科技进化意料之中

《电脑爱好者》2016年第22期 2016-04-29 10:43专题 标签:科技进化

近代电子科技产品日新月异,理应不能像物理学领域那样用公式和定律来解释一切。但其实在数十年前PC刚刚进入中国时很多趋势已在冥冥中决定,回首过去再看看当下,似乎一切都在计划中进行。

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半导体摩尔定律

说到电子科技必须先说民用半导体技术,当时戈登·摩尔等Intel的创始者们断言半导体集成电路两年数量翻番,而对应性能只需一年半即可倍增。但从2010年后CPU因为毫无竞争其规模和性能都开始止步不前,但其实在硕大一个IT行业中急速发展的领域里摩尔定律依旧在起作用。

GPU高速发展

虽然CPU因为酷睿处理器过于强势没有竞争进步放缓,但GPU领域依然在飞速发展(图1)。隔代的NVIDIA和AMD主流旗舰显卡的GPU其核心晶体管数量依旧在倍增,同时一些更先进的核心架构、HBM等显存技术层出不穷(图2)。

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移动处理器的飞跃

由于移动设备是当下主流,它们所使用的中央处理器能真正说明半导体技术的发展水平。特别是近几年内由于智能手机竞争趋于白热化,近几年移动芯片的提升更具代表性。比如在苹果A7处理器时其封装为102mm2,晶体管数量超过10亿(图3);到了A8这一代封装反而更小只有89mm2,但晶体管数量已经超过20亿(图4)。

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年份        AppleSoc      CPU性能     GPU性能     封装         晶体管     制程

2011      A5                13x           20x           122m2     <10亿    45nm

2012      A6                20x           34x           97mm2    <10亿    32nm

2013      A7                40x           56x           102mm2   >10亿    28nm

2014      A8                50x           86x           89mm2     ≈20亿    20nm

点评

虽然PC处理器发展放缓,但由于用户需求的转移和3D游戏的盛行,半导体摩尔定律目前依旧体现在手持设备处理器和显卡等领域。

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处理器显卡的比重和规模

上面提及了很多CPU和GPU的核心面积和晶体管数量,下面来说说产品本身的体积。最初PC在我国流行时正好赶上Intel的奔腾处理器,当时PC当中绝对的核心乃是处理器,而整套PC当中最贵的配件也一般都是CPU,名副其实的中央处理器,整个PC绝对的核心。在奔腾二代和部分三代中处理器甚至被做成插卡式设计,集合了CPU和对应的散热器一同垂直插在主板上(图5)。

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而显卡的作用要比现在差了很多,抛开很多还集成于主板北桥芯片上的集成显卡不谈,就算是独立显卡也是结构非常简单,高端大尺寸游戏显卡十分小众,并且GPU芯片简单到连散热器都不需要(图6)。

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在那个年代你很难想象CPU会走下神坛,反倒由显卡这个不起眼的设备作为整个PC的核心。但当年就有很多前辈曾经断定由于3D游戏的逐渐兴起,早晚PC系统的性能将由显卡衡量。二十年过去了,如今这预测应验了吗?

三十年河东河西

结合上面说的CPU和GPU规模来看,十年前处理器经历了制程和效率的双重进化已经得到了飞速发展,目前由于缺乏竞争已经多年不见有大的变革;不仅尺寸越做越小,在整个PC系统中的比重也开始逐年降低。反倒是显卡由于大型3D游戏对于3D渲染近乎无限的需求始终在高速发展,这种发展不仅体现在性能上,还有其尺寸与大众能够接受的价格(图7)。

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显卡已成PC核心

比如说当年如果要我们花4000元购买一款高端显卡还属于天方夜谭,而如今因为DX12更新、年底大型游戏即将袭来、2K/4K等高分辨率逐渐普及,4000元买显卡不再是新鲜事。同时GPU性能的倍增势必带来散热压力,于是传统单槽20cm左右的显卡已经变成了30cm以上三槽散热器的“怪兽”。如今用户组建PC系统,选购机箱和其他配件已经要根据显卡尺寸和散热作为评判标准,不论是配件单价和比重都已经超越了CPU(图8)。

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点评

应验当年CPU、GPU身份对调的语言,近几年内显卡作为PC系统核心的地位不会改变。为了解决目前显卡的尺寸和散热问题,已经有不少厂商从显存处首先着手进行改善。HBM显存就能够很好地在尺寸、散热方面进行权衡(图9),而不少使用一体式水冷散热器的显卡也在降低显卡尺寸(图10)。

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曲面液晶面板

在科技电影当中常会涉及到显示屏幕,在不同的作品中其表现形式也不尽相同。不过其中有一个比较通用的特点,就是电影中的显示屏幕总要比时下的显示器更大、更易观看。

球面、平面到曲面

什么样的屏幕更适合人眼观看?对于这个问题的解读,其实就基本概括了近代电视和显示器的发展史。最早的电视和显示器由于使用CRT,技术局限只能做成球形表面(图11)。之后纯平CRT显示器推出之后以迅雷不及掩耳之势迅速淘汰了球面屏幕,就是因为对比发散的球面屏幕纯平显示器更加适合肉眼观看。当时就曾有断言,在电视和液晶显示器不断发展之后,微曲面的屏幕会成为主流。

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曲面电视和显示器

电视和显示器在经历过CCFL到LED、2D到3D等诸多噱头之后,近几年终于有了一些比较像样的进步,那就是高分辨率和大尺寸化。任何显示技术的内在提升都不如显示尺寸提升这一观点相信能说服绝大多数人,毕竟肉眼并不易分别sRGB色域和Adobe色域,而从22英寸到32英寸的尺寸提升是脱胎换骨的。而就在电视和显示器逐渐变大后,人眼是否能够适应大尺寸成了新的问题。

以前有一种说法是不论我们买了多大的显示器,在一段时间使用后总能适应,但很多人发现在32英寸以上的显示器上并不适用。这是因为人眼能够在近距离看到的角度有限,过大的屏幕其边边角角自然不易观看。再遇到高分辨率和液晶显示器常见的角度亮度差异,很容易造成暗角现象,四周的内容难以看清。此时曲面显示器就能够解决这一问题(图12)。

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是否需要曲面

在电视和液晶显示器上是否适合曲面是否需要曲面是两个不同的问题。很多24英寸显示器目前也在使用曲面,用户看起来并没有什么异常,但其实纯平显示器也能很好适应这一尺寸,只有在32英寸及以上尺寸的显示器上,曲面的优势才能真正展现(图13)。而液晶电视由于观看距离一般在3米以上,除了一些超大豪华级的屏幕外,总体而言是否曲面对观感是没有多大差异的。

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点评

其实细想起来首先使用曲面屏幕的依旧是手持的移动设备(图14),但目前火热的反倒是家用电视和液晶显示器。在很多大尺寸液晶显示器上容易造成的边角不易观看问题,曲面显示器能够从物理结构方面进行补足,这要比被动提高亮度有效地多。

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