文｜半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫
“舊時(shí)王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”。
曾幾何時(shí)，高性能計(jì)算（HPC）專屬的多核處理器還只活躍在服務(wù)器領(lǐng)域，如今隨著英特爾最新 CPU 路線圖的曝光，預(yù)計(jì)接下來幾年英特爾將會(huì)有很多充滿競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，例如搭載NVIDIA GPU的核顯以及100核的CPU。
百核CPU即將走進(jìn)消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)，一場(chǎng)圍繞“核”的巔峰對(duì)決正在英特爾與AMD之間悄然展開。
01、為什么需要多核？
在計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程中，提高處理器主頻曾是提升性能的主要路徑。更高的主頻意味著處理器每秒能完成更多運(yùn)算，早期電腦性能的飛躍很大程度上依賴于此。然而，這條道路很快遇到了難以逾越的障礙。
首先是熱量與功耗的失控。隨著主頻的提高，處理器產(chǎn)生的熱量和功耗也會(huì)顯著增加。高功耗可能導(dǎo)致散熱問題，需要更強(qiáng)大的冷卻系統(tǒng)，而且會(huì)增加計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能耗；其次是性能邊際遞減。當(dāng)主頻突破 4GHz 后，電子信號(hào)的傳輸延遲、晶體管的開關(guān)損耗等問題開始凸顯，繼續(xù)提升主頻不僅難以帶來明顯的性能增益，還可能因時(shí)序紊亂導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降；最后是制程技術(shù)的天花板。隨著晶體管尺寸逼近納米級(jí)物理極限，單純依靠縮小制程來支撐更高主頻的難度越來越大，成本也隨之飆升。
相比之下，多核處理器提供了一條更具可持續(xù)性的性能提升路徑。通過在單顆芯片內(nèi)集成多個(gè)運(yùn)算核心，處理器可以并行處理多任務(wù)，比如一邊渲染視頻，一邊運(yùn)行辦公軟件，各核心各司其職，無需再依賴單一核心的高頻“硬撐”。這種架構(gòu)不僅能顯著提升多任務(wù)處理效率，還能在同等性能下降低單位功耗，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的能效比。如今，多核已不再是 “備選方案”，而是適配復(fù)雜計(jì)算需求（如 AI 推理、4K 視頻剪輯）的必然選擇。
2005年，當(dāng)時(shí)英特爾推出了首款雙核處理器Pentium D，標(biāo)志著多核時(shí)代的開端。此后，隨著技術(shù)的發(fā)展，CPU核心數(shù)量不斷增加，從雙核到四核、六核、八核，再到如今的多核甚至數(shù)十核。這一趨勢(shì)的推動(dòng)因素包括制程工藝的進(jìn)步、并行計(jì)算的需求增長(zhǎng)以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等因素。
綜合考慮，多核和提高主頻都是提高計(jì)算機(jī)性能的手段，但多核處理器更符合當(dāng)前計(jì)算需求和技術(shù)趨勢(shì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，通常會(huì)綜合考慮這兩者以達(dá)到最佳的性能和能效比。
02、英特爾的CPU技術(shù)路線圖：直指百核
近期曝光的英特爾CPU 技術(shù)路線圖，為消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)帶來了諸多驚喜，百核 CPU 的出現(xiàn)已不再是遙不可及的夢(mèng)想。
首先英特爾在今年年末推出Panther Lake處理器，搭載Intel 18A工藝，而這也是英特爾今年最受關(guān)注的移動(dòng)終端，不過不是面向桌面級(jí)市場(chǎng)，想要桌面處理器，還是得等到2026年的Nova Lake處理器，包括桌面以及移動(dòng)平臺(tái)都將采用該架構(gòu)，同時(shí)相比較Panther Lake處理器，Nova Lake處理器的核心數(shù)量暴增，最高可以達(dá)到16P+32E+4LPE的規(guī)格也就是52核。
根據(jù)路線圖，到了2027年，英特爾將會(huì)推出Razor Lake處理器，這將是最后一個(gè)采用異構(gòu)P核和E核設(shè)計(jì)的CPU。Razer Lake將采用Griffin Cove P核和Golden Eagle E核，在明年發(fā)布的Nova Lake的基礎(chǔ)上小幅提升。
到了2028年推出Titan Lake處理器，最高擁有48P核以及48E核以及4個(gè)LPE核，相當(dāng)于擁有100個(gè)核心的龐大規(guī)模，此外到了2029年，英特爾與NVIDIA達(dá)成的合作就將結(jié)出碩果，推出的Hammer Lake處理器或許將采用NVIDIA的RTX GPU，從而在圖形性能上達(dá)到新的高度，當(dāng)然這也就意味著雙方或許要共同研發(fā)4年左右的時(shí)間。
03 英特爾的“豪賭”：從混合架構(gòu)的掙扎，到“統(tǒng)一核心”
據(jù)了解，英特爾可能會(huì)在2028年推出Titan Lake處理器系列。屆時(shí)可能會(huì)完全放棄P核，轉(zhuǎn)而采用多達(dá)100個(gè)E核。Titan Lake很可能標(biāo)志著英特爾從異構(gòu)P核和E核配置轉(zhuǎn)向統(tǒng)一核心架構(gòu)，該架構(gòu)可能基于Nova Lake更大的Arctic Wolf E核。
P核（Performance Core）即性能核心，主打高性能表現(xiàn)，擁有更大的緩存、更高的時(shí)鐘頻率，支持多線程技術(shù)（一個(gè) P 核可同時(shí)處理兩個(gè)線程），就像處理器中的 “主力干將”，專門負(fù)責(zé)處理游戲、CAD 設(shè)計(jì)、視頻編輯、3D 建模等對(duì)性能要求極高的復(fù)雜任務(wù)。比如在運(yùn)行 3A 游戲時(shí)，P 核能以高頻率快速處理游戲中的物理運(yùn)算、圖形渲染等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，確保游戲畫面流暢運(yùn)行。但 P 核的短板也很明顯：功耗與發(fā)熱量較高。
E 核（Efficiency Core）則以低功耗為核心設(shè)計(jì)目標(biāo)，時(shí)鐘頻率低于 P 核，功率也較低，不支持超線程，主要負(fù)責(zé)后臺(tái)任務(wù)（如系統(tǒng)通知、軟件更新、輕度辦公），其作用是為 P 核 “減負(fù)”，在保證日常使用流暢度的同時(shí)降低整機(jī)功耗，并有助于提高P核心的性能和效率。從 Alder Lake 到 Raptor Lake，英特爾的 E 核均基于 Gracemont 架構(gòu)，能效比已得到市場(chǎng)驗(yàn)證。
在第 12 代（Alder Lake）、13 代（Raptor Lake）和 14 代（Raptor Lake Refresh）CPU 中，英特爾采用的都是 P 核與 E 核結(jié)合的混合架構(gòu)，E 核基于 Gracemont 微架構(gòu)設(shè)計(jì)，該架構(gòu)是英特爾 Tremont 技術(shù)的升級(jí)版，在能效比上有顯著提升。
此次轉(zhuǎn)向統(tǒng)一核心，本質(zhì)是英特爾對(duì)“性能與能效平衡” 的重新考量：一方面，優(yōu)化后的 Arctic Wolf E 核在單線程性能上已接近前代 P 核，同時(shí)保持了更高的能效比與單位面積性能（PPA）；另一方面，統(tǒng)一核心架構(gòu)能簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)與軟件調(diào)度邏輯，降低研發(fā)成本 —— 這對(duì)于近年來面臨財(cái)務(wù)壓力的英特爾而言，是兼顧技術(shù)突破與商業(yè)效益的關(guān)鍵選擇。此外，配合 14A 制程工藝，Titan Lake 的熱設(shè)計(jì)功耗（TDP）也將得到更好控制，源自Arctic Wolf E核而產(chǎn)生的核心尺寸和功耗增加都可以通過提升PPA來抵消。
04 塞一堆小核心是否可以超越單個(gè)大核心
隨著英特爾在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)持續(xù)堆核，一個(gè)關(guān)鍵問題逐漸凸顯：核心數(shù)量的增長(zhǎng)，是否能等同于實(shí)際性能的提升？答案顯然是否定的。
對(duì)于天然能利用多核的程序來說，直接堆核心就能有很不錯(cuò)的收益。但是事實(shí)上仍然目前仍有大量軟件（尤其是部分單機(jī)游戲、專業(yè)設(shè)計(jì)工具）未完成多核優(yōu)化，即便 CPU 擁有數(shù)十個(gè)核心，實(shí)際運(yùn)行時(shí)仍依賴少數(shù)核心單打獨(dú)斗，形成“一核苦干，多核圍觀”的局面。這可能是軟件開發(fā)者沒適配，也可能是這類程序涉及到算法天然就不適合多核運(yùn)算。
而英特爾最新公布的 SDC（Software Defined Super Cores，軟件定義超級(jí)核心）技術(shù)，旨在通過軟件與硬件協(xié)同的方式，提升CPU單線程性能并優(yōu)化能效。
這項(xiàng)SDC技術(shù)的核心思路，是將兩個(gè)或更多的CPU物理核心聯(lián)合起來，作為一個(gè)高性能虛擬核心協(xié)同工作（有點(diǎn)像HPC）。具體來說，就是將單個(gè)線程中的指令劃分成多個(gè)區(qū)塊，分配到不同核心上并行執(zhí)行。每個(gè)核心分別處理程序的某一部分，再通過專用的同步與數(shù)據(jù)傳輸指令，確保所有操作仍按原始程序順序完成，從而以極低的開銷實(shí)現(xiàn)更高的每時(shí)鐘指令數(shù)（IPC）。這種方法可在不提高時(shí)鐘頻率、也不設(shè)計(jì)更寬、更復(fù)雜單體核心的前提下提升單線程性能，避免了更大核心設(shè)計(jì)帶來的功耗和晶體管數(shù)量增加的難題。
此前的P核與E核，其寄存器數(shù)量、緩存大小、計(jì)算單元配置均為硬件固定，無法根據(jù)任務(wù)需求靈活調(diào)整；而SDC技術(shù)通過軟件層面的動(dòng)態(tài)重構(gòu)，可將多個(gè)E核的計(jì)算單元與緩存資源“整合”為一個(gè)“超級(jí)核心”，用于應(yīng)對(duì)單線程密集型任務(wù)（如游戲）；也可將資源“拆分”，適配AI數(shù)據(jù)處理等多線程任務(wù)。這種“按需分配”的模式，讓多核CPU的資源利用率大幅提升，從根本上緩解“多核閑置”問題。
AMD的Zen 6架構(gòu)
面對(duì)英特爾的強(qiáng)勢(shì)布局，AMD 也不甘示弱，其即將推出的 Zen 6 架構(gòu)同樣備受矚目。Zen 6 架構(gòu)預(yù)計(jì)將橫跨臺(tái)積電 3nm 和 2nm 兩代制程工藝，之所以采用這種策略，是因?yàn)?Zen 6 架構(gòu)計(jì)劃服役至 2027 年年底或 2028 年年初，期間通過制程工藝的升級(jí)，持續(xù)提升性能和能效比。
從公布的數(shù)據(jù)來看，在核心設(shè)計(jì)上，Zen 6 架構(gòu)將繼續(xù)沿用經(jīng)典的 CCD（核心復(fù)合體）設(shè)計(jì)，但單顆 CCD 的最高核心數(shù)提升至 12 核，且全部支持雙線程技術(shù)。與上一代 Zen 5 架構(gòu)相比，Zen 6 的 CCD 內(nèi)核數(shù)量增加了 50%，性能提升十分顯著。按照規(guī)劃，AMD 將基于 Zen 6 架構(gòu)推出 24 核 48 線程和 48 核 96 線程的消費(fèi)級(jí)桌面處理器。可以說，多線程已經(jīng)成為AMD與英特爾的共同角力點(diǎn)。
如今，多核大戰(zhàn)已徹底從服務(wù)器領(lǐng)域蔓延至消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)，英特爾與 AMD 在核心數(shù)量、架構(gòu)設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化等方面的激烈角力，最終受益的將是廣大消費(fèi)者。不久的將來，當(dāng)我們?cè)诮M裝電腦、選購筆記本時(shí)，數(shù)著處理器上密密麻麻的核心數(shù)量，享受著百核 CPU 帶來的超強(qiáng)運(yùn)算體驗(yàn)，曾經(jīng)高不可攀的 HPC 技術(shù)，終將成為每個(gè)人都能輕松玩轉(zhuǎn)的日常工具。
多核大戰(zhàn)，已不再是服務(wù)器專屬。如今，英特爾與AMD都在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)瘋狂“堆核”，數(shù)框框數(shù)到眼花的日子，終于來了。