額……老鐵們，我圖吧老撿垃圾的了。最近恰逢國(guó)產(chǎn)芯片工藝突破，麒麟9000S國(guó)產(chǎn)N+1工藝芯片發(fā)布（介于7-8nm之間），簡(jiǎn)單測(cè)下國(guó)產(chǎn)X86在22nm底發(fā)布的最新產(chǎn)品KX6000G對(duì)標(biāo)的英特爾ATOM產(chǎn)品頻率性能功耗關(guān)系測(cè)定能效曲線

視頻：INTEL N4100 小核心CPU頻率性能功耗關(guān)系測(cè)試（最后的ATOM高能效比架構(gòu)） BV1Yz4y1K7LG

Atom這個(gè)產(chǎn)品線從45nm初代出現(xiàn)之后，直到22nm是TIKTOK發(fā)展模式，初代ATOM不支持亂序執(zhí)行是非常原始落后的小核心X86處理器，類似威盛的C7M只是工藝先進(jìn)頻率高一些，依然存在南北橋結(jié)構(gòu)，到32nm換了一代制程但是性能依然感人延遲很高WIN7加了固態(tài)都卡。

而到了22nm時(shí)代2013年4月Bay Trail Silvermont架構(gòu)支持亂序執(zhí)行取消了南北橋結(jié)構(gòu)集顯芯片組進(jìn)核心形成SOC，雖然此時(shí)的原生四核是雙核為一簇的設(shè)計(jì)但是性能達(dá)到了可用的水平。像J1900這種東西甚至現(xiàn)在都沒(méi)有停產(chǎn)，圖吧垃圾佬依然在用J1900拉各種負(fù)載甚至還能整活，俗稱J1900大拖車。

這里咱發(fā)現(xiàn)上期【圖吧雜談】關(guān)于麒麟9000S可能支持超線程原因分析 咱雀食說(shuō)錯(cuò)了點(diǎn)事， ATOM只有silvermont-Airmont（baytrail-cherrytrail）是雙發(fā)射亂序執(zhí)行，后面都是三發(fā)射，tremont改為雙三發(fā)射，之前的順序應(yīng)該是雙發(fā)射。

然后到了14nm時(shí)代之后英特爾在大核就開(kāi)始擠牙膏，工藝和架構(gòu)都沒(méi)法動(dòng)了，ATOM產(chǎn)品線到了14nm也變成了cherrytrail之后卡工藝沒(méi)法tiktok的水平了，Slivermont到Airmont時(shí)候ROB增加了三分之一，DTLB翻倍，ApolloLake又很多TLB翻倍了，多了不少新特性，Airmont到goldmont（ApolloLake）而言，整數(shù)除法器進(jìn)步最大，X87浮點(diǎn)沒(méi)啥變化。SSE4部分指令提升不小。ISA優(yōu)化不少。

16年發(fā)布17年大量出貨的APOLLOLAKE給垃圾佬感覺(jué)只是原來(lái)的2W SDP ATOM改了名之后解鎖了功耗變成4W SDP 6W TDP，核顯從GEN8換成了GEN9的HD500性能大幅提升驅(qū)動(dòng)至今有更新支持，實(shí)際上架構(gòu)多少還是變了點(diǎn)的但流水線級(jí)數(shù)和小核心低功耗的定位沒(méi)變。但是到了這一代芯片本身卻拉了出現(xiàn)了變磚門(mén)，四核產(chǎn)品中除了N3450無(wú)一幸免，所以垃圾佬撿垃圾上了很長(zhǎng)時(shí)間的300塊錢(qián)的N3450筆記本寨本，用起來(lái)說(shuō)實(shí)在的還行，核顯支持常見(jiàn)視頻編碼格式的硬解可以當(dāng)HTPC看4K，就是不支持WIN7只能WIN10有些不爽。

到了7年底發(fā)布的N4100這代INTEL給功耗進(jìn)一步放開(kāi)SDP達(dá)到了4.6W，核顯換成了UHD630同代的UHD600，然后把雙核為一簇的設(shè)計(jì)（英特爾叫CMP，之前N3350 J1800這種雙核產(chǎn)品就是屏蔽一組CMP實(shí)現(xiàn)的雙核）改成四核了，取消了雙核共享1M L2的設(shè)計(jì)換成了四核共享4M的L2，這樣雙核產(chǎn)品就只需要關(guān)CPU核心不是關(guān)整個(gè)簇不會(huì)少L2影響二級(jí)緩存容量了，CPU本身的架構(gòu)看命名也知道沒(méi)怎么變（Goldmont→Goldmont Plus）。

其實(shí)這時(shí)候用起來(lái)已經(jīng)和N3450看不出來(lái)什么區(qū)別了，畢竟頻率架構(gòu)工藝功耗都沒(méi)怎么變。主要還是解決這個(gè)APOLLOLAKE的變磚門(mén)的可能更大一些，不用買帶E的J3455E了。

19年底ATOM發(fā)布了一個(gè)refresh給頻率拉倒了最高2.6G，遠(yuǎn)高于N3450的2.2G了。這也是最后一代ATOM原生低功耗高能效架構(gòu)產(chǎn)品了，但是目前沒(méi)看到什么大量便宜的垃圾貨源。再往后英特爾就換架構(gòu)了加長(zhǎng)了流水線增加發(fā)射核心不再那么低功耗開(kāi)始偏向大小核的性能取向了。倒是N5100 N5095這種現(xiàn)在能看到便宜貨源，就很奇怪?？赡躈4120沒(méi)產(chǎn)那么多吧。

這里各位不要過(guò)于相信英特爾官方標(biāo)稱的TDP，其實(shí)無(wú)論是N4100還是J4125解鎖完功耗之后最高都可以跑在15W上，Z8300可以解鎖4W TDP到10W，N3450可以解鎖6W TDP到15W，英特爾的看人下菜碟功耗控制的傳統(tǒng)藝能古來(lái)有之。

這里垃圾佬用來(lái)跑測(cè)試的N4100小主機(jī)是21年底出現(xiàn)在魚(yú)上有大量貨源的小黑盒子，類似NUC的定位，支持NVME支持TYPEC供電自帶風(fēng)冷可以改EMMC自帶英特爾無(wú)線網(wǎng)卡支持藍(lán)牙內(nèi)置讀卡器USB3.0雙HDMI有線網(wǎng)卡的機(jī)器?？紤]到垃圾佬19年開(kāi)始才撿得起N3450的寨本這個(gè)玩意21年賣500包郵算不上貴。實(shí)測(cè)從NVME可以直接加獨(dú)顯而且不影響集顯使用。

這個(gè)機(jī)器功耗不算高，平時(shí)咱用來(lái)掛機(jī)上傳下載掛移動(dòng)硬盤(pán)做NAS一點(diǎn)問(wèn)題沒(méi)有（本機(jī)自帶的SATA接口得改線而且外殼體積受限無(wú)法容納哪怕2.5寸機(jī)械盤(pán)所以選擇了外接，算上TYPEC最多可以有5路USB接口）

咱這次測(cè)的機(jī)器是這樣的配置：致鈦PC005 512G、板載內(nèi)存（LPDDR4 2133） 測(cè)試電源倍思氮化鎵GAN3 LITE 67W+12V PD激活線，主機(jī)型號(hào)ProX1，主板N41-H N4100 8GB+0GB 無(wú)EMMC

通過(guò)直接測(cè)量12V電源輸出/主板輸入得到整機(jī)功耗，不需要計(jì)算電源效率。

通過(guò)throttlestop可以手動(dòng)拉倍頻精確調(diào)整頻率精度為1倍頻（100Mhz），這里我們只取了幾個(gè)點(diǎn)：

簡(jiǎn)單取了400 800（最低待機(jī)頻率） 1100（默頻）1600 2000 2300 2400幾個(gè)頻率。

其中除手動(dòng)調(diào)整外無(wú)法通過(guò)正常途徑降頻至400Mhz，默認(rèn)最低待機(jī)頻率為800Mhz，通過(guò)軟件可以直接調(diào)整倍頻精度100MHZ，N4100全核最高實(shí)際只能2.3G，2.4G只是標(biāo)稱最大睿頻。但關(guān)閉調(diào)頻軟件后目擊CPUz顯示2450Mhz瞬間。

本期跑分撞墻前已解鎖CPU功耗墻至15W

跑分過(guò)程中象棋全程/CPUz全核短暫2.3G后卡功耗墻實(shí)際運(yùn)行頻率2.2G，如果CPU卡6-9W功耗墻的話頻率通常會(huì)降到1500-1600，解鎖10W基本能跑滿單U（CPU/GPU）

結(jié)論：待機(jī)功耗主要集中在GPU（GT）和UNCORE部分，CPU功耗很低（根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)功耗），GPU規(guī)模12EU 700Mhz 48SP，性能為兆芯C1080/格蘭菲1020一半，待機(jī)功耗5W，待機(jī)頻率無(wú)法顯示。

測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個(gè)CPU從空載到滿載的功耗變化也就14W那樣吧，最佳能效頻率在1.6G附近，說(shuō)明ATOM在14nm時(shí)代依然是短流水線不適合拉高頻的架構(gòu)。即使解鎖功耗也是一樣。這點(diǎn)和兆芯的KX5000以后的15級(jí)流水線產(chǎn)品相當(dāng)，最佳能效點(diǎn)并不在2.0G以上

（VIA C7M也是不支持亂序執(zhí)行，16級(jí)流水線1.6G功耗最低能壓7W IBM 90nm SOI工藝，到2.0G就15W多了，到了CNR ZX-C4600/VIA C4650已經(jīng)到了20級(jí)流水線，最佳能效點(diǎn)就已經(jīng)測(cè)不到了，2.0G主頻的U能效曲線直到最高主頻一直在上升）

類似CORE在剛從PM時(shí)代轉(zhuǎn)進(jìn)雙核的65-45nm時(shí)代流水線級(jí)數(shù)也是很少的，14-16級(jí)，當(dāng)時(shí)CPU的主頻尤其是筆記本也是在2.0G上下的，說(shuō)明短流水線的CPU的頻率雀食不太容易拉起來(lái)即使有工藝優(yōu)勢(shì)。

N4100的CPU部分能效很高，最佳能效頻率在1.6G附近，象棋最高能效可達(dá)近0.9倍/W，是兆芯KX6000沒(méi)有G的二倍。但是GPU怎么看都非常的拉，待機(jī)日常5W顯示功耗，拉滿之后比CPU費(fèi)電性能還不怎么樣。

KX6000G根據(jù)官網(wǎng)說(shuō)明處理器能效比提升60%，集顯性能提升至4倍，芯片待機(jī)功耗降低50%，能效控制表現(xiàn)出色，可顯著提升產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)，這點(diǎn)咱作為N4100用戶還是能理解的：

雖然看跑分CPU部分能效很高基本上就是過(guò)去ATOM 2W SDP的核心的小改升級(jí)版，但是實(shí)際體驗(yàn)游戲測(cè)試發(fā)現(xiàn)這個(gè)U果然還是卡GPU性能，即使解鎖了15W的功耗墻降分降渲染精度（720P 0.6渲染精度看著都糊）依然卡GPU性能，UHD600時(shí)刻處于滿載狀態(tài)而CPU占用不到50%。

理論上這種問(wèn)題加個(gè)獨(dú)顯就能解決，實(shí)際上把NVME固態(tài)拆了換成PCIE顯卡轉(zhuǎn)接座應(yīng)該能解決這個(gè)問(wèn)題，之前咱也實(shí)測(cè)過(guò)用這玩意外接顯卡的效果相當(dāng)不錯(cuò)和KX6640MA的筆記本差不多甚至因?yàn)閁HD600也不耽誤用所以還能支持P106這種3D加速卡，比如部分N4100+MX150筆記本甚至有成品，但是作為SOC嵌入式產(chǎn)品最好的解決辦法還是升級(jí)GPU給核顯的水平直接提高。

根據(jù)已知的跑分?jǐn)?shù)據(jù)兆芯KX6000G的GPU性能是N4100搭載的UHD600的二倍以上，而且由于規(guī)模較小沒(méi)有12EU這么高的規(guī)模所以待機(jī)功耗較低GPU部分能效更好（C1080只有2CU，純靠GPU架構(gòu)先進(jìn)提高性能）。所以這個(gè)改進(jìn)的思路還是正確的，低功耗SOC嵌入式產(chǎn)品如果是工控?zé)o所謂，給個(gè)人用戶使用還是得看GPU性能，CPU可以弱一點(diǎn)能效差一點(diǎn)，高于一定的上限達(dá)到最低可用標(biāo)準(zhǔn)就可以了。GPU卡了是真卡了，沒(méi)有用戶會(huì)給筆記本日常拆無(wú)線網(wǎng)卡改獨(dú)顯的，使用體驗(yàn)很大程度上還得看核顯本身的水平。

雖然N4100看起來(lái)CPU能效更高一些但是不支持WIN7是硬傷，系統(tǒng)待機(jī)功耗高很可能和WIN10即使是LTSC后臺(tái)占用過(guò)高有關(guān)，即使開(kāi)了WUB禁用Windows系統(tǒng)更新也是一樣。所以作為一款產(chǎn)品來(lái)說(shuō)垃圾佬并沒(méi)有使用國(guó)產(chǎn)時(shí)那么滿意，畢竟相當(dāng)于被強(qiáng)迫使用WIN10而不是可以選擇了。因此還是期待一下國(guó)產(chǎn)小核心高能效嵌入式SOC產(chǎn)品的體驗(yàn)吧。

謝謝朋友們！

參考資料：en.wikichip.org/wiki/intel/microarchitectures/goldmont_plus

en.wikichip.org/wiki/intel/microarchitectures/goldmont

en.wikichip.org/wiki/intel/microarchitectures/airmont

en.wikichip.org/wiki/intel/microarchitectures/silvermont