Surface Book 真的是高性能笔记本吗?

在笔记本或者超级本市场上,处理器有个概念叫“低压”,再转义一下也就是 TDP 功耗比较低的处理器。低压 CPU 一般是专为超级本设计的,它所专注的市场在低功耗、高能效比、长续航,以及不可避免的就是性能更差。

之前针对无风扇 Surface 的分析文章里,我大致提到了低压 CPU 的性能表现怎么样,其实很大程度受制于 PC 本身的散热设计[1]。“超级本”这个产品门类本来就十分考验 OEM 厂商的系统与散热设计能力,因为超级本必须很轻、很薄,这与散热系统越大越好是相悖的。所以在合理的空间内做到高效的散热(与科学的 CPU 频率调节),让 CPU 在更长时间内处在低温环境里,那么其持续性能就会明显更好。

在我之前的那篇文章里,我们还提到了 PL1/PL2 长时与短时睿频时间的问题。现在很多的酷睿 i7 低压超级本,在一个较短的时间里,都允许低压 CPU 将 TDP 功耗临时抬升到 45W/51W 这种水平。也就是在很短的时间里,这些低压超级本有一个变身为标压笔记本的机会——有时是半分钟不到,有时是几秒钟。那么至少在这几秒的时间内,低压 CPU 就成了标压 CPU,性能有了与标压 CPU 短时竞争的机会。

那么如果我们假定有这样一款超级本,散热设计逆天,而且我们还不用考虑功耗、续航的问题,那么当低压 CPU 的睿频时间无限久时,它是否就已经成为了一款标压 CPU 呢?或者说,如果把一颗低压 CPU 塞进一台散热设计十分出色、热设计功耗限制比较小的游戏本里,它是否可以当做一颗标压 CPU 来用?因为镇压其温度蹿升的散热系统已经完全可以承受住其睿频的发热了。

img
Surface Laptop 3

为什么 MacBook Pro 13 那么早就有雷电接口?

实际上,这个想法虽然有一些问题,但似乎还真是有一定的可操作性。当代比较知名的一个具体产品是微星 Prestige 15,这是一款采用十代酷睿低压处理器(Core i7-10710U,六核心)的笔记本,虽然配了 GTX 1650 Max-Q 这样的独显,但它从三围到可移动性,都不是一台高性能笔记本或者游戏本(好像对 Max-Q 来说算是废话)。

现在很多厂商都喜欢推某一类中间形态的产品,即轻薄性比不上真正的超级本,性能比不上游戏本或者移动工作站,但处在某种中间状态:即它仍有轻薄性可言,但也有性能可宣传(不过貌似很多同类产品多考虑采用标压移动 CPU)。Dell、Razer 之类都有类似的产品,价格其实也是比较高的。

Prestige 15 的特点就是心怀一颗低压 CPU,但其持续性能发挥和标压的酷睿 i7-9xxxH 系列差不多。这和这台笔记本的散热设计、调节机制之类是分不开的,让低压处理器在绝大部分任务场景中发挥出标压处理器的水平。

只不过当超级本十分轻薄时,这种条件是难以达成的,尤其是局促空间的散热和续航要求就不允许。而且除了上述差异外,至少我所见移动低压 CPU 与标压 CPU 还有两个很大的差别:

  1. 低压 CPU 更贵
  2. 低压 CPU 还阉割了一些 I/O 控制器

说得有逼格一些,I/O 属于 uncore 部分——Intel 针对低压 CPU 的 I/O 阉割似乎是一路推进的。uncore 的部分阉割,让 CPU 核心部分能够分得更多功耗资源,这对低压 CPU 这种资源原本就比较紧张的产品来说也是重要的。

img
Thunderbolt 接口

如果你有在关注 Intel 在低压处理器上的变化应该就知道,Intel 直到如今的第十代酷睿(Ice Lake)才加入了对 Thunderbolt 雷电的支持(同期还有支持 Wi-Fi 6)。估计对很多人来说,雷电接口根本就不重要(比如我),所以不会关注这种问题(甚至觉得 I/O 什么的,也不是很重要)。

不过其实我们仔细想一想,同样采用低压处理器的苹果 MacBook Pro 13′ 似乎从 2016 年开始就有雷电接口了,所以这是怎么做到的?

在当代已经不怎么说“北桥”和“南桥”的时候,有个叫 PCH(Platform Controller Hub)的东西就出现了——最早可以追溯到 2008 年。PCH 可以看做是南桥的“迭代”,很大一部分 I/O 功能是在 PCH 上面分配的。比如下面这张图,比较小的那一块 die 就是 PCH(现在应该不会以这种形态出现了)——这颗 PCH 芯片跟 CPU 是封装在一个基板上的,PCH 也可以独立放在主板上。

img
PCH 与 CPU

对当代低压 CPU 来说,PCH 是集成在整个封装上的(似乎是从 Haswell 开始的),而不是像标压 CPU 那样采用独立 PCH 的形式。PCH 这部分一般相较 CPU 本身,会采用差一代的制造工艺,比如十代 Ice Lake 酷睿 CPU 的 PCH 用的就是 14nm 工艺,而非主体部分的 10nm。

图1:2016 年末款 MacBook Pro 15′ 的 I/O 分配
img
图 2:2016 年末款 MacBook Pro 13′ 的 I/O 分配

上面这两张图是 2016 年末 15 寸与 13 寸版 MacBook Pro 在 PCH 与 I/O 上的分配。需要注意的是 15 寸的 MacBook Pro 使用的并非低压版 CPU(图 1),而 13 寸则为低压版 CPU(图 2,所以 13 寸的 MacBook Pro 其实一点也不 Pro)。不难发现,当时的第六代酷睿(Skylake)低压处理器自身连 PCIe 通道都没有,而 PCIe 控制器是挂在 PCH 上面的——当时的标压版 CPU 没有这方面的限制。

所以早期 MacBook Pro 13′ 的雷电接口是依托于 PCH 实现的。而且这其中还有两件事值得一提:对标压 CPU 而言,PCH 与 CPU 的连接采用 DMI x4,基本等同于 PCIe 3.0 x4——这真的只能算是个小水管,不过其实问题不算太大,因为标压 CPU 本身不需要依赖 PCH 就有可直连独立 GPU 的通道(当然还有内存控制器),还有额外的 PCIe 通道可支持雷电接口之类;PCH 则负责 SSD 存储、低速 USB、WiFi 等等。

但低压 CPU 这边的情况就相当捉襟见肘了(图 2)。低压 CPU 自身没有 PCIe 通道(也没有为独立 GPU 准备的通道)。如此一来,单纯依靠 PCH 来挂一大堆 I/O,包括雷电 3 这种带宽需求量大户(甚至可能是独立 GPU),再依赖一根小水管连接 CPU,那么带宽资源是可能出现争抢的问题的。

另外,低压 CPU 与 PCH 连接的 OPI 总线(On Package DMI interconnect Interface),根据不同的选择,有时仅有标压 CPU 的 DMI x4 的一半带宽(2 GT/s),就会让问题进一步恶化。这其实也是低压 CPU 在选择低功耗时付出的一部分代价。

如此便不难理解,MacBook Pro 13′ 虽有 4 个雷电接口,但其中有两个是半速接口,只占用 PCIe x2 lane,因为如果真的都用全速接口的话,加上 SSD 之类,更多 I/O 将没有带宽资源可用。(似乎有一些缓解技术出现,比如针对无线的 CNVi)

一款奇特的设备:Surface Book 2

这其中有个话题是值得探讨的,即 Intel 的低压 CPU 如今根本就不给独立 GPU 留通道。所以如果某台采用低压酷睿处理器的笔记本要用独立 GPU,那么这个 GPU 实则是挂在 PCH 下面的——或者说得再夸张点,是挂在南桥下面的(听起来有没有很惊悚)。

低压 PCH 到 CPU 的 OPI 总线带宽瓶颈,也就基本决定了低压超级本不大可能采用什么高级的独立 GPU。所以绝大部分在宣传上采用所谓“独立显卡”的超级本,也就配个 MX150/MX250 这种在我看来聊胜于无的 GPU,毕竟由于其性能本身也不怎么样,对带宽的需求自然就比较低。

img
Intel 十代酷睿低压处理器的 I/O
img
十代酷睿 PCH 的高速 I/O 通道设置

最新的 Ice Lake 十代酷睿的 PCH-U(495 系列芯片组),在 PCIe 的扩展上通道数是 16 个(全部 16 个高速 I/O 都可配为 PCIe,Comet Lake 好像也是这样)。相比之前的八代有了升级,似乎是一种更加灵活的搭配,比如现在 PCIe #1-#6 也皆可配置为 USB 3.2 [2] 。以前都是有 4 条固定配置给 USB 3.0 的。好在这次的低压 CPU 本身有一个 USB Type-C 形态支持的雷电 3,这也给 PCH 释放了压力。

Intel 官方介绍中说十代酷睿的 PCH-U 至多 16 条 PCIe lanes,也就是最多 6 个 PCIe 设备可接入,当然前提就是 USB、GbE 这些也都别用。SSD 要占掉其中 4 条 lane,不知是否有选择在十代酷睿上给独立 GPU 分配更多条 PCIe lane 的,理论上独显依然只能分得 4 条 lane(单个 PCI-e 设备最多好像也只能分配 4 条 lane,每 4 条就一个 PCIe 控制器)。

七代和八代酷睿的情况比这个还要捉襟见肘,可配置的 PCIe lane 一共就 12 条;如果还装配独立 GPU 的话,那么独立 GPU 理论上可能会和 SSD 争抢带宽资源——十代针对这个问题的改进应该也是没有的,因为 CPU 到 PCH-U 的连接小水管带宽依旧不变。当然,或许在具体的使用场景中,并不存在 PCH 挂载高速设备争抢带宽的问题,但起码 OPI 的带宽局限还在,所以无论如何都不可能采用什么高端独立 GPU 了——要知道 GeForce GTX 1080 用 PCIe x8 尚且略微有些悲伤了。

img
Surface Book

似乎在这么多超级本(或采用低压处理器的笔记本)中比较奇特的一款就是 Surface Book 了。众所周知的是,这款设备在 dock 部分可选配独立 GPU。Surface Book 在很多人的心目中,定位都是高性能移动工作站,但实际上即便是 15 寸 Surface Book,都仍在用 Intel 的低压处理器。

高配 15 寸 Surface Book 2 可选配的独立 GPU 是 GeForce GTX 1060(处理器是 Core i7-8650U)。无意外的是,这颗独立 GPU 也没有直连 CPU,而是挂在 PCH 下,占用通道 PCIe x4。这看起来还是个颇为奇葩的搭配方式,好像市面上还没有 OEM 厂商为低压处理器超级本选配这个规格的 GPU,毕竟 GTX 1060 是部分游戏本才会选择的独立 GPU。

只不过也的确没有听人说过它放在 Surface Book 2 身上存在什么带宽压力:似乎受制于 Surface Book 2 自身的功耗与温度限制,它身上的 1060 相比同样搭配 1060 的其他标压笔记本,游戏性能明显更糟糕[3]

NoteBookCheck 认为,原因应该在 Surface Book 2 自身的功耗限制上,但好像网上也有人将其归咎于带宽资源受限。

我觉得可以这样对比:13 寸 Surface Book 2 独显选配的是 GTX 1050(处理器和 15 寸一样);如果看 NoteBookCheck 的图形测试跑分的话,和同样选配 HQ 标压版的机型差不多[4];更重要的是实际游戏测试中,13 寸 Surface Book 2 也与其他选配 1050 的标压笔记本差不多。所以低压超级本选配 1050,大约在游戏上是没有受到带宽限制的。

不过很奇特的是,针对 15 寸 Surface Book 2,NoteBookCheck 竟然没测图形跑分成绩,而只是跑了跑游戏——并表示游戏水平和同 GPU 配置的其他机型有帧率上的差距。这就让人无法判断这种差距主要来自哪里。另外就是游戏大概还好,不知做 CUDA 计算数据量大时,情况会如何,估计 GTX 1060 就是低压 CPU 在选配独立 GPU 时的极限了吧。

另外就是,也正因如此,PCH 被占得如此之满,Surface Book 2 也就完全没可能再配 Thunderbolt 3 接口了。如此,你还会觉得 Surface Book 2 算得上移动工作站吗?

img
游戏本

玩游戏还是买个游戏本吧

本来还是想花点笔墨再说说 Intel 十代酷睿(Ice Lake)的 Iris Pro 核显提升,以及 AMD 不同体系下对于独显的支持,以及 AMD 独立 GPU 本身吃更多带宽的特性的(所以似乎并不存在 Intel 低压本选配 AMD GPU 的情况)。不过感觉有点太废话了,还有前面提到微星的 Max-Q 搭配也不多说了。

其实这一代核显的 G7 最高配,也就是 64 个 EU 的版本,图形跑分已经介于低功耗版和标准版 GeForce MX150 之间了,而且功耗表现也很优秀;但实际游戏测试就不难发现,没上 eDRAM 的带宽瓶颈,令 Ice Lake 在 GPU 和 CPU 同时跑的情况下,会发生主内存资源的争抢,令游戏画面有比较严重的掉帧,实际体验是比不上低功耗版 MX150 的。(推荐各位去看这篇文章:intel 10代酷睿移动版性能测试(四)—— IceLake-U 显卡篇[5]

近期我在家用 Surface Laptop 3(Core i5-1035G7)玩《伊苏 8》这种甜点级别的游戏,大致上也有这种体验,中等画质下的流畅度表现是非常好的,不过一旦 CPU 同时要干点儿什么活,游戏的掉帧问题就会非常严重——等 CPU 干完活儿,帧率立刻又回来。这是个挺诡异的事情。

不过 Ice Lake 这代 CPU 的核显部分提升的确相比八代有了不小的提升,用来玩玩这种对性能要求不高的游戏也非常怡然自得。在这种情况下,类似 MX150 这种在宣传上还比较好听的独显,就显得没那么必要,即便它依然在实际性能表现上优于 Ice Lake 的核显。(MX350 似乎有不错的提升)

总体我想说的是,若选择超级本,大部分情况下就别想着玩什么高级游戏了,尤其是低压 CPU 还对高端显卡存在诸多限制。虽然这话说起来跟屁话似的。另外一点是,低压 CPU 即便在优秀的系统设计中可以达成标压 CPU 的性能水准,它依然存在很大的限制,独立 GPU 即是其中一部分。

最后补充一点,Ryzen 4000 Mobile 对 Intel 十代酷睿的屠杀估计很快就要开始了,如果你不是个技术爱好者的话,就导购的角度来说,现在也绝对不是购买笔记本的好时机。几天前,Intel 的首席财务官 George Davis 在摩根士丹利的会议上已经明确表示,自家 10nm 时代,再也没有当年 14nm、22nm 时期对竞争对手的优势了,而且是“not reach process parity with competitors until it produces the 7nm node at the tail end of 2021”,并且要到 5nm 节点上才能找回制造工艺的优势[6]。对这一点我还是不怀疑的,不过究竟是什么时间呢?

详情还可参见:PC处理器市场在变天:Intel的王者宝座还能坐多久?

参考来源

[1]聊聊无风扇的Surface Pro:性能比一般笔记本差多少?- WEB VIEW

[2]Intel® 495 Series Chipset Family On-Package PCH Datasheet Vol. 1 – Intel

[3]Microsoft Surface Book 2 15 (i7, GTX 1060) Laptop Review – NoteBookCheck

[4]Microsoft Surface Book 2 (13.5″, i7, GTX 1050) Convertible Review – NoteBookCheck

[5]intel 10代酷睿移动版性能测试(四) —— IceLake-U 显卡篇 – 孤独凤凰战士的小屋

[6]Intel Says Process Tech to Lag Competitors Until Late 2021, Will Regain Lead with 5nm – tom’s HARDWARE

上一篇:
下一篇:

全部评论:

  1. Adele

    博客的RSS输出(http://webview.tech/category/original/feed/),出问题了,只抓取到了去年五月份之前的文章,检查一下哪里出问题吗?

  2. sinxccc

    跟具体的内容无关,但你配图的「Thunderbolt 接口」那张图99%是 MacBook 12寸,而 MacBook 12寸只有一个 USB type-c 接口,没有 thunderbolt。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注