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什么是ipc(电子厂的ipc是做什么的)

实习编辑 • 2023-10-25 15:37:32 • 用户投稿 • 阅读 3

作者|淡定的葱粉（酷友）

本文写给比我还白的小白，大神轻喷，做一些简单科普，从soc的角度给予垃圾佬和等等党一些购买建议，尽量避开涉及架构细节的术语（因为我也不是很懂）如果有人想看之后可以试着写一些。

首先我们要明确的什么是一个好的soc，从芯片设计的角度来说，ppa（powerperformancearea）是衡量一个架构的重要指标，相同面积下相同功耗能否做出更优秀的性能可以区分一个架构设计水平的高低。

各家标称工艺节点的实际水平，来自@mebiuw工艺节点图

然后我们要明确芯片功耗和性能之间的关系，影响功耗的因素分为：静态，动态功耗和热效应在同一种工艺节点下，相同面积的芯片静态功耗通常是一致的，目前还没有一种很好的办法可以便捷的测试出手机的单芯片功耗，手机评测通常测试的是整机功耗或动态功耗（满载功耗-静息功耗）自finfet技术应用之后漏电现象得到了很好的控制现在绝大多数手机的静息功耗都在0.4w左右这其中还包含了大量周边芯片组，针对单soc讨论动态功耗即可。

a12大核心整个频率区间对应的功耗表现

理论上频率和功耗是一个线性递增关系，而电压和功耗是^2级别的递增关系，为了保证芯片高频运行的稳定性通常要施加更高的电压，所以实际的曲线很难用单一公式表达，只能通过各个频率的功耗离散点进行拟合。

通过这个图我们可以看到a12大核心在台积电n7节点下的甜点频率在2.2ghz附近而苹果给a12的睿频在2.5ghz为了最后15%的频率提升付出了三倍的功耗差距。

由于苹果灵活的调度策略和强大的小核心超高的单核功耗在日常需要高并发短时间负载时并不会造成严重发热，而我们在进行游戏这种长时间中高负载的性能需求时，就会影响到性能的长期释放。

这就是省电模式是苹果游戏模式的由来与其给予过剩的性能造成更多的空载时钟还不如直接限制性能，留足性能释放的散热余量，让处理器稳定的跑在一个高能效比区间。（缺点就是爆发性能不足，在某些场景会出现小卡顿，而对于原神这样对cpu本身要求就很高的游戏会提升平均帧率）

简单说一下热效应当芯片温度过高触发降频和手动限制频率到同一个性能时功耗是不一样的，温度会影响芯片的电气性能，提升漏电率，所以需要更高的电压来维持cpu的稳定运行。

一些旗舰芯片spec2006的性能功耗表现

我个人认为用soc在spec2006上的表现对一个cpu的性能来进行评价是非常客观的，使用多个子项目全方位测试cpu各项性能指标，不同的子项目有不同的性能指标敏感点，例如有的子项目是访存延迟敏感型，有的则比较吃缓存命中率和缓存容量大小。

在这个图上，左边柱状图长度代表整个测试流程消耗的能量（越短越好），右边则代表所有项目完成时间的倒数再乘一个特定系数（越长越好）。

我们可以看到即使是a12大核心在为了换取最后15%频率提升的情况下（频率提升不等于性能提升，即使是同一芯片，原因等下说）高于其在2.2ghz三倍功耗（我认为2.2ghz足以血虐到时候的柱状图反而更加震撼...）依然做到了几乎和855大核心相同的能效比而小核心在性能是7nm工艺节点下1.8ghza552.5倍的情况下，能效比是a55的两倍，峰值功耗也仅高了20%左右（a12的小核心tempest亦是源于a6的swift架构同样的乱序三发射（a75也是乱序三发射），各个子项目的表现也是出奇相识......）而a55架构源于a53的改良版（一个双发射顺序架构，不谈后端利用率，仅从吞吐量上就拉开了差距）优点是现行主流架构中最低的静态功耗，缺点.....性能羸弱。

苹果残暴的小核心带来的直接影响是什么呢？拿a11和835这两个功勋处理器来对比一下（这两款处理器分别带来了苹果和安卓阵营的变革）a11的小核心集群拥有着835大核心集群的性能只有后者40%的功耗，更形象的说就是835大核心集群的的单多核性能（暂时不考虑多核利用率和缓存结构带来的影响）625不到一半的多核功耗。而a12的小核心在a11的基础上功耗降低了三分之一。

总结一下a11小核性能≈a12小核心性能≈835大核心性能，a13小核心性能略低于845小核心性能但是有着比a12小核心更低的功耗，而a14的小核心....1.25倍845大核心的性能，和麒麟810相同单核心性能，三分之一的单核功耗，specint分数高达恐怖的20.06。

安卓的a55/a53就没什么好说的了835大核心四分之一的功耗，40%的性能。

苹果的大核心除了a13的提升不太满意以外，其他都是性能能效全面提升提升，而安卓自835之后在cpu部分做到全面提升的只有865（本质上来说a76架构具有划时代意义从a77到a78甚至今天的x1乃至于x2都是a76的增量更新）。（只考虑高通设置频率在峰值性能的情况下，如果涉及到同性能下的功耗表现而跑在特定的性能区间，即使是拉垮的845和888也可以小幅度领先835和865）。

海思和天玑就不展开说了，涉及到架构的细节有点多，有人想看的话之后可能会写，有小朋友很好奇为什么海思和高通用着同样的arm公版架构（不要说什么高通定制架构花大价钱找arm定制的结果和公版也只能打个7788最鲜明的对比就是980和855也是在这时候高通才琢磨过来，865老老实实用公版不是非常优秀嘛），这里我们就要在引用一个概念—-ipc（instructionperclock）也就是每个时钟的指令执行数量，在同一架构下通常和仿存延迟和缓存容量有关，涉及到厂商的话和芯片设计团队的设计功底甚至和eda版本都有关系，仅从9809959000和同代高通对比的话，高通做的会稍微好一些，同频5%左右的差距吧。

接下来浅谈adreno和mali还有苹果gpu，架构方面暂时不谈了，eu结构也都不一样，（a和m采用的还是立即渲染苹果是延后渲染），不同的eu结构对不同接口的支持和利用率都不相同，所以下面只谈各家相比自己上一代在规模和利用率上的改进。g76可以说是mali阵营划时代的进步相比前代g72计算单元翻倍（这样做可以优化驱动开销和前端控制逻辑，缺点是不能对性能释放做出更精确的控制），g76对计算单元利用率的大幅度提升以及对新硬件特性的支持（曲面细分与各向异性渲染），配合7nm节点的优秀表现加上划时代的a76造就了980这颗神u。

有小朋友可能会问，为什么之前不合并计算单元要到g76再合并，是这样的，由于工艺节点的不同，在不同的密度和栅极宽度下有着不同的设计思路，例如今年intel混乱的11代酷睿生产线其实从架构上来说11代酷睿没有问题，最后的结果就是11代桌面端纷纷变硅渣，就是因为intel10nm产能和性能双双不如预期，最后变成了旧架构用新工艺，新架构用旧工艺然后双双翻车的场面，让隔壁amd笑掉大牙。

g77以及g78都是g76的小改，没有增加单核心规模，小幅度增加的利用率和优化了驱动开销以支持的更大的核心数。

总之mali在g76之后的优秀表现大大缩小了其和adreno的代差，在不同的子项目上可以打的有来有往。

而adreno...从优秀的540之后...只有650正常过那么一下.....

什么是ipc(电子厂的ipc是做什么的)

820和835dieshot

ip块标注

835的封装面积仅72.3mm^2结合三星10nm工艺节点的密度指标在gpu方面做到了一个迄今为止所有旗舰芯片都难以企及ppa巅峰。

845dieshot

从845开始adreno便进入了怼规模的路子845直接比835多了50%的规模从256alu到384alu同时伴随着58%的峰值性能提升和大约20%的功耗提升，收益还算不错，而接下来的855让我十分惊讶（a14的gpu也是同样的原因），在7nm这么优秀的节点下，发布会的ppt闭口不谈能效提升幅度，只是放出来一个20%的峰值性能提升，在768alu的规模下带来这么可怜的性能提升，功耗却没有好看多少。

845的gpu频率为710mzh而855是585mhz，也就是说855在规模大涨工艺大幅度进步的情况下，还要对gpu进行降频才能带来这点性能提升，（我愿称之为adreno之耻，没错，比888还要耻辱，888还算情有可原，在工艺缩水频率大幅度提升的情况下相对来说还可以了）。

adreno650算是把640的拉垮拉回到一个合格的水平，配合优秀的a77以及n7p在高频的打磨优化，成为835之后的又一代神u。

tsmc节点表现及预测

通常来说每个大节点跨越要经历两年时间，台积电就要拿出在这之间拿出上一代节点的优化版本，同一节点可以沿用上一代的架构设计（设计厂商可以偷懒），所以通常情况下不要对优化版本抱有太大的希望，除了865让我如此颠覆认知。

大节点的跨越通常会大幅度提升密度，所以更方便设计高吞吐量的内核和怼gpu和缓存规模，优化版本通常适合在频率上和利用率上做一些文章。

gpu测试

简述一下上面这张表，苹果每代gpu基本都能在过热情况下获得上一代的峰值性能，而在峰值性能下获得和上一代过热之后相同的能效（a14除外，根据a14的gpu规模一度怀疑是不是犯了和855一样的错误，另外这是过热触发降频的测试，结合我们刚才讲到的热效应，在省电模式下应该更加优秀）。

888的gpu在峰值情况下达到了和855相同的能效，相当于855的两倍gpu性能，两倍功耗，结合我们刚才说到的高频对电压和功耗带来的影响，显而易见的是888在和855相同的gpu性能释放的情况下功耗一定会优于855，而在图表中可以看到在过热情况下的888在2.91w的功耗下的性能只是略低于865在3.91w的功耗。

麒麟9000在过热情况下的能效水平达到了目前移动端天花板（a14在过热情况下的水平）但是性能还是略低于a14，大概15%的样子，但实际上的差距还是会非常大，9000拥有非常恐怖的24cg78规模静态功耗一定不会低，在省电模式下大概在500mhz左右的运行频率，没有大多的性能调度区间，而a14高达1.36ghz的gpu有着充分的性能调度区间....（太可怕了）

有小朋友懒得看上面这一堆废话，所以下面会通俗易懂的给出一些建议，也是根据上面提到的内容针对各个处理器的汇总。

从高通开始835：身兼big.little和a53这种山顶洞人架构的上古遗老，却因为同时代甚至放在今天相比新中端soc也不落后的出色能效（相比a10和960）支撑着一代又一代的钉子户和垃圾佬。

建议：峰值性能瓶颈可以买来作为备机和播放器。

845：装备了跨时代的a55和dynamiq架构，理论上性能调度要比835灵活的多，（可惜没有几个厂商愿意打磨，后来高通就用缓存规格和密度库差异区分了大核和中核）属于上限很高下限也不低的soc，放在今天（a75成为了制约他的最大瓶颈，让强大的gpu无处发挥，今天的主流游戏还是偏cpu负载为主，例如在和平精英流畅极限画质下8个核心可以全部满载而gpu在257mzh的最低频率下也只有50%左右的占用率（亲测））。

建议：cpu瓶颈，可玩性比较高可以买来刷win11

855:装备了跨时代的a76，还特地给了一个满配的a76和高性能密度库来刷分（bushi）。

855cpu部分ip块，来自b站upxian333c视频截图

我们可以看到855的超大核心的面积要明显大于其他三个中核心，然而区区256kb的缓存无法达到这样的面积差异，这是由于超大核心采用了高性能密度库（降低晶体管密度改善高频积热-通俗来讲就是更贵性能更强的工艺），再加上不同的缓存配置，所以超大核心在整个性能区间的综合表现都要强于中核心，同时把频率拉到2.84ghz冲一下单核峰值，而三个l2减半的a76跑在2.42ghz的中高频卡一下频率甜点，同时避免高频对缓存容量的敏感，带来不必要的能效下降。gpu拉垮的原因刚才说过了。

建议：可以买，现在价格比较香，gpu提升只能说不符合预期，但是谈不上翻车相比cpu巨大的提升来说算是各方面都得到了稳定的发挥属于半步神u

865：a77算是非常成功的小改在引入初代lpddr5这种高延迟内存之后，没有影响到cpu的发挥，让我非常惊讶，可能和翻倍的三级缓存有关，由于n7p优化了高频表现865的cpu部分获得了一个令人欣喜的提升（这种提升在后摩尔定律时代真的不多见）大核心在性能同频提升超过20%之后功耗小幅度下降，中核心不管是性能和能效都要超过使用了更先进工艺7nmeuv的995大核心（2.42ghza77

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