解读CPU芯片 ： EP 大小双内核设计有何优势？

来源：技术交流    发布时间：2024-11-23 04:59:34

　　作为计算机中的大脑，CPU的重要性不言喻。随技术的发展，CPU从最新的单核，到多线程设计，再到后面的双核、四核、八核……CPU的核心数量慢慢的变多，性能也慢慢变得强。

　　不过，从代号为Alder Lake的英特尔第 12 代酷睿（Core）处理器开始， 我们得知英特尔开始在一个 CPU当中封装了两种不一样的内核：E 核和 P 核，俗称大小核，这样的设计一直延续到最近发布的英特尔第13代酷睿处理器上。

　　那么，英特尔为何要在一个处理器中内置两个内核？它们之间是怎么样做工作的呢？给用户所带来了哪些不一样的体验呢？

　　众所周知，在代号为Alder Lake的英特尔第 12 代酷睿（Core）处理器之前，英特尔在一个芯片中布局的多个内核都具有相同的时钟频率，每个核心的性能也完全相同。这样的设计虽然让处理器拥有很高的性能表现，但同样也使得处理器的功耗居高不下，尤其是在一些较低负载的工作时，处理器TDP仍旧过高，造成了不小的浪费。

　　实际上，大/小核的设计并不是来自于英特尔，而且来自于Arm架构的芯片。Arm架构当初的设计思路就是在一个芯片内采用大、小两组不同的内核，大核主要用来处理较重的工作负载，小核主要处理占用后台的轻量负载。这样的组合，不但能够很好的提高芯片的性能，而且让处理器拥有更高的能耗比。

　　从第12代酷睿（Core）处理器开始，为越来越好的提高处理器的能效，英特尔也开始效仿Arm的这种芯片设计思路，并开始在笔记本专用的处理器上最先采用E核和P核的芯片，这样子就能够更好的降低笔记本电脑CPU芯片的功耗，并提高CPU的整体性能。据了解，英特尔开始将移动的Lakefield芯片中采用大/小核的设计，采用了 Foveros 3D 封装技术，酷睿i5-L16G7和酷睿i3-L13G4就是最早的大/小核芯片，采用一个P核和四个E核的架构。当然，最初的大/小核芯片在性能上喜忧参半，但从Alder Lake的英特尔第 12 代酷睿（Core）处理器开始，一直到最新的Raptor Lake，得到了用户的广泛认可。

　　有传闻显示，英特尔的主要竞争对手之一，AMD也会上大小核设计，甚至已经申请了有关技术专利，传闻称未来的Zen5会搭档精简版的Zen4D，但始终没确凿证据。

　　在英特尔第 12 代酷睿处理器之后的产品中，主要有P与E两个内核组成，其中P内核是性能核，也是最主要的内核，大多数都用在处理较大的工作负载。P内核拥有较高的时钟频率，非常全面的指令集，因此性能也相对来说还是比较强劲，能完成大部分较重的工作任务。

　　在英特尔第 12 代酷睿处理器和第 13 代酷睿处理器上，P内核基于英特尔的Golden Cove或Raptor Cove微架构，拥有出色的单核性能，并具备英特尔的超线程技术，这就从另一方面代表着一个核心拥有两个线程，以更好的处理工作负载。当然，P内核由于性能强大，因此也有着较高的功耗。

　　E 核作为P核的辅助，面积要比 P 核更小，性能也更弱，功耗也更低。当然，作为处理多核工作负载和别的类型的后台任务，E核并不是特别需要太强大的性能，更加看重的是功率效率和实现每瓦最佳性能。在英特尔的第 12 代和第 13 代酷睿处理器上，E 内核均基于英特尔的 Gracemont 微架构。

　　通过采用了大小核心的设计，从第 12 代酷睿处理器开始，性能和功耗有了更好的改善。根据英特尔对外公布的多个方面数据显示，第 12 代CPU芯片中，相比第11代CPU， P 内核提供的性能高达 19%，E内核与Skylake芯片相同的功率下提供40%的性能。有必要注意一下的是，Skylake架构于2015年推出，时至今日仍旧有很多电脑采用此款芯片。

　　受限于尺寸和制程工艺，CPU的性能提升越来越慢，而随着节能要求的逐步的提升，怎么来降低CPU功耗的同时，提高性能成为摆在芯片厂商面前的主要挑战。

　　虽然大/小核的设计并不是什么新鲜的产物，但必须得说，这种可以在一定程度上完成工作性能与功耗之间平衡的设计思路，的确有着很强的优势，尤其是在企业的办公场景中，优势越来越明显。不难预测，大/小核设计，将成为未来芯片设计的主流方向。

　　IBMPower处理器从1990年诞生为Power1，接着有Power2、Power3、Power4、Power5和即将发布的Power6产品。Power4、Power5等处理器大多数都是双核。POWER4处理器芯片包含两个微处理器核心、芯片和系统渗透功能，POWER4芯片是业界第一个双内核处理器，虽然现在几乎所有处理器厂家都开始推出各自的双内核产品，但POWER4芯片有一个重大的不同。