思想，結(jié)合著自己獨(dú)特的電源管理能力，這意味著Arm開始時(shí)就是沖著省電多核心設(shè)計(jì)去的。

再加上Apple和Google兩家公司對(duì)Arm架構(gòu)的情有獨(dú)鐘，唯一指定，使得Arm最終在手機(jī)芯片領(lǐng)域的崛起，但實(shí)際上這種崛起不是必然的，比如智能手機(jī)的發(fā)明者喬布斯，最開始找到的是Intel，Google最開始也是找到的Intel，但是Intel看不起手機(jī)市場(chǎng)，使得凌動(dòng)系列錯(cuò)失了手機(jī)智能化浪潮的發(fā)展機(jī)會(huì)，而AMD則由于資金問(wèn)題不得不將移動(dòng)CPU賣給了高通。

但這是個(gè)多核的時(shí)代，大小核心設(shè)計(jì)的確擁有潛力。

只要能夠解決通信延遲，單pcb版上多核心必然會(huì)重見(jiàn)天日。

英特爾大小核SoC

即將投產(chǎn)，會(huì)否應(yīng)

用到電腦上面?

最后，再來(lái)看看英特爾最近這條新聞。

英特爾在本屆CES展會(huì)上所展出的產(chǎn)品主要跟移動(dòng)相關(guān)。首先，英特爾再次確認(rèn)使用大小核架構(gòu)以及3D封裝的Lakefield處理器今年內(nèi)投產(chǎn)，大核是1個(gè)Sunny Cove高性能核心，小核是4個(gè)Atom內(nèi)核。同時(shí)會(huì)使用英特爾創(chuàng)新的3D封裝Foreros技術(shù)整合在一起。此外，英特爾推出了“雅典娜”筆記本計(jì)劃……

具體哪些產(chǎn)品會(huì)使用這款處理器還不得而知，最可能的還是移動(dòng)設(shè)備，比如二合一筆記本等對(duì)續(xù)航要求較高的產(chǎn)品。

所以，最終電腦CPU是否也會(huì)采用大小核架構(gòu)，讓我們拭目以待。