完秒Tegra 3:x86同样可以低功耗!
  • 上方文Q
  • 2012年12月27日 14:40
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长期以来,人们一致认为低功耗是ARM架构的专利,专注于高性能的x86在这方面是没法和人家媲美的,但是经过一番努力,Atom已经证明了它完全有能力在移动领域占据一席之地。Intel的工程师近日更是带着Windows平板机和特别的功耗测量方法,分赴美国各地大型媒体,通过他们向大家展示,x86架构同样可以做到很低的功耗,即便是现有的32nm Clover Trail Atom平台都可以胜过NVIDIA Tegra 3。

两家权威大站AnandTechTom's Hardware日前都详细公布了相关测试过程和数据。虽然测试平台和方法是Intel提供的,但这两家网站的权威公正是有目共睹的,因此依然有很大的参考价值,而且测试项目都是网站自己做的,各有不同,所以我们分别来看一下。

AnandTech也明确指出了,Tegra 3处理器毕竟是40nm LPG工艺的,不如Intel的先进,本身就吃点亏,因此他们也在自己研究将同样的测试方法用在iPad 4、高通S4 Windows RT平板上,争取进行更全面、更自主的对比,只不过方法比较复杂,一不小心就会造成设备损坏,需要等一段时间。

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AnandTech篇——

与一般在平台级别上测量功耗的方法不同,Intel选择在硬件电路底层进行,因为这里要关注的只是CPU处理器的功耗,而不是整台设备的,甚至不是SoC芯片的。

虽然现代移动SoC的集成度都相当高,但是CPU、GPU这类主要模块一般都有各自独立的电压层,只要找到相应的LC滤波器(电感加电容),加入一个小电阻(2-20毫欧姆),就可以测量通过它的电压变化了,而知道了电压和电阻,就能计算出电流、功耗,再配合精良的测量设备,就可以知道SoC内某个模块的单独功耗水平了。

完秒Tegra 3:x86同样可以低功耗! 标准的LC滤波器

完秒Tegra 3:x86同样可以低功耗! 加入电阻的LC滤波器

Intel此番派出了自家最好的电源工程师,携带国家半导体USB-6289数据采集器、NI LabVIEW SignalExpress交互式测量软件,以及两款Windows平板机:基于Clove Trail Atom Z2760的宏碁W510,基于NVIDIA Tegra 3的微软Surface RT。二者都是搭载最新系统和软件的零售版,W510更是安装了宏碁最新的1.01版驱动,改进了电池续航能力。——在之前的评测中,W510的续航能力反常地偏低,看来这次是修复了。

两款测试平板机都是Intel购买的,但经过检查,并和之前的评测样品进行了对比,没有发现异常。除了测量电路的改动,Intel也没有对其它任何地方动手脚。测试中平板屏幕亮度都调整为200nits。

完秒Tegra 3:x86同样可以低功耗! 改装的Surface RT:黄色区域是测量GPU功耗的,橙色区域则针对CPU

完秒Tegra 3:x86同样可以低功耗! 改装的宏碁W510:紫色区域是Intel参考设计方案上用来测量电池功耗的,黄色和橙色依然分别对应GPU、CPU

测试平台看起来很简单,找个笔记本装上SignalExpress软件、连上平板机就可以了,不过各种连线非常杂乱,因为Intel其实不仅仅记录了CPU、GPU,还有内存、闪存等其它也都接上了,可以得到更丰富的数据。

为了保证测试公平性,AnandTech强调了几点:1、平台是Intel提供的,但测试过程完全是自己进行了,想怎么测就怎么测,Intel完全不干预;2、测试结果是CPU、GPU活动时的电路电压变化,但一条电路往往会运行不止一个任务,特别是Tegra 3 GPU部分让人信心不是很足,后边可以看到它的功耗高得反常;3、和安卓里不同,Windows RT不使用Tegra 3的第五个辅助节能核心,因为微软还不支持这种异构架构,所以这个核心是完全关闭的。

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待机功耗】

以下每个环节你都会看到三张图表:第一张是通过电池测量的整机功耗,SoC、内存、闪存、屏幕等等全部计算在内,另外两张则分别是单独的CPU、GPU电路功耗。测量间隔15毫秒(实际测试为1KHz)。蓝线代表Atom Z2760 W510,绿线代表Tegra 3 Surface RT。

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Surface RT的整机功耗比W510高了大约28%。后半段的平稳意味着在动态磁帖的动画结束后,平板真正进入了待机状态。

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Atom CPU平均为36.4毫瓦,Tegra 3则达到了70.2毫瓦,而且所有活动期间的峰值功耗都更高。

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Atom Z2760集成的Technologies PowerVR SGX545能效确实很高,平均只消耗了155毫瓦,Tegra 3 GeForce GPU则高得有些离谱,平均得有400毫瓦左右,峰值甚至超过1W。不知道是电路中还有其他模块影响,抑或本身就是这样。

按说系统待机不应该有那么多峰值,所以下边再进入飞行模式,并等待系统完全平静下来,再重新测试一遍。

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这下好多了,没有了无线的持续活动,系统彻底空闲了,W510平均节省了47.8毫瓦。

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Atom GPU的功耗降得更低了。

【开机功耗】

冷启动,截止到Windows开始屏幕出现。

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Intel的优势很明显,W510最高也就5W,Surface RT则达到了8W。

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CPU差异更明显,Tegra 3平均大约1.29W,Atom Z2760则仅为0.48W。此外,Atom平台的启动速度也更快,因此可以更早地开始休息。

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GPU拉得更开,Tegra 0.8W,Atom 0.22W。

【Word 2013启动功耗】

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两家的启动时间差不多,不过W510还是稍低一些。

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单看CPU的话,Tegra 0.60W,Atom 0.48W,少了五分之一。

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GPU又一次差得特别多,平均值分别为0.73W、0.23W,不禁怀疑Tegra 3 GPU电路并不“单纯”。

【SunSpider测试功耗】

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我们已经知道,Atom凭借更好的内存子系统可以在SunSpider性能上完胜ARM Cortex-A9,而测试期间的功耗表现也更佳,整体平台平均3.70W,低于Tegra 4.77W。

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绕过供电适配器在供电开关上测试的曲线走向也保持一致,只不过没有通过电池测量得那么精准而已。

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因为完成测试所需时间更短,Atom CPU平均只消耗了0.52W,低于Tegra 0.72W。

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GPU部分Tegra再次高得不太正常。

【Kraken测试功耗】

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平台、CPU、GPU功耗曲线都和SunSpider比较类似。

【RIABench测试功耗】

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Atom同样占优,GPU继续差距太大。

【Principled WebXPRT测试功耗】

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Atom在这个测试里成绩占优,功耗又一次更低。无论平台还是CPU、GPU,蓝色曲线始终都在绿色曲线之下。

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【Principled TouchXPRT测试功耗】

这个没有统一测试,只能分成照片增强、照片导出、播客、视频四个环节分别测试。

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在全部四个项目中,Atom CPU都可以在更高性能下发挥更低功耗,GPU功耗再一次低得多。

【GPU游戏测试功耗】

在前边的几乎每一个项目中,Atom GPU的功耗都要比Tegra低得多,差距十分不正常,但即便不考虑电路测量可能存在的问题,Tegra GeForce的图形性能是Atom SGX545没法比的。新3DMark发布之前还没有能在Windows 8/RT里统一测试图形性能的工具,所以下边的结果来自同一款游戏,路径基本一致。

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Tegra GPU的功耗这里是Atom的两倍多,稳定期间分别在1.7W、0.7W上下,不过游戏性能的差距远不到两倍,证明了还是PowerVR系列的能效更高。

【无线上网测试功耗】

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屡次出现的峰值正是这项模拟测试在发挥作用的体现,而两套平台完成测试的时间差不多,避免了更快处理器在性能上“沾光”。Atom依然综合较低,但注意结束阶段的反常,这主要是W510 Wi-Fi太垃圾所致,宏碁还需要进一步完善。

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日常上网按说应该都是CPU主要负责,但其实CPU的功耗差距并不大。

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反倒是GPU的功耗都不低(Tegra的超高已经让人麻木了),这说明即便是屏幕显示内容的改变也需要GPU努力工作。

【总结】

前边的各种测试曲线已经足够说明问题了,不过这里还是把整机、CPU的平均功耗汇总成更直观的表格(GPU结果实在有待商榷故未加入):

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Atom Z2760始终保持着巨大的领先优势。这并不奇怪,Intel 32nm SoC工艺比之台积电40nm LPG本身就沾光太多,此外还有Atom相比于Cortex-A9架构上的优势,但这一切至少说明,x86并不是高功耗的代名词,完全可以在保持高性能的同时做到低功耗、高能效。

等到明年,Intel将拿出22nm SoC工艺的新一代Atom,再往后还有14nm SoC,这是其面对ARM阵营最恐怖的利器,凭借不断改进的工艺完全可以把功耗做得越来越低,越来越接近乃至超越ARM。

不过问题是,Intel能造出好的芯片,但设备的优劣完全取决于合作伙伴,不像微软那样可以自己做。这次的Atom平板机大部分都还停留在预订阶段,只有宏碁W510上市了,而即便它也是问题多多,不够稳定,Wi-Fi也还很烂。如果能得到微软、苹果、Google他们的青睐,Intel才会真正有机会发扬光大。好消息是,Haswell时代微软可能会将其引入下一代Surface。

Tom's Hardware篇——

这厢测试平台是完全一样的(背景介绍巨简单),就是测试项目和方法有所不同,简单看看。

AnandTech始终只展示了整机、CPU、GPU三项功耗,Tom就全面多了,还有内存、面板背光和其它组件,并直接将平均值做成了对比表格。

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【待机功耗】

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无论是在Metro界面、传统桌面还是分屏界面(一边是Win8应用一边是桌面),W510虽然整体占优,但这一次不再是压倒性的胜利,比如在Metro和传统桌面下,Surface RT都只消耗了区区4毫瓦左右,W510则是20毫瓦,就是分屏界面Surface高不少。

另外因为面板的不同,W510在分屏界面的面板背光功耗也稍高一点。

【视频播放功耗】

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在视频播放的同时,这里特别加入了McAfee安全扫描,而因为旧版Windows Media Player的安全漏洞,在打开视频的时候它会自己扫描一遍,所以初期出现了帧率略微下降的现象,但稍后就稳定了。

而在功耗方面,除了面板背光稍高一些,W510这次几乎没给Surface任何机会,而且在分屏状态下Atom GPU功耗更是低得多,不知道是硬件加速还是什么缘故。

内存方面,Intel的两个32-bit内存控制器在负载提高后依然保持低功耗,NVIDIA的单通道、高频率内存控制器就有点挂不住了。

4.21W整机平均功耗下,Surface 31.5Wh电池理论上可以支持7.48个小时,而实际测试结果为7小时10分钟(最大亮度)到10个小时(关闭Wi-Fi),一方面说明功耗测试结果是可信的,另一方面也说明屏幕对续航的影响有多大。

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【上网功耗】

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纯粹看这些数据,Atom平台在上网时的功耗依然占据普遍优势。

不过这都是平均数据,不能完全说明问题(所以AnandTech才全程都是实时曲线),为此Tom又给出了两张软件记录截图,分别来自Google、MSN首页,记录了两个平板整机、CPU、GPU的实时功耗数据。

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看见了吧,整个过程中功耗波动是相当频繁的,幅度也很大。

有趣的是,测试结果和厂商宣传是相当符合的。宏碁说W510可以续航9个小时,而按照2.94W、3.28W两个结果平均为3.11W计算,可以得到8.6个小时。微软说Surface可以坚持8个小时,按照3.91W平均值的话正好就是8个小时。

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【Win8手势触摸操作功耗】

这一环节在Windows 8分屏界面打开Bing地图、维基百科,进行触摸操作,模拟一般用途。

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无论CPU、GPU,Atom这边依然优势很明显。Atom的内存控制器也继续很稳定,Tegra的就波动比较大,最高接近1W。

系统其它组件W510的功耗更高,但得益于CPU、GPU、内存,整机功耗反而更低了。

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