又要性能好，又要手機電不跑？

題圖|視覺中國

你是否有過這樣的體驗，剛下班，想用手機打開一個王者或吃雞，約上三五好友開黑，準備在刺激的戰場上廝殺一番；但是到了推塔或吃雞時刻，卻發現手機不僅越來越發燙，而且的運行速度變得很慢，甚至出現卡頓、閃退的情況。

上述的情況之所以會發生，是因爲手機性能不足，無法應付我們的日常需要。因此，手機廠商往往巴不得把芯片的性能調到最強。

然而，硬幣的另一面是，性能拉滿，手機功耗也隨之加快。試想想：當我們午飯時間興高采烈地玩了一小時原神，轉頭髮現自己的手機被折騰得剩下 50％ 電量；這時候我們就會不顧一切去找充電寶，在插上接線口的那一刻，內心頓時平靜。在這個沒有手機就活不了的年代，過快的功耗會讓用戶產生電量焦慮。

可見，用戶一方面想要更快的手機、另一方面又想要手機能撐得更久，這使廠商在設計芯片時，陷於左右爲難的困局。

能耗爲先，場景爲王

手機芯片，是手機可以進行運算的核心單元。它就好比汽車的發動機一樣：汽車能跑多快、能拉多少貨、能上多斜的山路，就看發動機（芯片）性能有多；但同樣地，汽車發動機性能愈強，它的耗油（耗電量）量也會愈高。因此，如何在性能與功耗之間取得平衡，是現在科技產業的核心關注點所在。

當智能手機剛開始流行之時，大衆尚不太熟悉這種新鮮的科技產品，所以使用場景也比較簡單：用戶往往就用來聽聽音樂、看看新聞等等，所以大衆對手機芯片的性能要沒有太大的要求。

隨着智能手機日潮普及，一部分用戶開始習慣在手機上玩遊戲、看電影，這些應用場景往往需要高性能手機芯片的支持；因此，芯片公司不斷開發新的芯片，提升芯片的性能，以滿足這些用戶的需要。

但尷尬的是，並不是所有用戶也會玩手遊、看電影；他們很可能僅在手機上刷微博、或發微信就可以了，所以對芯片能的要求並不那麼高。在這情況下，廠商不可能光是手遊玩家而開發高性能、高功耗的芯片，而忽視那些只會使用微博、微信等輕應用用戶的長續航需要。

爲了滿足這種矛盾的場景，芯片設計公司 Arm想出一款詭異的架構：大、小核架構，big.LITTLE。這個架構由一組高性能但高功耗的“大核”、以及一組低性能但低功耗的“小核”所組成。

當用戶在工作時發微信、或在洗手間裡刷微博等輕應用時，手機就會調用省電的小核，讓用戶在廁所裡蹲上一天也不致於沒電；但當用戶下班後想打怪升級？大核就會出場提供足夠的性能，讓你有能力“拯救世界”。

結果在這十年來，滿大街的手機裡採用的，都是這種由大小核構成的手機芯片，並暫時滿足當時用戶對於手機各種複雜場景的性能需要。

如何滿足用戶既要又要的需求？

可是，小核真的可以永遠滿足用戶的複雜場景需求，達到一勞永逸？

NO，這僅僅是廠商的幻想而已。

當手機不斷深入我們的生活，其多任務並行的需求越來越高：用戶享受高清畫質，高清屏幕就需要高GPU性能；用戶拿手機拍照，強大的計算攝影就需要更高的算力。

結果，今天手機用戶的日常應用場景，就連高性能、高功電的大核都滿足不了；至於像微信之類的輕應用，也變得不那麼簡單：以往微信就只是收發信息，現在還要手機支付、看公衆號、刷視頻號、用小程序什麼的，光靠小核真的能撐得住嗎？

爲了解決這個問題，一些芯片廠似乎逐漸變得偏執，變本加厲地把架構搞得異常複雜，變成“超大核+大核+小核”三叢架構。然而，也由於芯片公司愈來愈重視大核的研發工作，相對地就不太重視小核的研發。因此，近年小核技術迭代往往慢於大核；儘管小核整體仍然較爲省電，但在同樣功耗的環境下，大核不但性能更強，能源配置效率也在慢慢變好。

在這情況下，小核好比以往用小排量汽車拉貨：雖然小車比較省油，但它拉貨時跑得太慢、載貨量少，不但影響了工作效果，也由於需要多次長時間來回，結果累計的耗油量，竟然比大核更大──換言之，小核從最初那個救世主，搖身一變成爲拖旗艦手機大腿的軟肋。

直至十年後的今天，聯發科終於換了一種思路:化繁爲簡,把旗艦芯片上的小核全部砍掉，全變成大核；然後在大核身上做文章；進一步降低功耗，讓人們看到芯片突破性能桎梏的可能。

性能提高了，更省電？

天璣 9300 芯片雖然沿用了以往的8 核心設計，但當中 4 個核心是超大核（編號 Cortex-X4），另外 4 個核心是大核（編號 Cortex-A720）的設計。而當中最特別是處，就是並沒有像其他芯片公司一樣，同時用上了性能低但較省電的小核心（編號 Cortex A520）。

你沒看錯，天璣旗艦非常果斷地將小核一個不留地全部砍掉，只保留大核和超大核，並在這基礎上進一步作出改良。對比只有 6 個高性能核心的同級對手來說，擁有 8 個高性能核心的天璣 9300，在性能上真的可算是遙遙領先。

從上圖可見，它絕對是目前手機芯片裡的性能天花板；但有趣的是，根據聯發科公開的數據表示，儘管天璣 9300 性能比上一代快了 40％，但耗電量卻少了 33%。性能提高了，反而更省電？這無疑顛覆了大衆對手機芯片“性能愈強、功耗愈大”的傳統認知。

到底天璣 9300 是怎樣做到“性能愈強、功耗反而變小”？原理也很簡單。我們剛纔說過：現在即便是小型的手機任務，對性能也有較大的需求；旗艦芯片用小核跑這種“輕”任務，就像用小排量汽車去拉貨一樣沒效率。但天璣 9300 卻是選擇用大貨車去拉貨，這其中的原理也比較好解釋：儘管大貨車比較耗油，但只要拉貨拉得快，就可以更早回家休息。

對比以往，“小核”所代表的小車，由於在技術不及“大核”先進；它在拉貨時往往是空車拉貨、運到目的地後再空車回家，白白把汽油浪費在空載的路上。但大核有着“亂序執行”等更靈活、更先進的“貨運”調度設計，要不就是一程車就完成任務，然後回家休息；要不就是來回都會帶點私貨，把每一口汽油都用在運貨上，拉貨變得更有效率，貨車就更更快回家休息。

通過數據也可以看出，儘管這臺“全大核”大貨車單程的耗油量較高，但它也能能比“小核”這種低效的小車更快休息，累計耗油量反而比小車要低了（上圖）。基於此，聯發科才決定在旗艦上狠狠地對這枚欠缺效率的小核開刀，才能研發出天璣 9300 這枚顛覆傳統性能和耗電量關係的手機芯片。

高能效比的另一關鍵：AI

所以砍掉旗艦芯片上的小核，就是手機產業的未來嗎？是的，但也不全是。因爲手機產業還要面對另一個很特殊的未來，就是人工智能。

衆所周知，我們的手機裡很早就引入了大量的人工智能應用，例如手機裡的語音助手、相機裡的高動態範圍照片合成、各種應用裡的推薦算法，也是人工智能技術在背後技撐着。因此，以往的手機芯片均加入了針對人工智能而設計人工智能處理器(APU)，讓用戶可以更快、更省電地獲得人工智能的服務。

然而在去年年底，ChatGPT成爲科技產業的焦點所在，大衆均預計未來我們將可用到用到用更聰明的語音助手、更聰明的文字生成圖片／視頻能力、以及各種通過 AI 來實現的新功能。

然而，以往手機採用的人工智能，其實是 “分辨式人工智能”(Discriminative AI)，只能識別需求，卻不能產出內容；但以 ChatGPT 爲代表的新式人工智能，我們稱之爲“生成式人工智能”(Generative AI)，不僅能夠智能識別需求，還能產生圖文甚至是視頻內容，兩者在技術路線和規模上完全不同。

這些能跑生成式人工智能的模型，我們一般稱之爲“語言大模型”(Large Language Model, LLM)。它的最大特徵，是擁有海量的參數；爲了載入這海量的參數，必然對內存有着極高的需求。偏偏手機內存本來遠比電腦要少，面對語言大模型在內存上的巨大需求，顯得捉襟見肘。

當我們通過傳統的手機芯片跑語言大模型，執行效率難免極低，速度自然較慢、當然也更爲耗電。

因此，天璣 9300 加入了針對生成式人工智能而設計的第七代人工智能處理器 AP790。針對較爲重要的整數運算和浮點運算作出改良，提高了 2 倍的性能、降低了 45％ 的功耗。它更內置了硬件級的生成式人工智能引擎，深度適配大模型進行算子加速，處理速度是上一代的 8 倍，1 秒內可讓人工智能生成圖片。

此外，我們需要知道，人工智能的參數愈大，語音助手的迴應能力愈強，生成圖畫的速度也愈大。天璣 9300 更針對基於億級參數大語言模型特性，開發了混合精度 INT4 量化技術，結合其內存硬件壓縮技術，可以大幅減少大模型對終端內存的佔用，支持最高可達 330 億參數的 AI 大語言模型。

最後，人工智能可以在手機終端運行，不再經過雲端傳輸信息，這實際上實現了從AI在雲到AI在設備端的轉變，人工智能能更便捷地響應用戶的需求，而且隱私信息也不再上傳雲端，減少信息安全的風險。

所以，當天璣 9300 爲生成式人工智能做了足夠的優化，消費者才能在手機上體驗到滿血的ChatGPT，這樣，我們就能在任何時候都有一個知心的語音助手，在任何地方也能讓人工智能幫你發揮創意。

天璣 9300 的出現，證明了砍掉旗艦芯片上的小核是手機芯片的未來的一個方向，我們相信未來半導體產業，會逐漸朝着全大核方向發展，以往的大小核時代的市場格局或許會迎來改變。因爲過去安卓手機陣營其中一個最大弱點，就是手機芯片性能比不上蘋果。當未來安卓手機陣營的芯片獲得巨大提升，在高端崛起的進程上，有了與蘋果抗衡的基礎。

在這基礎下，當手機生態變得更豐富時，消費者自然是最終的受益者。可以預計未來消費者將可以享受到更好的手機服務，包括手機設備的效率提高，手機端的人工智能也將得到重大突破等，消費者既要又要的需求將會被滿足。以至於，我們將不再需要對手機進行繁複的操作，單靠語音就能像科幻小說一樣，進入科技世界之內。

而這一切的起點，可能就是從旗艦上砍掉這“小小小小”核開始。