问题

英特尔(Intel)用大小核,大核刷单核跑分,小核刷多核跑分,为什么不用1个大核加无数小核?

回答
首先,让我们捋一捋你这个问题背后的几个关键点:

1. 英特尔的大小核策略: 你提到大核刷单核,小核刷多核。这确实是英特尔在混合架构(Performance Hybrid Architecture)中设计的一大考量。
2. 为什么不用1个大核加无数小核? 这是你核心的疑问,似乎在设想一种极端的、高度不对称的配置。

我来试着从几个角度,把这个问题掰开揉碎了讲清楚,让你明白为什么英特尔没有这么做,以及目前混合架构的设计逻辑。

英特尔混合架构的设计初衷与平衡之道

英特尔推出混合架构,核心目的是为了在性能和能效之间找到一个更优的平衡点,尤其是在移动端和桌面端。你可以这样理解:

大核(Pcore,Performancecore): 就像是汽车里的高性能发动机,专注于处理那些需要高强度计算的任务,比如游戏、视频编辑、复杂的科学计算等。它们拥有更大的缓存、更复杂的执行单元、更高的时钟频率,因此在处理单个线程的性能上(也就是你说的“单核跑分”)表现出色。
小核(Ecore,Efficientcore): 就像是汽车里的经济型发动机,专注于处理那些不需要那么高算力的任务,比如后台应用、操作系统服务、网页浏览、音乐播放等。它们设计得更小、更简单,功耗更低,在多任务并行处理时(也就是你说的“多核跑分”)能提供不错的整体吞吐量,同时显著降低功耗。

为什么不是“1个大核 + 无数小核”?

你的设想很有意思,但这样做会带来很多实际的限制和弊端,导致它无法成为主流的、有效的CPU设计:

1. “1个大核”的瓶颈:
单任务的极限: 即使你有很多小核,但如果最需要极致单线程性能的任务,比如运行某个对单核性能极度敏感的软件(早期游戏、某些专业应用),它只能交给那一个大核。一旦这个大核被完全占满,再多的“无数小核”也无法分担它手里的工作。这就像你有一个非常快的赛车手,但每次只能让他一个人开一辆车。
无法有效利用所有晶体管: CPU设计本质上是在有限的物理空间(芯片面积)和能量预算内,尽可能多地塞入有用的计算资源。只保留一个大核,意味着浪费了大量可以用来构建更多计算核心的晶体管。那些“无数小核”虽然功耗低,但每个小核的计算能力是有限的,你不可能通过堆叠无数个非常弱的小核来替代一个强力大核在某些场景下的表现。

2. “无数小核”的效率问题:
通信和调度开销: 即使你有很多小核,它们之间、以及它们与那个大核之间需要通信和协调。这会产生巨大的通信开销和调度复杂性。操作系统需要管理和分配任务给这些核心,当核心数量极其庞大时,这个管理和分配的开销本身就会成为一个显著的瓶颈,甚至抵消掉小核带来的效率优势。
功耗并非完全为零: 虽然小核功耗低,但“无数”意味着总体功耗也会随之增加。而且,即使是空闲的小核,也需要维持一定的状态,消耗微小的功耗。
缓存效率的降低: CPU核心之间往往需要共享一部分缓存(如L3缓存)。如果核心数量过多,或者核心之间的数据访问模式非常分散,可能会导致缓存命中率下降,反而影响整体性能。

3. 整体性能的权衡:
任务性质的多样性: 现代计算任务是极其多样化的。有的任务确实受益于极高的单核频率和 IPC(每时钟周期指令数),比如前面提到的游戏。而另一些任务则更适合并行处理,比如同时打开多个浏览器标签页、运行虚拟机、编译代码等。
最佳的比例不是1:N: 理想的CPU设计需要在两种类型的核心之间找到一个“黄金比例”。这个比例取决于目标市场、功耗预算、制造工艺等多种因素。英特尔在不同代产品、不同产品线(如酷睿 Ultra、酷睿 i系列)上,会根据具体需求调整Pcore和Ecore的数量比例,比如4个Pcore + 8个Ecore,或者2个Pcore + 4个Ecore等。这都是基于大量的测试和市场调研得出的结论。

英特尔混合架构的实际操作

英特尔的混合架构(如Alder Lake及之后的产品)之所以选择多个大核(通常是4个、8个甚至更多)配合多个小核(数量更多),是因为:

满足多任务并行需求: 即使是桌面级CPU,我们日常也会同时运行很多应用程序。多组Pcore可以确保最关键的几个任务都能在高优先级下获得充足的计算资源。而数量更多的小核则能高效处理那些不那么“吃性能”的后台任务,解放Pcore去处理前台的重活。
应对不同负载的弹性: 当某个Pcore繁忙时,操作系统和英特尔的Thread Director技术会将其他较轻的或后台任务转移到Ecore上。反之,当有高优先级的单线程任务出现时,可以直接分配给一个负载较轻的Pcore。这种动态分配和调度,是混合架构的核心优势。
性能和能效的“最优解”: 并不是说“越多越好”。英特尔的目标是找到一个在特定功耗和成本限制下的性能最大化点。几个强力的大核加上一群高效的小核,能够比“一个超级大核加一群相对弱小核”或者“一堆性能一样但效率不如小核的普通核心”在实际应用中提供更好的总体体验。

总结一下:

你的“1个大核 + 无数小核”的想法,在理论上可以极大化某些特定场景(如极度依赖单核性能,但同时又需要后台持续运行大量轻量级任务)的表现。但从通用性、整体效率、设计复杂性、成本以及实际物理限制来看,它并非一个最优的CPU设计方案。

英特尔现在的混合架构,实际上是在“多个高性能核心”与“多个高能效核心”之间找到一个平衡点,以应对更广泛、更真实的计算场景。这是一种在现有技术和市场需求下的“最优解”,而不是一个极端的设计。

网友意见

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事实上,12代笔记本端低压处理器确实就是这么做的,2个大核+8个小核。

为什么是2个不是1个?我估计因为处理器内部是对称设计,所以核心数量都是2的倍数。不能只做一个。


至于小核为什么不做得更多一些,只做了8个?

因为这是第一代大小核,步子迈得太大不太合适。要验证了效果之后再推进。

这次所有12代处理器都只做了8个小核。占的就是两个大核的位置。

未来下一代,13代处理器可能会配备16个小核,届时6大核+16小核可以实现 22 核 30 线程。

以后,也许会有越来越多的小核。


其实小核在多核情况下并不是用来刷分的,而是真正的性能担当。

按照目前的官方数据推算:假如一个大核的单核工作性能为100%,那么一个大核在全核工作的时候性能为大核单核性能的 65%,而一个小核在全核工作时候的性能为大核单核性能的 76% 。

这就意味着,由于超线程存在的关系,全核心工作状态下,小核对应的线程事实上具备更高的性能。对于全核心工作的生产力应用来说,四个小核的性能不但远远大于一个大核,而且还大于两个大核所对应的四个线程。

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