作为计算机中的大脑,CPU的重要性不言喻。随着技术的发展,CPU从最新的单核,到多线程设计,再到后面的双核、四核、八核……CPU的核心数量越来越多,性能也越来越强。


(相关资料图)

不过,从代号为Alder Lake的英特尔第 12 代酷睿(Core)处理器开始, 我们发现英特尔开始在一个 CPU当中封装了两种不同类型的内核:E 核和 P 核,俗称大小核,这样的设计一直延续到最近发布的英特尔第13代酷睿处理器上。

那么,英特尔为何要在一个处理器中内置两个内核?它们之间是如何进行工作的呢?给用户带来了哪些不一样的体验呢?

大/小核设计的起因

众所周知,在代号为Alder Lake的英特尔第 12 代酷睿(Core)处理器之前,英特尔在一个芯片中布局的多个内核都具有相同的时钟频率,每个核心的性能也完全相同。这样的设计虽然让处理器拥有很高的性能表现,但同样也使得处理器的功耗居高不下,尤其是在一些较低负载的工作时,处理器TDP仍旧过高,造成了不小的浪费。

实际上,大/小核的设计并不是来自于英特尔,而且来自于Arm架构的芯片。Arm架构当初的设计思路就是在一个芯片内采用大、小两组不同的内核,大核主要用来处理较重的工作负载,小核主要处理占用后台的轻量负载。这样的组合,不但能够很好的提高芯片的性能,而且让处理器拥有更高的能耗比。

从第12代酷睿(Core)处理器开始,为了更好的提高处理器的能效,英特尔也开始效仿Arm的这种芯片设计思路,并开始在笔记本专用的处理器上最先采用E核和P核的芯片,这样能够更好的降低笔记本电脑CPU芯片的功耗,并提高CPU的整体性能。据了解,英特尔开始将移动的Lakefield芯片中采用大/小核的设计,采用了 Foveros 3D 封装技术,酷睿i5-L16G7和酷睿i3-L13G4就是最早的大/小核芯片,采用一个P核和四个E核的架构。当然,最初的大/小核芯片在性能上喜忧参半,但从Alder Lake的英特尔第 12 代酷睿(Core)处理器开始,一直到最新的Raptor Lake,得到了用户的广泛认可。

有传闻显示,英特尔的主要竞争对手之一,AMD也会上大小核设计,甚至已经申请了相关技术专利,传闻称未来的Zen5会搭档精简版的Zen4D,但一直没有确凿证据。

大/小核之间的工作原理

在英特尔第 12 代酷睿处理器之后的产品中,主要有P与E两个内核组成,其中P内核是性能核,也是最主要的内核,主要用于处理较大的工作负载。P内核拥有较高的时钟频率,非常全面的指令集,因此性能也相对比较强劲,能够完成大部分较重的工作任务。

在英特尔第 12 代酷睿处理器和第 13 代酷睿处理器上,P内核基于英特尔的Golden Cove或Raptor Cove微架构,拥有出色的单核性能,并具备英特尔的超线程技术,这就意味着一个核心拥有两个线程,以更好的处理工作负载。当然,P内核由于性能强大,因此也有着较高的功耗。

E 核作为P核的辅助,面积要比 P 核更小,性能也更弱,功耗也更低。当然,作为处理多核工作负载和其他类型的后台任务,E核并不需要太强大的性能,更加看重的是功率效率和实现每瓦最佳性能。在英特尔的第 12 代和第 13 代酷睿处理器上,E 内核均基于英特尔的 Gracemont 微架构。

通过采用了大小核心的设计,从第 12 代酷睿处理器开始,性能和功耗有了更好的改善。根据英特尔对外公布的数据显示,第 12 代CPU芯片中,相比第11代CPU, P 内核提供的性能高达 19%,E内核与Skylake芯片相同的功率下提供40%的性能。值得注意的是,Skylake架构于2015年推出,时至今日仍旧有很多电脑采用此款芯片。

写在最后:双内核设计或将成为未来主流

受限于尺寸和制程工艺,CPU的性能提升越来越慢,而随着节能要求的不断提高,如何降低CPU功耗的同时,提高性能成为摆在芯片厂商面前的主要挑战。

虽然大/小核的设计并不是什么新鲜的产物,但不得不说,这种能够实现工作性能与功耗之间平衡的设计思路,的确有着很强的优势,尤其是在企业的办公场景中,优势更加明显。不难预测,大/小核设计,将成为未来芯片设计的主流方向。

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