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暑热未尽,寒意尚早,《个人电脑》周年刊紧锣密鼓的工作终于结束了。作为编辑部一年一度的重点“赛事”,制作周年刊给了我们一次静下心来整理思路的机会,当然,要想在热火朝天的《个人电脑》实验室保持淡定心态的确需要一定境界。《个人电脑》周年刊恰逢金秋,有人收获爱情,有人收获硕果,而我们收获的则是一篇篇“承前启后”的技术文档和一段难得的长假。
我对去年的《个人电脑》周年刊记忆犹新。在截稿的最后一个周末,我找到了寻觅十多年的经典影片《生人勿近》,并在这段凄美爱情故事的陪伴下完成了《纳米世界》,一篇针对处理器制造工艺发展史的记叙文。2009的英特尔风光无限,Nehalem架构与32nm制造工艺让英特尔再次完成自我超越,在与AMD的技术端遭遇战中赢得酣畅淋漓毫无悬念。我深知这一年多来与英特尔处理器技术相关的关键词们所享有的超高曝光率,如若在本期《个人电脑》杂志里老生常谈难免会有骗取稿费之嫌;而已经在IDF2010上问世、即将在明年铺货的SandyBridge和新一代6系列主板芯片组并没有令人耳目一新的革命性技术值得我在本期杂志中大费笔墨。鉴于此。你将无法在本次专题中看到惯例式的技术汇总。没有大量的参数表格和测试数据,我们可以将有限的篇幅全用于讨论一些更加值得探讨的问题,例如,日益提升的处理器集成度。
再见IGP,你好HPU
正如驾车远行需要做好充分的准备和规划一样,对于任何放眼于未来的公司而言,都需要对自身的发展进行理性分析和大胆规划,步步为营。长远计划并不等同于脱离实际,每一个短期目标都需要落到实处的悉心经营才能达成,正所谓不积跬步无以至千里。
芯片巨人英特尔常年信奉的便是这样一条真理。他们对于行业趋势有着准确的把控和引导力,而提前数年就已制定成文的路线图则保证了英特尔芯片技术发展的有条不紊。当然,公诸于众的Roadmap极易将英特尔防守薄弱的软肋暴露给竞争对手。不过,性能端的优势往往可以让英特尔的处理器产品化险为夷,而路线图中所计划的下一站通常也可让英特尔顺利赢下反击战并一举占据绝对有利地形。没办法,英特尔新技术和新产品更新的频率实在太快了。
对于处理器“领土”的扩张,英特尔早有打算。随着处理器制造工艺的稳步提升,在2008年英特尔首次对处理器微体系架构进行大手术,取缔了沿用多年的前端总线架构,转而引人类似HT超传输总线的点对点总线技术QPI。不仅如此,包括QPI总线和内存控制器在内的原北桥芯片组功能模块均移师至处理器内部,可扩展的逻辑架构更是为未来处理器集成度的进一步扩展奠定了良好基础。随后,新酷睿处理器全线压上,除了QPI总线和内存控制器之外,更将原主板芯片组集成显示核心也并入了处理器的版图。当然,采用双芯片封装的Clarkdale所集成的显示核心属于EPG(嵌入式图形单元Embedded Processor Graphics),下一代Sandy Bridge架构所采用的一体式封装才是正宗的单芯片解决方案,即HPU(异构处理器单元Heterogeneous Processor Units)。同采用HPU解决方案的还有同期亮相的AMD Fusion APU。
在处理器芯片中集成更多的东西,处理器功耗表示压力很大。所幸的是,在先进的处理器制造工艺支持下,英特尔目前在处理器功耗问题上依然保有足够的掌控度。虽然Clarkdale处理器内置内存控制器和英特尔高清显卡,但凭借出色的微体系架构和制造工艺方面的优势,其功耗水平依旧维持在一个相当令人满意的程度,可谓目前能效表现最为出色的处理器产品。AMD羿龙Ⅱ处理器虽然在缩小了与英特尔新酷睿的性能差距,但在能效比方面尚未有太多突破——即便羿龙Ⅱ并未在处理器中集成显示核心。
知名市场调研机构Jon Peddie Research近日宣称,主板集显将在2015年消失。随着英特尔和AMD相继在处理器中集成强大的图形处理模块,PC和相关产业正迎来一个全新的转折点。该调查称,2010年主板集成显卡的市场占有率已经由08年的67%下降到50%以下,而EPG(Embedded Processor Graphics)的份额则上升到20%左右,这完全要感谢英特尔对新酷睿处理器家族的大力推广。到2015年左右,EPG在显卡市场上将占据半壁江山,而。HPU(Heterogeneous Processor Units)的市场份额也将提升至25%左右,相对的,独立显卡则仅保有10%的市场占有率。至于主板芯片组集成显卡(目前仅有AMD的产品尚负隅顽抗)则将在2年之内彻底告别桌面计算平台。
对于这样的预测结果,我本人存在一定的疑问。且不论其市场调研手段是否科学、结果分析是否理性,就英特尔的办事风格而言,当采用HPU架构的Sandy Bridge正式问世后,其待遇并不会逊色于采用EPG架构的Clarkdale,四年后仅为EPG显卡一半不到的占有率显然过于保守了些。该报告认为2010年独立显卡的市场份额由之前的低潮回升至30%只是回光返照,这显然无法被广大游戏用户所认同。虽然整合显示核心(无论是处理器内置还是芯片组集成)的技术规格逐年提升,但这并没有改变整合显示核心在游戏领域的处境,至少从目前的情况看,它们能完全征服的始终只有落伍的老游戏和简单的小游戏,对于绝大多数大型3D游戏而言,集显用户依然很难兼顾精美游戏特效和流畅的帧速率表现。当然,这样的现状并不代表着我对集显未来的悲观。无论EPG还是HPU,显示核心都是作为一个独立工作的模块存在,对处理器最大的影响即在于功耗,而功耗问题显然是可以通过改良技术架构和提升制造工艺等途径解决的——虽然目前AMD和NVIDIA并没有在改善独显GPU功耗问题上表现出足够的诚意,但我们并不能就此否定将来高性能低功耗图形处理单元出现在处理器芯片上的可能性。毕竟,整合才是大势所趋。
处理器的版图规划
不知为何,我脑中忽然闪过赵匡胤杯酒释兵权的故事。为了加强中央集权统治,防止藩镇兵权过大埋下叛乱隐患,宋太祖以高官厚禄为交换条件,解除了石守信、王审琦等大将的兵权。英特尔调整平台结构,用双芯片替换沿用多年的三芯片架构,为处理器整合更多职能,这究竟又是出于一种怎样的考虑呢?
处理器+北桥芯片组+南桥芯片组的三芯片结构为英特尔成就半导体巨擎的地位立下汗马功劳。尽管在末代Pentium 4和双核初期也曾经历过力不从心的窘境,并着实让竞争对手风光了一把,但真正在近代为英特尔确立并巩固霸主地位的依然是基于三芯片 结构的英特尔酷睿2平台。自酷睿微体系架构问世以来,英特尔处理器的执行效率便上升至一个全新层面,而45纳米制造工艺在原材料方面的突破性进展更可算是半导体行业的一次里程碑式事件,为英特尔处理器的功耗水平带来质变,在能效表现的竟速赛中再次将竞争对手远远抛开。市场的声音告诉我们,基于英特尔45nm制造工艺的酷睿2系列处理器搭配P45+ICH10双芯片组主板的平台组合方案堪称绝配。
然而,从工程美学的角度而言,酷睿2处理器却并非完美。尽管45纳米制造工艺和酷睿微架构将英特尔处理器的能效表现推向了一个高峰,但老旧的南北桥芯片组架构成为了影响英特尔处理器强大并行指令执行能力的瓶颈,CPU与内存的数据通讯依然需要经由前端总线来完成,从而制约了系统性能的最大限度发挥。在这方面AMD似乎做得更好,从K8开始AMD就一直使用直连架构,将内存控制器集成在CPU中并通过超传输总线实现CPU与主板芯片组的数据通讯。只不过AMD处理器的指令解码机制相当落后,因此其指令执行效能相对较低。
为了解决困扰已久、但当下似乎并不紧迫的前端总线带宽瓶颈问题(毕竟目前尚未有AMD处理器产品在性能端对英特尔构成真正威胁),同时也为日后处理器技术发展铺平道路,英特尔决定对酷睿微体系架构进行改良。冒着竞争对手的口诛笔伐之险,英特尔将内存控制器挪入了处理器内部,并彻底取缔服役多年的FSB前端总线,取而代之的是类似于HT超传输总线的点对点总线QPI。虽然英特尔这项变革又给了AMD一个抨击自己的理由(继“真假双核”、“真假四核”后AMD再次炮制的“抄袭门”并没有达到预期,寥寥数篇新闻稿后便石沉大海),但它的确有效解决了前端总线架构的天生顽疾,且这种“核心+非核心”的可扩展式架构赋予了英特尔平台更加出色的灵活性,在拓展处理器“职能范围”或对多核平台进行扩张操作时更加得心应手——即便在这种情况下英特尔也无需对处理器架构进行额外调整升级,这毫无疑问是一柄节约成本的利器。
内存控制器和QPI总线入驻处理器,对于英特尔而言是件一箭双雕的美差,不仅为英特尔未来处理器产品的性能腾飞清理跑道,同时亦开辟了成本控制的新战场。而作为Clarkdale引入的EPG显示核心,是否也有着同样积极的意义呢?
我们不妨对此稍加思量:Clarkdale的集成显卡并非正宗HPU异构处理器单元架构,而是将一颗基于32nm制造工艺的处理器核心和一颗基于45nm的图形处理核心同时封装在一块芯片上。按照当初“2 Die 1 Socket”之“假双核”理论,这种双芯片封装的解决方案应该也是技术尚未到位之前的过渡之举。
英特尔宣称Clarkdale内置的“高清显卡”在高清视频回放和普通3D游戏领域都有不俗表现,但细心的用户会发现,这颗号称业界首创的处理器内置显示核心较英特尔最近一款芯片组集成显示核心GMA X4500HD而言其实并没有“太多”提升。当然,我们并不能指望英特尔就其目前在图形领域的造诣能为我们带来一款颠覆性的集成显卡产品,但令人欣慰的是Clarkdale高清显卡做到了主板芯片组集成显卡所能做到的一切,且并没有对Clarkdale处理器本身的功耗造成太大负担。
处理器集成显示核心,其最积极的意义在于简化平台结构。对于移动平台而言,更小的芯片组封装尺寸和更少的板载设备可以为广大移动设备厂商提供更加充裕的机内空间,有利于散热设计,从而得以改善移动设备带来的用机体验,并能让移动设备的功能设计更加丰富。然而对于桌面平台而言,这样的利好就要打几分折扣了。普通台式机并没有如此紧迫的空间危机感,且大部分用户都有不同程度的游戏需求,他们更希望通过独立显卡带来出色的游戏体验,而非集成显卡所能省下的可怜功耗值。与同样作为集成显卡解决方案的AMD880G/890GX平台相比,英特尔新酷睿在价格方面依旧没有任何优势可言,而AMD平台还可提供更加灵活的多显卡解决方案,单就集成显示核心的性能表现而言,新酷睿的EPG显示核心也无法占到任何便宜。
我大胆预言,英特尔下一代处理器集成显示核心——即Sandy Bridge的HPU单元在综合性能上依旧不会给用户带来太大惊喜,但采用32nm制造工艺的Sandy Bridge将是业界首颗采用单芯片封装并集成显示核心的处理器产品,除了整体计算效率的提升,功耗方面的表现也会是其亮点之一,对于桌面计算领域的用户而言,如果英特尔无法在多显卡解决方案上给出令人满意的答卷(例如显卡无缝切换和混合模式加速等),那么无论EPG还是HPU都无法真正征服桌面用户。除了在HTPC等小型机领域能有一定作为外,整合“高清显卡”的处理器对桌面用户而言只不过是个好听的名字。
曾一度传出英特尔会在下一代处理器Sandy Bridge中整合无线模块和磁盘控制器的谣言。北桥芯片组人间蒸发这事儿尚可理解,如果连南桥芯片组(是时候改口叫PCH芯片组)都不放过这也太不靠谱了。这则更像是调侃的新闻也许出自某位富有娱乐精神的用户,但英特尔似乎已经给众人传递了“处理器将一统天下”的信息。从早年涉猎多个半导体产品领域,到如今确立处理器的核心战略地位,英特尔不仅在平台化战略上注入大量心血,其处理器集成度的提升进程亦是有条不紊。虽然从目前的态势来看,已经完成了北桥收编任务的英特尔处理器尚不太可能进一步整合南桥功能,但永远不要低估一颗巨人的心。
来自主板厂商的答案
尽管目前英特尔的顶级桌面平台依然采用处理器+南北桥芯片组的三芯片架构,但以P55和H55为主体的主流桌面平台早已完成了由三芯片架构向双芯片架构的过渡。在那个三芯片架构盛行的年代。主板尚可依赖北轿芯片组中的FSB总线和内存控制器对系统基础性能产生影响,但随着英特尔P55芯片组问世,这种理论上的性能话语权都被生生剥夺了。直接决定系统性能的组件在PCH(Platform Controller Hub)芯片组中不复存在,对于习惯了核心组件身份的主板而言,究竟利弊如何呢?
情况并没有看上去那么糟糕。首先,英特尔通过平台架构改革简化了芯片组部分的构成,最直接的影响便是芯片组造价。X58平台价格高昂,其搭配的LGA 1366处理器较高的市场定位只是因素之一,芯片组本身较高的成本也是让X58主板价格居高不下的原因。采用单芯片设计的P55/H55芯片组造价较X58平台而言大幅回落,甚至可以媲美P45与ICH10的芯片组组合,这不但意味着用户可以以更加“主流”的价格享受整体平 台的性能提升,主板厂商的芯片组采购成本也可得到有效控制。
其次,主板芯片组结构简化,为主板设计提供了更加自由广阔的发挥空间。对于多层PcB设计而言,无论是出于提升性能还是增加功能的考虑,都需要依赖复杂的布线设计实现;单芯片的PCB布线相对而言简单很多,同时亦节省出更多板面空间,对于主板厂商为主板产品赋予更多自定义设计和功能模块的打算而言无疑是一大利好。
那么,在这样的态势下,主板厂商们又做了些什么呢?
用料及设计重夺性能话语权
正如前文所述,只有一颗PCH芯片的P55/H55主板很难对系统的基本性能产生影响,但主板厂商始终没有放弃为主板产品争取性能话语权的努力。不同的主板硬件配置水平和设计思路虽不能左右系统基本性能,却可以主导系统的稳定性和在特殊状态——例如超频时的性能表现。主板整体用料水平、供电模块设计、拥有多种功能的额外板载芯片等都是目前主板厂商实现产品差异化的切入点,这方面的翘楚自然要属主板领域的两大领军人物:华硕和技嘉。
技嘉在主板硬件设计方面的目标相当明确:只有坚实的用料才是主板性能及稳定性的最强靠山。从2006年开始,技嘉便启动“超耐久计划”,并对其独家超耐久技术进行逐年升级。目前市售的绝大多数技嘉主板均基于第三代超耐久技术:全固态电容、铁素体电感、低阻抗供电模块以及采用双倍铜设计的PCB板让技嘉主板拥有令人信服的耐久度和稳定性,也为技嘉树立了用料冠军的品牌形象。不过,无论电容、电感还是供电模块都并非技嘉原产,技嘉必须依赖元器件生产厂商的技术研发进展才能对超耐久技术进行革新,这不能不说是个软肋。
相对技嘉而言,华硕的硬件设计道路要更加多元化一些,在回顾历年来华硕在主板硬件设计上的创新历程时,我们甚至看不到一条如技嘉超耐久系列一样清楚的主线。华硕在09年包装了名为Xtreme Design巅蜂设计的主板硬件设计理念,才算是为华硕主板的创新之路定下了基调。华硕巅峰设计包含三个要素:高性能、良好的稳定性以及到位的硬件安垒保护手段。其中性能环节是通过华硕独家的板载超频控制芯片TPu对超频操作进行把控(近期华硕主板的主打卖点为“双核智能”,TPU超频核心也是其中的重点之一),稳定性部分包括针对不同处理器定制的Xtreme Phase供电模块和基于双倍铜PCB的Stack Cool 3电路设计,而安全性则是其他主板厂商未曾涉猎的领域:ESD防静电设计和EMI防辐射设计。
华硕的主板RD实力是有目共睹的,其旗下高端品牌玩家国度ROG则成为众多创新设计的试验田。单从处理器供电设计一项来看,ASUS Rampage主板就为我们带来过不少惊喜。无论是Rampage Ⅱ Extreme的跃层式扩展卡供电模块,或是Rampage Ⅲ Extreme引入的数字模拟混合供电模块,都算得上是主板领域的高端技术。正是这样的创新设计为主板行业带来了勃勃生机,在同质化侵袭主板领域的今天亦能保持产品的独创性。当然,创新的成本不容小觑,这也是上述核心技术大多仅出现在高端主板上的原因。
扩展功能:为用户体验增值
如果说主板厂商在提升系统性能方面的创新尝试还存在一定技术门槛,那么主板功能及易用性设计上的创新则更多考验的是工程师们对用户需求的研究深度以及对行业趋势的洞察力了。扩展功能及易用性细节设计对于一款主板来说并非必需,但只有具备了这些元素的主板才算得上是一款出色的主板。那么,这些出色的主板有何过人之处呢?
平板电脑的兴起源于苹果,而与苹果相关的主板特色功能则花落技嘉。虽然华硕早已在iPhone上实现了远程超频控制功能,但这项功能设计的受益目标是主板而非iPhone本身。相反,技嘉为用户提供的On/Off Charge功能完全与PC系统无关,其根本目的即在于方便用户使用iPhone、iPad等苹果设备。由于苹果设备对USB充电电流要求较高,普通USB接口无论从电流强度还是功率上均无法满足苹果设备的需求。虽然在电脑开机状态下通过USB接口连接iPad/iPhone时可以看到屏幕上的充电提示,但事实上这种充电效率相当低下,更不用说关机充电了。而技嘉在支持USB三倍力(更大的USB供电电流)的主板产品上进行了恰到好处的电路调整,使PC在关机状态下亦可提供1A左右的USB接口供电电流,满足苹果设备正常充电的需求。这项广受苹果粉丝欢迎的技术并不高深,但能明察用户需求并首先将其付诸实现却是技嘉,这就是RD用户导向的典范。
华硕给予用户的关怀向来也是令人称道的。技嘉着眼于外围设备,而华硕的功能设计重心则始终围绕Pc本身展开。在过去的内容里,我们曾为用户介绍过大量植根于华硕主板的创新功能设计,用户耳熟能详的包括独立于PC系统的Express Gate子系统(让用户在进入操作系统前即可使用包括网络电话、网页浏览在内的多种功能),利于超频玩家进行超频操作的OC Palm超频控制台、板载超频按钮/摇杆和用户显示系统Debug信息的LCD Poster,板载无线网络控制器和蓝牙控制器,独立声卡,笔记本直连超频控制台等等(要在这里将所有华硕主板的特色功能悉数列举还真不是件容易的事)。除此之外,华硕主板RD还对用户的装机过程进行过细致分析,推出过数个方便用户装机操作的细节设计,其中包括Q-DIMM内存插槽设计(避免安装显卡时不慎损坏显卡PcB上的元器件),Q-Conneetor插头设计(方便用户连接机箱前面板的诸多插头),IDE接口缺角包围(避免IDE线缆插拔时损坏线缆)以及加高的处理器附加供电接口(避免处理器供电散热片影响供电接口插拔)等。诚然,大多数用户在进行主板采购时过多看重价格因素,认为价格便宜即代表性价比出色,事实上诸如华硕主板所提供的这些创新功能设计才是真正增值的地方,为了这些设计付出额外的成本绝对是物有所值的。软件工具:为硬件创新“画皮”
能供主板厂商发挥想象力的并不局限于硬件部分,软件同样是提升用户使用体验、增加品牌影响力的一个有效手段。不少主板厂商均针对各自产品的特色功能为用户提供了相应的软件工具,由于受制于主板功能相对匮乏的种类,这些软件工具大多集中在超频和节能两个领域。有了硬件层面的保障,一个设计合理、操作舒适的软件UI更利于用户直观体验这些主板创新设计所能提供的利好。华硕的双核智能主板需要Turbo V EVO和EPU-6 Engine软件实现超频节能两不误;技嘉虽没有提供硬件板载芯片。但其DES动态节能引擎和EasyTune超频工具实现了软件与BIOS层的良好交互,亦可为用户带来不错的节能及超频体验。
不过,我依然觉得主板厂商在为各自特色功能设计软件工具时有些放不开手脚。软件开发需要天马行空,没有条文规定这些UI一定要被长方形窗口约束,一定要以标签的形式罗列功能单元。与其将运行中的软件工具放入任务栏,何不尝试一下windows边栏工具呢?这只是个例子。另外,PC与掌上设备的互联日益频繁,让这些软件工具走出桌面,移民掌中也未尝不可啊。令人欣慰的是华硕与技嘉均已开始此方向的研究,并先后推出了基于手机客户端的超频工具,好的开始便是成功的一半,我期待着通过摇晃手中的HTC手机即可对PC实施超频(摇晃频率越高,超频幅度越大)的那一天,呵呵。
尾声
将其理解为大势所趋也好、图谋私利也罢,处理器集成度与日俱增已成事实,但对于主板行业而言,这并不是世界末日。相反,主板芯片组的不断简化,倒是为主板厂商提供了施展拳脚的大好机会——尤其是那些拥有足够研发实力和专注度的厂商们。近十年里,我们亲眼见证了一些主板厂商的没落甚至离去;而当Pc系统平台面临变革,主板行业即将迎来再次洗牌的时候,又会是谁退出牌局,是谁手握一把Flush笑傲江湖?
就目前的情况来看,华硕、技嘉等领军厂商已经做好了准备,虽然这些创新技术可以再丰富一些,推广及普及的力度可以再大一些。正所谓“星星之火,可以燎原”,对于用户而言,与其接受丛林法则下的惨烈结局,大家更希望看到的应该是一个百花齐放的繁荣景观,而这仅仅依靠几个先行者是远远不够的。是时候行动起来了,大家。
我对去年的《个人电脑》周年刊记忆犹新。在截稿的最后一个周末,我找到了寻觅十多年的经典影片《生人勿近》,并在这段凄美爱情故事的陪伴下完成了《纳米世界》,一篇针对处理器制造工艺发展史的记叙文。2009的英特尔风光无限,Nehalem架构与32nm制造工艺让英特尔再次完成自我超越,在与AMD的技术端遭遇战中赢得酣畅淋漓毫无悬念。我深知这一年多来与英特尔处理器技术相关的关键词们所享有的超高曝光率,如若在本期《个人电脑》杂志里老生常谈难免会有骗取稿费之嫌;而已经在IDF2010上问世、即将在明年铺货的SandyBridge和新一代6系列主板芯片组并没有令人耳目一新的革命性技术值得我在本期杂志中大费笔墨。鉴于此。你将无法在本次专题中看到惯例式的技术汇总。没有大量的参数表格和测试数据,我们可以将有限的篇幅全用于讨论一些更加值得探讨的问题,例如,日益提升的处理器集成度。
再见IGP,你好HPU
正如驾车远行需要做好充分的准备和规划一样,对于任何放眼于未来的公司而言,都需要对自身的发展进行理性分析和大胆规划,步步为营。长远计划并不等同于脱离实际,每一个短期目标都需要落到实处的悉心经营才能达成,正所谓不积跬步无以至千里。
芯片巨人英特尔常年信奉的便是这样一条真理。他们对于行业趋势有着准确的把控和引导力,而提前数年就已制定成文的路线图则保证了英特尔芯片技术发展的有条不紊。当然,公诸于众的Roadmap极易将英特尔防守薄弱的软肋暴露给竞争对手。不过,性能端的优势往往可以让英特尔的处理器产品化险为夷,而路线图中所计划的下一站通常也可让英特尔顺利赢下反击战并一举占据绝对有利地形。没办法,英特尔新技术和新产品更新的频率实在太快了。
对于处理器“领土”的扩张,英特尔早有打算。随着处理器制造工艺的稳步提升,在2008年英特尔首次对处理器微体系架构进行大手术,取缔了沿用多年的前端总线架构,转而引人类似HT超传输总线的点对点总线技术QPI。不仅如此,包括QPI总线和内存控制器在内的原北桥芯片组功能模块均移师至处理器内部,可扩展的逻辑架构更是为未来处理器集成度的进一步扩展奠定了良好基础。随后,新酷睿处理器全线压上,除了QPI总线和内存控制器之外,更将原主板芯片组集成显示核心也并入了处理器的版图。当然,采用双芯片封装的Clarkdale所集成的显示核心属于EPG(嵌入式图形单元Embedded Processor Graphics),下一代Sandy Bridge架构所采用的一体式封装才是正宗的单芯片解决方案,即HPU(异构处理器单元Heterogeneous Processor Units)。同采用HPU解决方案的还有同期亮相的AMD Fusion APU。
在处理器芯片中集成更多的东西,处理器功耗表示压力很大。所幸的是,在先进的处理器制造工艺支持下,英特尔目前在处理器功耗问题上依然保有足够的掌控度。虽然Clarkdale处理器内置内存控制器和英特尔高清显卡,但凭借出色的微体系架构和制造工艺方面的优势,其功耗水平依旧维持在一个相当令人满意的程度,可谓目前能效表现最为出色的处理器产品。AMD羿龙Ⅱ处理器虽然在缩小了与英特尔新酷睿的性能差距,但在能效比方面尚未有太多突破——即便羿龙Ⅱ并未在处理器中集成显示核心。
知名市场调研机构Jon Peddie Research近日宣称,主板集显将在2015年消失。随着英特尔和AMD相继在处理器中集成强大的图形处理模块,PC和相关产业正迎来一个全新的转折点。该调查称,2010年主板集成显卡的市场占有率已经由08年的67%下降到50%以下,而EPG(Embedded Processor Graphics)的份额则上升到20%左右,这完全要感谢英特尔对新酷睿处理器家族的大力推广。到2015年左右,EPG在显卡市场上将占据半壁江山,而。HPU(Heterogeneous Processor Units)的市场份额也将提升至25%左右,相对的,独立显卡则仅保有10%的市场占有率。至于主板芯片组集成显卡(目前仅有AMD的产品尚负隅顽抗)则将在2年之内彻底告别桌面计算平台。
对于这样的预测结果,我本人存在一定的疑问。且不论其市场调研手段是否科学、结果分析是否理性,就英特尔的办事风格而言,当采用HPU架构的Sandy Bridge正式问世后,其待遇并不会逊色于采用EPG架构的Clarkdale,四年后仅为EPG显卡一半不到的占有率显然过于保守了些。该报告认为2010年独立显卡的市场份额由之前的低潮回升至30%只是回光返照,这显然无法被广大游戏用户所认同。虽然整合显示核心(无论是处理器内置还是芯片组集成)的技术规格逐年提升,但这并没有改变整合显示核心在游戏领域的处境,至少从目前的情况看,它们能完全征服的始终只有落伍的老游戏和简单的小游戏,对于绝大多数大型3D游戏而言,集显用户依然很难兼顾精美游戏特效和流畅的帧速率表现。当然,这样的现状并不代表着我对集显未来的悲观。无论EPG还是HPU,显示核心都是作为一个独立工作的模块存在,对处理器最大的影响即在于功耗,而功耗问题显然是可以通过改良技术架构和提升制造工艺等途径解决的——虽然目前AMD和NVIDIA并没有在改善独显GPU功耗问题上表现出足够的诚意,但我们并不能就此否定将来高性能低功耗图形处理单元出现在处理器芯片上的可能性。毕竟,整合才是大势所趋。
处理器的版图规划
不知为何,我脑中忽然闪过赵匡胤杯酒释兵权的故事。为了加强中央集权统治,防止藩镇兵权过大埋下叛乱隐患,宋太祖以高官厚禄为交换条件,解除了石守信、王审琦等大将的兵权。英特尔调整平台结构,用双芯片替换沿用多年的三芯片架构,为处理器整合更多职能,这究竟又是出于一种怎样的考虑呢?
处理器+北桥芯片组+南桥芯片组的三芯片结构为英特尔成就半导体巨擎的地位立下汗马功劳。尽管在末代Pentium 4和双核初期也曾经历过力不从心的窘境,并着实让竞争对手风光了一把,但真正在近代为英特尔确立并巩固霸主地位的依然是基于三芯片 结构的英特尔酷睿2平台。自酷睿微体系架构问世以来,英特尔处理器的执行效率便上升至一个全新层面,而45纳米制造工艺在原材料方面的突破性进展更可算是半导体行业的一次里程碑式事件,为英特尔处理器的功耗水平带来质变,在能效表现的竟速赛中再次将竞争对手远远抛开。市场的声音告诉我们,基于英特尔45nm制造工艺的酷睿2系列处理器搭配P45+ICH10双芯片组主板的平台组合方案堪称绝配。
然而,从工程美学的角度而言,酷睿2处理器却并非完美。尽管45纳米制造工艺和酷睿微架构将英特尔处理器的能效表现推向了一个高峰,但老旧的南北桥芯片组架构成为了影响英特尔处理器强大并行指令执行能力的瓶颈,CPU与内存的数据通讯依然需要经由前端总线来完成,从而制约了系统性能的最大限度发挥。在这方面AMD似乎做得更好,从K8开始AMD就一直使用直连架构,将内存控制器集成在CPU中并通过超传输总线实现CPU与主板芯片组的数据通讯。只不过AMD处理器的指令解码机制相当落后,因此其指令执行效能相对较低。
为了解决困扰已久、但当下似乎并不紧迫的前端总线带宽瓶颈问题(毕竟目前尚未有AMD处理器产品在性能端对英特尔构成真正威胁),同时也为日后处理器技术发展铺平道路,英特尔决定对酷睿微体系架构进行改良。冒着竞争对手的口诛笔伐之险,英特尔将内存控制器挪入了处理器内部,并彻底取缔服役多年的FSB前端总线,取而代之的是类似于HT超传输总线的点对点总线QPI。虽然英特尔这项变革又给了AMD一个抨击自己的理由(继“真假双核”、“真假四核”后AMD再次炮制的“抄袭门”并没有达到预期,寥寥数篇新闻稿后便石沉大海),但它的确有效解决了前端总线架构的天生顽疾,且这种“核心+非核心”的可扩展式架构赋予了英特尔平台更加出色的灵活性,在拓展处理器“职能范围”或对多核平台进行扩张操作时更加得心应手——即便在这种情况下英特尔也无需对处理器架构进行额外调整升级,这毫无疑问是一柄节约成本的利器。
内存控制器和QPI总线入驻处理器,对于英特尔而言是件一箭双雕的美差,不仅为英特尔未来处理器产品的性能腾飞清理跑道,同时亦开辟了成本控制的新战场。而作为Clarkdale引入的EPG显示核心,是否也有着同样积极的意义呢?
我们不妨对此稍加思量:Clarkdale的集成显卡并非正宗HPU异构处理器单元架构,而是将一颗基于32nm制造工艺的处理器核心和一颗基于45nm的图形处理核心同时封装在一块芯片上。按照当初“2 Die 1 Socket”之“假双核”理论,这种双芯片封装的解决方案应该也是技术尚未到位之前的过渡之举。
英特尔宣称Clarkdale内置的“高清显卡”在高清视频回放和普通3D游戏领域都有不俗表现,但细心的用户会发现,这颗号称业界首创的处理器内置显示核心较英特尔最近一款芯片组集成显示核心GMA X4500HD而言其实并没有“太多”提升。当然,我们并不能指望英特尔就其目前在图形领域的造诣能为我们带来一款颠覆性的集成显卡产品,但令人欣慰的是Clarkdale高清显卡做到了主板芯片组集成显卡所能做到的一切,且并没有对Clarkdale处理器本身的功耗造成太大负担。
处理器集成显示核心,其最积极的意义在于简化平台结构。对于移动平台而言,更小的芯片组封装尺寸和更少的板载设备可以为广大移动设备厂商提供更加充裕的机内空间,有利于散热设计,从而得以改善移动设备带来的用机体验,并能让移动设备的功能设计更加丰富。然而对于桌面平台而言,这样的利好就要打几分折扣了。普通台式机并没有如此紧迫的空间危机感,且大部分用户都有不同程度的游戏需求,他们更希望通过独立显卡带来出色的游戏体验,而非集成显卡所能省下的可怜功耗值。与同样作为集成显卡解决方案的AMD880G/890GX平台相比,英特尔新酷睿在价格方面依旧没有任何优势可言,而AMD平台还可提供更加灵活的多显卡解决方案,单就集成显示核心的性能表现而言,新酷睿的EPG显示核心也无法占到任何便宜。
我大胆预言,英特尔下一代处理器集成显示核心——即Sandy Bridge的HPU单元在综合性能上依旧不会给用户带来太大惊喜,但采用32nm制造工艺的Sandy Bridge将是业界首颗采用单芯片封装并集成显示核心的处理器产品,除了整体计算效率的提升,功耗方面的表现也会是其亮点之一,对于桌面计算领域的用户而言,如果英特尔无法在多显卡解决方案上给出令人满意的答卷(例如显卡无缝切换和混合模式加速等),那么无论EPG还是HPU都无法真正征服桌面用户。除了在HTPC等小型机领域能有一定作为外,整合“高清显卡”的处理器对桌面用户而言只不过是个好听的名字。
曾一度传出英特尔会在下一代处理器Sandy Bridge中整合无线模块和磁盘控制器的谣言。北桥芯片组人间蒸发这事儿尚可理解,如果连南桥芯片组(是时候改口叫PCH芯片组)都不放过这也太不靠谱了。这则更像是调侃的新闻也许出自某位富有娱乐精神的用户,但英特尔似乎已经给众人传递了“处理器将一统天下”的信息。从早年涉猎多个半导体产品领域,到如今确立处理器的核心战略地位,英特尔不仅在平台化战略上注入大量心血,其处理器集成度的提升进程亦是有条不紊。虽然从目前的态势来看,已经完成了北桥收编任务的英特尔处理器尚不太可能进一步整合南桥功能,但永远不要低估一颗巨人的心。
来自主板厂商的答案
尽管目前英特尔的顶级桌面平台依然采用处理器+南北桥芯片组的三芯片架构,但以P55和H55为主体的主流桌面平台早已完成了由三芯片架构向双芯片架构的过渡。在那个三芯片架构盛行的年代。主板尚可依赖北轿芯片组中的FSB总线和内存控制器对系统基础性能产生影响,但随着英特尔P55芯片组问世,这种理论上的性能话语权都被生生剥夺了。直接决定系统性能的组件在PCH(Platform Controller Hub)芯片组中不复存在,对于习惯了核心组件身份的主板而言,究竟利弊如何呢?
情况并没有看上去那么糟糕。首先,英特尔通过平台架构改革简化了芯片组部分的构成,最直接的影响便是芯片组造价。X58平台价格高昂,其搭配的LGA 1366处理器较高的市场定位只是因素之一,芯片组本身较高的成本也是让X58主板价格居高不下的原因。采用单芯片设计的P55/H55芯片组造价较X58平台而言大幅回落,甚至可以媲美P45与ICH10的芯片组组合,这不但意味着用户可以以更加“主流”的价格享受整体平 台的性能提升,主板厂商的芯片组采购成本也可得到有效控制。
其次,主板芯片组结构简化,为主板设计提供了更加自由广阔的发挥空间。对于多层PcB设计而言,无论是出于提升性能还是增加功能的考虑,都需要依赖复杂的布线设计实现;单芯片的PCB布线相对而言简单很多,同时亦节省出更多板面空间,对于主板厂商为主板产品赋予更多自定义设计和功能模块的打算而言无疑是一大利好。
那么,在这样的态势下,主板厂商们又做了些什么呢?
用料及设计重夺性能话语权
正如前文所述,只有一颗PCH芯片的P55/H55主板很难对系统的基本性能产生影响,但主板厂商始终没有放弃为主板产品争取性能话语权的努力。不同的主板硬件配置水平和设计思路虽不能左右系统基本性能,却可以主导系统的稳定性和在特殊状态——例如超频时的性能表现。主板整体用料水平、供电模块设计、拥有多种功能的额外板载芯片等都是目前主板厂商实现产品差异化的切入点,这方面的翘楚自然要属主板领域的两大领军人物:华硕和技嘉。
技嘉在主板硬件设计方面的目标相当明确:只有坚实的用料才是主板性能及稳定性的最强靠山。从2006年开始,技嘉便启动“超耐久计划”,并对其独家超耐久技术进行逐年升级。目前市售的绝大多数技嘉主板均基于第三代超耐久技术:全固态电容、铁素体电感、低阻抗供电模块以及采用双倍铜设计的PCB板让技嘉主板拥有令人信服的耐久度和稳定性,也为技嘉树立了用料冠军的品牌形象。不过,无论电容、电感还是供电模块都并非技嘉原产,技嘉必须依赖元器件生产厂商的技术研发进展才能对超耐久技术进行革新,这不能不说是个软肋。
相对技嘉而言,华硕的硬件设计道路要更加多元化一些,在回顾历年来华硕在主板硬件设计上的创新历程时,我们甚至看不到一条如技嘉超耐久系列一样清楚的主线。华硕在09年包装了名为Xtreme Design巅蜂设计的主板硬件设计理念,才算是为华硕主板的创新之路定下了基调。华硕巅峰设计包含三个要素:高性能、良好的稳定性以及到位的硬件安垒保护手段。其中性能环节是通过华硕独家的板载超频控制芯片TPu对超频操作进行把控(近期华硕主板的主打卖点为“双核智能”,TPU超频核心也是其中的重点之一),稳定性部分包括针对不同处理器定制的Xtreme Phase供电模块和基于双倍铜PCB的Stack Cool 3电路设计,而安全性则是其他主板厂商未曾涉猎的领域:ESD防静电设计和EMI防辐射设计。
华硕的主板RD实力是有目共睹的,其旗下高端品牌玩家国度ROG则成为众多创新设计的试验田。单从处理器供电设计一项来看,ASUS Rampage主板就为我们带来过不少惊喜。无论是Rampage Ⅱ Extreme的跃层式扩展卡供电模块,或是Rampage Ⅲ Extreme引入的数字模拟混合供电模块,都算得上是主板领域的高端技术。正是这样的创新设计为主板行业带来了勃勃生机,在同质化侵袭主板领域的今天亦能保持产品的独创性。当然,创新的成本不容小觑,这也是上述核心技术大多仅出现在高端主板上的原因。
扩展功能:为用户体验增值
如果说主板厂商在提升系统性能方面的创新尝试还存在一定技术门槛,那么主板功能及易用性设计上的创新则更多考验的是工程师们对用户需求的研究深度以及对行业趋势的洞察力了。扩展功能及易用性细节设计对于一款主板来说并非必需,但只有具备了这些元素的主板才算得上是一款出色的主板。那么,这些出色的主板有何过人之处呢?
平板电脑的兴起源于苹果,而与苹果相关的主板特色功能则花落技嘉。虽然华硕早已在iPhone上实现了远程超频控制功能,但这项功能设计的受益目标是主板而非iPhone本身。相反,技嘉为用户提供的On/Off Charge功能完全与PC系统无关,其根本目的即在于方便用户使用iPhone、iPad等苹果设备。由于苹果设备对USB充电电流要求较高,普通USB接口无论从电流强度还是功率上均无法满足苹果设备的需求。虽然在电脑开机状态下通过USB接口连接iPad/iPhone时可以看到屏幕上的充电提示,但事实上这种充电效率相当低下,更不用说关机充电了。而技嘉在支持USB三倍力(更大的USB供电电流)的主板产品上进行了恰到好处的电路调整,使PC在关机状态下亦可提供1A左右的USB接口供电电流,满足苹果设备正常充电的需求。这项广受苹果粉丝欢迎的技术并不高深,但能明察用户需求并首先将其付诸实现却是技嘉,这就是RD用户导向的典范。
华硕给予用户的关怀向来也是令人称道的。技嘉着眼于外围设备,而华硕的功能设计重心则始终围绕Pc本身展开。在过去的内容里,我们曾为用户介绍过大量植根于华硕主板的创新功能设计,用户耳熟能详的包括独立于PC系统的Express Gate子系统(让用户在进入操作系统前即可使用包括网络电话、网页浏览在内的多种功能),利于超频玩家进行超频操作的OC Palm超频控制台、板载超频按钮/摇杆和用户显示系统Debug信息的LCD Poster,板载无线网络控制器和蓝牙控制器,独立声卡,笔记本直连超频控制台等等(要在这里将所有华硕主板的特色功能悉数列举还真不是件容易的事)。除此之外,华硕主板RD还对用户的装机过程进行过细致分析,推出过数个方便用户装机操作的细节设计,其中包括Q-DIMM内存插槽设计(避免安装显卡时不慎损坏显卡PcB上的元器件),Q-Conneetor插头设计(方便用户连接机箱前面板的诸多插头),IDE接口缺角包围(避免IDE线缆插拔时损坏线缆)以及加高的处理器附加供电接口(避免处理器供电散热片影响供电接口插拔)等。诚然,大多数用户在进行主板采购时过多看重价格因素,认为价格便宜即代表性价比出色,事实上诸如华硕主板所提供的这些创新功能设计才是真正增值的地方,为了这些设计付出额外的成本绝对是物有所值的。软件工具:为硬件创新“画皮”
能供主板厂商发挥想象力的并不局限于硬件部分,软件同样是提升用户使用体验、增加品牌影响力的一个有效手段。不少主板厂商均针对各自产品的特色功能为用户提供了相应的软件工具,由于受制于主板功能相对匮乏的种类,这些软件工具大多集中在超频和节能两个领域。有了硬件层面的保障,一个设计合理、操作舒适的软件UI更利于用户直观体验这些主板创新设计所能提供的利好。华硕的双核智能主板需要Turbo V EVO和EPU-6 Engine软件实现超频节能两不误;技嘉虽没有提供硬件板载芯片。但其DES动态节能引擎和EasyTune超频工具实现了软件与BIOS层的良好交互,亦可为用户带来不错的节能及超频体验。
不过,我依然觉得主板厂商在为各自特色功能设计软件工具时有些放不开手脚。软件开发需要天马行空,没有条文规定这些UI一定要被长方形窗口约束,一定要以标签的形式罗列功能单元。与其将运行中的软件工具放入任务栏,何不尝试一下windows边栏工具呢?这只是个例子。另外,PC与掌上设备的互联日益频繁,让这些软件工具走出桌面,移民掌中也未尝不可啊。令人欣慰的是华硕与技嘉均已开始此方向的研究,并先后推出了基于手机客户端的超频工具,好的开始便是成功的一半,我期待着通过摇晃手中的HTC手机即可对PC实施超频(摇晃频率越高,超频幅度越大)的那一天,呵呵。
尾声
将其理解为大势所趋也好、图谋私利也罢,处理器集成度与日俱增已成事实,但对于主板行业而言,这并不是世界末日。相反,主板芯片组的不断简化,倒是为主板厂商提供了施展拳脚的大好机会——尤其是那些拥有足够研发实力和专注度的厂商们。近十年里,我们亲眼见证了一些主板厂商的没落甚至离去;而当Pc系统平台面临变革,主板行业即将迎来再次洗牌的时候,又会是谁退出牌局,是谁手握一把Flush笑傲江湖?
就目前的情况来看,华硕、技嘉等领军厂商已经做好了准备,虽然这些创新技术可以再丰富一些,推广及普及的力度可以再大一些。正所谓“星星之火,可以燎原”,对于用户而言,与其接受丛林法则下的惨烈结局,大家更希望看到的应该是一个百花齐放的繁荣景观,而这仅仅依靠几个先行者是远远不够的。是时候行动起来了,大家。