淺談聯(lián)發(fā)科核心數(shù)的秘密，AI專核成未來思路

自從英特爾公司聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾在上個世紀60年代提出“摩爾定律”以后，這個定律目前已經(jīng)被推斷可適用于所有技術(shù)，包括智能終端在內(nèi)的產(chǎn)品。例如以智能手機為例，目前業(yè)界普遍相信技術(shù)進步的速度應該每兩年提高一倍，而實際上這一定律也確實得到了廣泛驗證。

回望2013年的移動終端界，可以確認這是一個極其重要且具有承上啟下意義的時間節(jié)點。在當年，蘋果推出了全球首款64位手機處理器A7，震動業(yè)界。而另外兩家同屬安卓陣營的亞洲芯片設計巨頭聯(lián)發(fā)科和三星公司則是共同將安卓移動終端帶入了八核心處理器時代，安卓設備性能的飛速提升也從這個時期開始了。

八核處理器對于手機算力的提升是用戶有目共睹的，但是在當時的手機技術(shù)宅用戶群體中，他們更想要了解的是，剛剛問世的八核處理器到底在使用中表現(xiàn)如何?所以在此之前，我們有必要從全球首款“4+4”八核處理器，也就是第一代大小核芯片三星Exynos 5410這款芯片說起。

自從三星在2013年CES上發(fā)布這款主打高端市場的Exynos 5 Octa(Exynos 5410)處理器之后，業(yè)界圍繞著其真假八核的爭論就從來沒有停止過。它的出現(xiàn)讓原本就甚囂塵上的“多核無用論“備受爭議，而這種討論在技術(shù)宅用戶中持續(xù)的聲音最廣。

　　作為第一款打著八核的芯片，三星Exynos 5410可謂備受爭議。(圖/網(wǎng)絡)

如今我們回過頭去看，其實三星Exynos 5 Octa處理器并不是三星自己原創(chuàng)的架構(gòu)，而是ARM提出的big.LITTLE架構(gòu)設計在三星平臺的第一次實際展現(xiàn)。所以你可以看到Exynos 5 Octa采用四顆A15大核心來作為“超高性能”的代表，并配備四顆A7小核心同樣代表“節(jié)能功耗”，二者通過ARM的CCI-400互聯(lián)，根據(jù)工作負荷的大小來進行切換。

這樣帶來的后果就是，當年的exynos 5410處理器雖然號稱是使用了豪華陣容的八個物理核心，但受限于ARM公版授權(quán)方案的設計初衷，無論你怎么進行調(diào)度，核心運作時最多能展現(xiàn)在用戶面前的就只有四顆核心。而當時爭議的焦點在于，Exynos 5410的大小核調(diào)度模式，一度讓花了高價買三星旗艦機型的技術(shù)宅消費者覺得無法接受。

　　圖為三星exynos 5410內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設計圖。(圖/網(wǎng)絡)

不過從現(xiàn)在來看，大小核運作的方式已經(jīng)被消費者逐步接受，并且其優(yōu)點也逐步顯現(xiàn)。例如你在視頻播放、文檔處理、上網(wǎng)沖浪這些所謂的輕度應用時系統(tǒng)會將工作分配和小核心，達到節(jié)能省電的效果;但你進入大型游戲、高清錄影等模式時則會切入大核心的模式，這種調(diào)度其實就是如今集群遷移調(diào)度的雛形，也就是所謂的“4+4”模式，這種調(diào)度模式在之后高通的驍龍835，甚至蘋果的A10 Fusion下都能找到他的影子。

不過作為第一代大小核產(chǎn)品，在當時由于制程工藝的落后和ARM高性能核心的功耗，再加上總線吞吐量等問題的制約。用戶再進行不同場景，不同強度應用的時候，頻繁的進行大小核心的切換，反而帶來了巨大的延遲，造成用戶體驗的崩塌，當時可謂是空有最強公版A15的性能，卻敗于調(diào)度模式，因此本質(zhì)上這種調(diào)度方案仍是讓設備以四核心的方式在運作。

　　聯(lián)發(fā)科MT6592以HMP方案實現(xiàn)了八核全開，成為首款真八核芯片。(圖/網(wǎng)絡)

而之后由聯(lián)發(fā)科技推出的主打中端市場的MT6592卻以支持異構(gòu)多處理(Heterogeneous Multi-Processing/HMP)方案受到中端用戶的好評，相比三星的big.LITTLE架構(gòu)，它通過并行處理器技術(shù)，可同時運行所有的八個核心，并提供核心配置和軟件整合方案支持，確保每個核心獨立靈活地運轉(zhuǎn)。

此種調(diào)度方式復雜度比簡單的集群遷移模式要高好幾個數(shù)量級，需要系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度器能夠辨別多核心的存在與不同，智能地將負載分配給八顆核心，而且切換的延遲要非常低，從而發(fā)揮全部核心的最大能效能。在當時，MT6592雖然只是一顆定位于中端的手機處理器，但是卻在核心調(diào)度方案上使用了當時旗艦機型都沒有使用的HMP模式，讓用戶在多場景使用中體驗到設備高能效的流暢體驗。

當然實際上這也是ARM公版大小核架構(gòu)的最新功能，不過有了新技術(shù)的加持和內(nèi)部的優(yōu)化，聯(lián)發(fā)科后續(xù)還推出了首款真八核4G LTE芯片MT6595，成為當年紅極一時的明星產(chǎn)品，而聯(lián)發(fā)科的“真八核”也成為之后很長一段時間IC廠商爭相角逐的標桿。

時至今日，消費者對核數(shù)之爭已經(jīng)有了理性的認知，更多的關(guān)注點落在了核數(shù)之間的分工協(xié)作上。而處理器的架構(gòu)也從大小核分工、單核大小頻率協(xié)作、多叢集設計方案演進，例如近日海思980就搭載了 ARM的 DynamIQ 調(diào)度特性，雖然華為官方將其稱之為Flex-Scheduling多核智能調(diào)度機制，但本質(zhì)上就屬于多叢集的協(xié)作過程。

　　圖為海思980使用的多核調(diào)度機制，使用2xA76+2xA76+4xA55設計(圖/網(wǎng)絡)

我們可以直觀的看下，海思980的架構(gòu)主要分為三部分，其中A76的核心又分為兩組，分別是兩顆最高主頻為2.6GHz的運算部分，負責提供高性能運算;兩顆主頻為1.92GHz的能效比部分，負責日常的大部分應用。最后四顆則是主頻為1.8GHz的A55小核心，負責低負載的應用，提升續(xù)航能力等，整體上是屬于三檔能效架構(gòu)混合組成。

海思的這個架構(gòu)其實很有意思，它可以針對不同的運算需求分配不同的核心去執(zhí)行，能夠?qū)⑿阅芫夥峙?，當然續(xù)航效果也更優(yōu)。另外海思980的這個方案雖然很有亮點，但對手機芯片產(chǎn)品有關(guān)注的朋友其實不難發(fā)現(xiàn)，當年主打十核的聯(lián)發(fā)科Helio X20其實也使用了類似的多叢集方案。

當年聯(lián)發(fā)科Helio X20率先打出10核可謂是震驚業(yè)界，但我覺得它的最主要亮點反到不是在十核方面，而是提出了三(多)叢集的概念。聯(lián)發(fā)科X20通過MCSI互聯(lián)總線把這個十核進行連接，形成三叢集的核心群，然后這三核心群再通過聯(lián)發(fā)科自研的CorePilot 3.0技術(shù)進行實時調(diào)控。

我們注意到CorePilot 3.0的技術(shù)文檔中有一個Square的排前算法，簡單來說就是這個算法會考慮到應用的類別，對應用的特性有一個實時的學習，從而知道這個應用對性能的需求程度，再調(diào)用相對應的核心去進行運算，在這個調(diào)用的過程中，不同叢集的核心是可以搭配互相使用，例如可以兩大四小、可以四中四小，主要還是要依據(jù)當前處理器的狀況以及應用對運算的需求。

例如你在使用手機看電子書、回郵件、聽音樂的時候，系統(tǒng)就會主要啟動小核心進行工作;而你在持續(xù)微信聊天、看電影、上網(wǎng)沖浪的時候，具備更高性能的中核心則會負責這部分的運算。至于在開啟大型游戲、極限預算的時候，大核心則會加入工作，并且在不同的使用場景下，不同的核心數(shù)都能參與進來，所以網(wǎng)絡上此前調(diào)侃的“一核有難，九核圍觀”實際上給聯(lián)發(fā)科處理器帶來了莫大的冤屈。

伴隨著AI人工智能、大數(shù)據(jù)、5G網(wǎng)絡的到來，消費人群在移動終端體驗上已經(jīng)有更加多元化的需求，例如智能手機方面的AI特性、多攝方案、全面屏等功能已經(jīng)代表著次世代移動終端的發(fā)展方向，而在用戶對設備提出更高強度的使用情況下，處理器的調(diào)度模式顯得更加重要，這也對各家移動終端廠商調(diào)試處理器的技術(shù)提出了更高的要求。

聯(lián)發(fā)科此前被吐槽為“一核有難，多核圍觀”， 所以這一點上我們依舊來看看聯(lián)發(fā)科的做法。以聯(lián)發(fā)科目前最熱的Helio P60來說，不僅處理器運算性能上早已經(jīng)可以實現(xiàn)八核全開，破除了“多核圍觀”的迷思，而且最關(guān)鍵的是聯(lián)發(fā)科已經(jīng)開始朝著分工協(xié)作的思路演進，例如P60就集成了雙核APU(AI處理單元)，一開始就讓AI處理器進入了多核的時代。當然這確實是出彩的一部分，但我倒覺得聯(lián)發(fā)科思路更正確的則是持續(xù)演進其NeuroPilot AI技術(shù)，讓手機芯片和AI的結(jié)合更近一步。

關(guān)于聯(lián)發(fā)科的NeuroPilot技術(shù)其實網(wǎng)絡上已經(jīng)有很多分析，簡單來說它是聯(lián)發(fā)科把CPU、GPU以及自主研發(fā)的APU(AI處理單元)等異構(gòu)運算功能整合到SoC中的技術(shù)， 其中APU還可以進一步擴展到多核，而NeuroPilot平臺則會根據(jù)不同的場景和實際需求來進行運算的合理分配，實現(xiàn)專核專用、續(xù)航功能持續(xù)提升的特性，從根源上解決了網(wǎng)絡傳言的“一核有難，多核圍觀”的尷尬情況。

當然還有一點就是，聯(lián)發(fā)科還提供NeuroPilot SDK，完整支持安卓神經(jīng)網(wǎng)絡API，不僅可以讓開發(fā)者可以更貼近硬件的方式進行編程，提高性能和功能，還可以方便系統(tǒng)各個硬件的分工協(xié)作，也將系統(tǒng)優(yōu)化從以往的CPU層面擴展到各種專用核心，進一步優(yōu)化了效率和功耗。

聯(lián)發(fā)科目前有多款芯片已經(jīng)使用NeuroPilot技術(shù)，例如Helio P60、A22，此外最新發(fā)布的Helio P70也同樣沿用這一思路，其自帶有APU專核，AI處理效率進一步提升，此外還支持拍照美顏、人臉識別、場景優(yōu)化、景深預覽等，甚至實現(xiàn)了人體姿態(tài)識別這樣的功能。

當然不可否認的是，隨著手機處理器的性能瓶頸逐漸到來，以及手機芯片制程工藝的紅利不復，各大芯片設計廠商也開始研究如何突破“摩爾規(guī)律”的限定，而AI顯然成為接下來一段時間的重心所在，聯(lián)發(fā)科目前在核心數(shù)這條路上確實找準了方向，大膽布局ASIC(專用集合電路)機制的AI專核，兩代產(chǎn)品已經(jīng)打出一些成績。而在AI的推動下，據(jù)悉包括蘋果、三星、海思等產(chǎn)品未來都可能會具備AI專核，打破多核迷思，逐步演進為專核專用將會是業(yè)界未來的主流思路。

從目前聯(lián)發(fā)科的布局來看，其AI已經(jīng)從智能手機延伸至智能穿戴、多媒體影音、智能家庭以及更廣泛的萬物互聯(lián)設備等，而聯(lián)發(fā)科也在持續(xù)與多家中、美技術(shù)業(yè)者結(jié)盟，包含騰訊、曠視科技、商湯科技、虹軟等，整體前景值得看好，這家低調(diào)的華人企業(yè)在IC領域持續(xù)推進科技的普惠，這也是筆者最欣賞的部分。

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