笔记本瘦身全靠它!扒一扒移动CPU的血泪进化史

智趣狗 电脑爱好者 2017-10-25 09:08产品 标签:进化史 笔记本 移动

笔记本的“减肥”远比台式机痛苦得多,它内部就那么丁点空间,不仅需要塞进CPU、GPU、内存、硬盘和电池等诸多部件,还得保证机身整体的坚韧性,总不能不小心挤压一下屏幕就裂或机身折弯吧

同时,如何解决变薄变轻之后的发热问题?因发热而引起的降频、重启和死机问题,绝对是用户无法承受的代价。

所以,芯脏的变迁,就是笔记本减肥史上最为关键的一步。

想让笔记本减肥,最核心的问题就是想办法降低芯片的发热量,而处理器(CPU)和显卡(GPU),就是决定减肥成功与否的芯脏级别的存在。

CPU从暂借到独享

最早的笔记本十分“不耐看”,无论是IBM开发的PC Convertible还是东芝推出的T1000都是媲美行李箱的存在),屏幕和外形颇为奇葩。

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1985年上市的东芝T1000第一次给人们带来“笔记本电脑”的概念

而真正被大众接受的笔记本形态,还是要以1992年10月5日诞生的ThinkPad 700C最为著名。但是,虽然ThinkPad 700C的屏幕只有10.4英寸,但它的重量依旧达到了3.5kg。

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实际上,那个时期几乎所有笔记本电脑的体积和重量都差不多,笨重呆板是它们的代名词。没办法,当年的笔记本没有自己的“芯脏”,都是暂借台式机处理器,为了解决散热问题不得不将它们做得厚重,以保留足够的散热空间

随着笔记本电脑这个概念逐渐被消费者所接受,英特尔终于在1994年推出了Mobile Pentium 75(75MHz)处理器,从此英特尔处理器正式划分为桌面和移动两大家族。

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可惜,哪怕是Mobile Pentium的发热量也着实不低,在未来很长一个时期笔记本仍然都是笨重的代言词,直到2003年英特尔提出迅驰(Banias)平台概念之后,笔记本才真正和“便携”划上等号。

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这个类似蝴蝶Logo的出现,将处理器、芯片组和无线网卡确定为笔记本的三驾马车,也最终确立了现代笔记本的形态和功能

从Mobile Pentium到Pentium M,从迅驰概念退出历史舞台,再到酷睿取代奔腾,移动处理器不断优化性能、功耗和发热,最终为笔记本的瘦身奠定了物理基础。

小提示:AMD在Athlon时期也衍生出了Athlon XP-M和Athlon 64-M等移动处理器平台,收购ATI后还推出了集成更强GPU的APU。可惜,在笔记本领域AMD始终属于相对小众的平台,所以本文我们主要还是以英特尔移动处理器为主导。

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Atom开辟新战线

在迅驰平台一统移动江湖的时期,英特尔便携手微软尝试笔记本朝向极致便携衍化的“大跃进”,并成就了以Pentium M ULV、Celeron M ULV、Core Solo U(隶属于第三代迅驰平台Napa,TDP在5W左右)为代表的超低电压版移动处理器的威名,而它们也大都成为了一种名为UMPC的超便携移动设备的“芯脏”。

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UMPC参上

SONY VGN-UX17C应该是当年最著名的UMPC之一,这款产品采用4.5英寸触控屏幕,搭载Celeron M ULV处理器,预装微软Windows XP Home Edition操作系统,重量只有515g左右,炫酷的滑盖键盘设计更是科技感十足,还在很多科幻电影中担任客串。

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可惜,UMPC这种概念太过超前,电阻式的触控屏幕和Windows XP在超小屏幕上的体验很差,再加上UMPC的价格也相对高昂,只能算是有钱人的玩具,扮演“超大MP4”的角色。

UMPC虽然没能实现预期目标,但却给了OEM厂商一种新的设计思路:触控屏幕不好用?屏幕太小看着费劲?价格太贵?那就做出一种屏幕(相对)更大、取消触屏、比普通笔记本迷你,价格更为实惠的产品不就结了?

上网本接力

于是,华硕在2007年推出了一款名为“EeePC 700”的产品,7英寸屏幕(800×480像素)、900MHz Celeron M处理器、512MB内存、2GB闪存……

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第一代EeePC屏幕边框宽度那叫一个感人

虽然第一代EeePC的配置无比寒酸,但它凭借超迷你身材、不足1kg的重量和2999元的超低价格,在当年掀起了一阵廉价笔记本普及风暴。

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小巧和便宜是上网本成功的关键因素

英特尔敏锐地捕捉到了这一商机,并顺势推出了全新的Atom(凌动)处理器平台,借助45nm工艺和精简的指令集架构,大幅降低TDP,也使其成为了英特尔历史上体积最小和功耗最小的处理器。

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而英特尔也将搭载Atom处理器,屏幕小于11.6英寸的超轻薄笔记本起了一个更贴切的名字——“上网本”。没错,Atom的性能和功耗成正比,其性能也就只能上上网而已。

虽然上网本性能孱弱,但架不住人家便宜啊,所以在2008年到2010年进入了井喷式的发展期,其受欢迎程度不亚于今天的iPhone。可惜,随着苹果iPad和Android平板电脑的出现,上网本的应用场景体验被这种更轻巧更高效的移动设备所秒杀,迅速进入衰败期。

Win平板诞生

面对新兴平板电脑咄咄逼人的态势,英特尔再度携手微软作出反击。英特尔为Atom赋予了更多核心,在保持低功耗的前提下尽可能提升性能,并先后推出了 “Clover Trail”(32nm,如Atom Z2760)、“Clover Trail+”(32nmm,如Atom Z2580)、“Bay Trail-T”(22nm,如Atom Z3735)和“Cherry Trail-T”(14nm,如Atom X5-Z8300)几代平台,它们最大的特色就是可以实现被动式散热,也就是无需风扇设计,堪称为超轻薄平板电脑量身定制的超超低功耗移动处理器。

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而微软方面则先后祭出了Windows 8/8.1和Windows 10操作系统,不断优化触控操作的体验。

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然而,Atom虽然功耗低,有利于移动设备瘦身,但它的性能总是差了那么一点点,不符合笔记本/PC平板二合一更薄更强的发展口号。因此,英特尔决定从2016年放弃Atom产品线,这个见证了上网本辉煌、Windows平板电脑崛起的芯片逐渐淡出了我们的视野。

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小提示::Atom处理器从Clover Trail+平台开始还能用于智能手机,只是受限于X86架构运行Android系统在效率和兼容方面存在瑕疵,所以并没有成为市场主流,而英特尔也随着Atom的退市而告别手机市场。

U/Y携手的减肥组合拳

上网本的“夭折”,让英特尔认识到了笔记本(包括平板电脑的二合一形态)在轻薄道路上的前行不能以太过牺牲性能为代价,Atom产品线被迫退市就是最好的证明:在挑选超轻薄移动设备时,绝大多数消费者宁可为更强的性能而增加预算,也不愿意选择价格实惠但性能有损的机型。

超极本成就U系威名

于是,就在上网本落幕之际,英特尔携手OEM厂商在2011年底提出了全新的“超极本”概念(Ultrabook),树立了必须搭载CULV处理器(早期TDP单核仅5.5W,双核为10W)、厚度小于20mm、重量低于1.5kg、续航超5小时、具备快速响应能力(借助SSD)等门槛。

超极本应该算是笔记本历史上第一次“有组织、有预谋”的团体瘦身计划,并在价格上最大限度贴近大众,受到了广泛的好评。

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为了让超极本挽救陷入颓势的PC市场,英特尔在当年还给超极本制定了“三步走”的计划,跨越Sandy Bridge(二代酷睿)、Ivy Bridge(三代酷睿)和 Haswell(四代酷睿)平台,并在第三步时期衍生出了配备触控屏幕,且屏幕能与键盘分体的“PC平板二合一”形态。

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虽然超极本概念已经成为历史,但它对移动市场的影响却是毋庸置疑的,我们现在看到的所有超薄本、二合一,其实都是超极本概念的拓展和延续。

而超极本之所以瘦身成功,最关键的环节就是英特尔为其单独定制了新一代CULV超低功耗处理器,将TDP控制到了17W,在帮助超极本压缩身材的同时还能保留运行LOL级别游戏的性能。

如今我们熟悉的U系列酷睿处理器(如i5-3337U、i5-4200U)其实就都是CULV的血脉延续,而其TDP也从当初的17W下降到了15W,得益于制程工艺从32nm→22nm→14m的进化和核心架构的升级,U系列酷睿处理器的性能也逐渐可以胜任更为复杂的办公和娱乐环境,全新的八代酷睿i5-8250U在解锁TDP之后甚至不逊于游戏本的“芯脏”,为笔记本更薄+更强奠定了坚实的基础。

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纵观当前4000元以上的超薄本,它们虽然不再以“超极本”自居,但在身材上却超越了超极本前辈们(得益于微边框设计的流行),同时还有不少产品开始武装NVIDIA 940MX或MX150独显,不足1.4kg重的13英寸独显超薄本已经一抓一大把。 

二合一促使Y系诞生

然而,超极本的身材就是极限了吗?Windows平板电脑就不能做到和iPad一样轻薄了吗?借助Atom处理器平台也许可以,但其性能对不起大众,要知道只有高端优质用户才有为极致轻薄买单的实力和需求,市场上迫切需要一种集更轻、更薄且保持较强性能,还能卖上高价确保利润的设备。

可惜,想实现这一目标,15W TDP U系列酷睿处理器还做不到,这种处理器必须依靠风扇辅助散热才能确保稳定,而风扇+热管+鳍片的散热套装就是阻止笔记本进一步瘦身的障碍。

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于是,英特尔借着14nm工艺商业化量产的契机,在酷睿处理器阵营中引入了TDP仅有4.5W的酷睿M产品线,其最大特色就是性能较为强大,显著提升续航时间,可以像Atom处理器那样无需风扇就能正常使用,还能帮超薄本/二合一设备精简主板布局,压缩内部空间从而达到极致瘦身的目的。

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U系列酷睿和酷睿M芯片大小对比

而酷睿M,则隶属于历代酷睿平台的Y系列阵营,至今已经历从Broadwell-Y(五代酷睿)→Skylake-Y(六代酷睿)→Kaby Lake-Y(七代酷睿)三次演化。细数近两年曾创造轻薄记录的移动设备,至少有90%都是酷睿M的“客户”。

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苹果新MacBook主板大小,甚至可以和iPhone 6的主板媲美,酷睿M的高集成度功不可没

总之,笔记本能在不算瘦身之余还能保证性能不受损,凭借的就是低功耗处理器产品线的迭代更新,从Atom到CULV到U再到Y,总能成为某一时期笔记本减肥的“特效药”。

移动显卡的神助攻

笔记本电脑最早就是移动办公专用,性能上看看视频,玩玩《星际争霸》也就差不多了。然而,当PC上涌现越来越多且好玩的3D游戏后,“笔记本为何不能玩游戏?”就成为了制约其进一步发展的瓶颈所在。

差不多在2001年的时候,NVIDIA和ATI终于开始涉足移动显卡领域,NVIDIA的GeForce Go和ATI Mobility Radeon就是最著名的笔记本显卡商标。

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不过,受制于制程工艺的限制,当年所有武装独立显卡的笔记本都与轻薄绝缘,并不符合笔记本不断瘦身的发展思路。

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早期笔记本显卡大都是MXM结构,对空间占用很大,后来才逐渐普及BGA封装的形式

好消息是,随着英特尔酷睿处理器平台集成核芯显卡以来,终于进一步刺激了NVIDIA和AMD研发的进程,在想办法提升入门级独显性能的同时,还借助新工艺、架构和自动调整频率等技术降低发热和功耗。时至今日,新一代移动显卡已经谈不上轻薄本的拖累,最轻薄的八代酷睿+MX150独显产品甚至做到了1.2kg!另一反面,GTX级别的顶级显卡,借助Max-Q设计也能帮游戏本减肥到不足20mm厚度的苗条身材,这些都是几年前不敢想象的事情。

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总之,无论是英特尔、AMD还是NVIDIA,其针对移动定制的芯片都在追求更好的能耗比,而OEM厂商则可基于这些芯片,再加上不断创新和优化的设计,不断刷新着笔记本的身材记录。