Intel混核架構的「效能核心」與「效率核心」,與Arm處理器大小核設計有何不同?

Intel混核架構的「效能核心」與「效率核心」,與Arm處理器大小核設計有何不同?

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若要談到 Intel 第12代處理器最大的改變,莫過於顛覆x64 CPU 傳統的「混核架構」。Alder Lake 處理器透過「效能核心」(Performance Core,簡稱 P-Core )與「效率核心」(Efficient Core,簡稱 E-Core )組成,兩種核心在系統的調度下互相協調工作,試圖找到高效能運算與功耗、發熱之間的平衡。而這種設計,過去也被大家習慣性地稱為「大小核」。

新架構不應被視為大小核

通常外界在描述處理器領域混合式架構時,會導入ARM所帶來的觀念,將其稱為「大小核」。但是,Intel 指出利用「大小核」來解釋 Intel 所推出的x86混核架構,例如本次的 Alder Lake CPU,事實上不夠精確也不太正確。

Intel 表示,效能核心與效率核心所具備的功能完全相同,並非如同ARM架構的大小核一樣,在特定功能性上會有所差異。換句話說,Intel x86混核架構的 P-Core 與 E-Core,無論數量、組合如何搭配,它們全都是「完整的核心」,並沒有等級階層之分,它們能夠平等且高度相容所有運算任務。

在這種異構架構中,P-Core,即所謂的大核主要通過高頻率與超執行緒負責重負載任務;而E-Core,即所謂的小核則主要負責較輕負載任務,以及多執行緒性能吞吐與協同能力。

同時,P-Core與E-Core採用了不同的微架構設計,前者為全新的Golden Cove微架構,後者為Gracemont微架構。

我們都知道,在ARM架構下,一個核心主要負責性能,另一個核心主要負責低能耗,因此被使用者稱為大小核設計。由於ARM架構主要是針對行動平台,如智慧型手機、平板電腦等,因此其大小核相對而言,更加要解決的是能耗這一部分的問題,畢竟對於這些行動端設備來說,低能耗、長續航、低熱量是首先需要解決的問題。

Intel混核架構的「效能核心」與「效率核心」,與Arm處理器大小核設計有何不同?

但是對於PC而言,尤其是電競筆電或桌機來說,本身其實並不存在功耗和散熱方面的擔憂,因此Intel P-Core+-E-Core混合架構設計,並不等同於ARM架構的大小核。

其實就「大小核」來說,首先要清楚的一點是,在一個大小核架構下,大核是相對於小核而大的,小核是相對於大核而小的,如果跨越系統平台去單純說小核一定就小,大核一定就大,無疑是不夠嚴謹的。

那麼Intel的「大小核」與ARM的大小核究竟有何不同呢?

Intel混核架構的「效能核心」與「效率核心」,與Arm處理器大小核設計有何不同?

首先12代CoreAlder Lake的E-Core並不是單純的「小核心」。因為在Intel體系下,Gracemont微架構的E-Core承擔的是協同性的多執行緒吞吐性能提升,其實際性能超過了Skylake和Zen 2,而Skylake和Zen 2絕對不是小核心,它只是相對於Golden Cove的P-Core而言,能耗低一些。

其次從命名來看,Gracemont無疑是源自Atom這一脈,其上一代微架構為Tremont,相對於Golden Cove微架構的P-Core而言,Gracemont微架構的E-Core確實要小一些,但其實際性能相對於Tremont來說,IPC提升超過20%。

其實對於12代Core來說,E-Core更重要的意義在於負責多執行緒任務的處理,如渲染、壓縮/解壓縮等等。而在Tremont上改進後的Gracemont,其實在渲染方面有著非常出色的性能表現。這源於其雙前端六解碼、以及整數浮點分離的設計。要知道,這種設計在ARM架構的小核中是沒有的。

Intel混核架構的「效能核心」與「效率核心」,與Arm處理器大小核設計有何不同?

此外Intel在混合架構之下對快取進行了擴充,在增加了P-Core的二級快取和E-Core的每核二級快取的情況下,Intel 同時在共享L3智慧型快取上也進行了增強和擴充。根據不同的核心數,Intel 12代Core處理器L3智慧快取最高提高到30MB,有效提高記憶體數據量、降低延時。

Intel混核架構的「效能核心」與「效率核心」,與Arm處理器大小核設計有何不同?

而在頻率方面,E-Core睿頻能力從3.6GHz起步到3.9GHz,表現也是相當不錯了。

其實對於大小核設計,大家很容易被誤導的一個地方是,「大小核」三個字就是簡單描述核心的大小。其實從本質上來講,這種描述忽略了大與小的參照系。

在一個擁有大核心和小核心的架構中,大小核的界定除了考慮到核心面積之外,其實還要考慮到其發揮的作用。ARM架構下的小核心存在的主要任務就是負責低能耗,而12代Core中的「小核心」可並不是單單負責低能耗,它還要承擔起更重負載的多執行緒任務,因此12代Core的「大小核」與ARM架構的大小核,其本質有著明顯差異。

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