为什么电脑CPU不像手机那样做成大小核？

众所周知，现在手机里用的Arm SoC采用的是big.LITTLE大小核架构，也就是在一个SoC里面包含了几个高性能核心和几个高能效核心。但英特尔也有凌动(Atom)和酷睿(Core)两种CPU(AMD也有类似产品线)，为什么就迟迟没把它们做在一起呢?这个问题其实早就有网友讨论过，EDN小编现在在这里做个整理，看看有哪些说法靠谱。

先看看下面某网友的几个想法以及另一名网友的指正：

下面我们看看知乎网友北极谈的几点想法。他表示，首先有几个事实必须要明确：

1. Intel也有低功耗的需求场景，Intel也做物联网和低功耗设备。

2. Intel有足够的技术能力设计出大小核的CPU。

3. Intel产品强调的是兼容性和产品的延续性——这是重点。

所以，所有在讲不需要关注功耗、睿频能解决功耗、ATOM架构功耗低的回答都是片面的。

首先，前两条一起来说：不管是需求方面，还是设计能力，Intel都有对应的市场和相应的技术能力。Intel有做物联网方面的需求，也有极低功耗的设备的需求，至于对应的技术能力，Intel更是没问题，大小核又不是多复杂的东西，异构多核都能做出来，况且Intel还收购了Altera——本身就是冲着异构多核去发展的，做不出来是不可能的，况且在小核上真就搞不出SIMD指令?真要做，Intel会没这个实力?

那么，Intel不做大小核的原因，无非就是一点：跟现有的产品特性不一致，在兼容性和延续性上达不到Intel的要求——不管是产品特性还是企业发展本身。

其实很多人在讨论功耗的时候，多数情况下只关注到了频率这一项。确实，根据公式，主频确实是影响功耗的一个关键因素，但仅仅只有主频吗?有人会提到Intel是CISC，Arm是RISC，架构不一样，但同为RISC的MIPS和PPC功耗并不低，况且Arm也尝试进军服务器市场，Arm的服务器级别的CPU功耗一样很高。况且Intel的睿频也并不能像Arm那样降低多少功耗，Arm的大核是小核的性能的一倍多，功耗只有10%多一些，但Intel的睿频差距能达到4倍甚至更多，功耗差距却没Arm那么大。真要考虑算力功耗比，显卡可比CPU省电多了。所以主频只是影响功耗的一方面，还有别的因素影响了功耗。

在Intel和Arm的架构上，对于编写操作系统的人来说，最明显的区别是对于cache的处理，看CPU的结构图，cache占的地方基本上是最大的，功耗方面，cache也是的大头，并且多数情况下，除了L1 cache以外，cache多数都是共享的，那么即使某个核心关掉了，cache也不能关。

cache对功耗的影响是很大的。在Arm上写驱动和操作系统，需要很小心的维护cache的一致性，否则就容易出错，而在x86上写操作系统就相对简单的多。

除了cache的问题，还有像memory ordering这类的区别。

在现代的CPU里，这些区别其实是功耗的大头，而Intel和Arm的最大不同也就是这些。主频降下来很容易，架构改变很难。

如果Intel的cache需要像Arm一样不友好，那么Intel的CPU也许会很省电，但写操作系统的人肯定会骂娘——难用、兼容性差，老代码跑起来会有问题。

大小核看上去很美好，但核间迁移的效率极低，过去甚至需要以毫秒计算，要知道CPU的指令都是纳秒级的。

所以，假设Intel做了大小核，如果仍然沿用现有的cache设计和内存模型，那么功耗并不会降低多少，因为Intel CPU即使降低主频也不会多省电——这就是睿频的思路。

况且核间迁移是一个很考验cache设计的问题，Intel的cache设计已经是很复杂了，比Arm复杂的多。

所以，是这些兼容性和产品特性的问题，导致了Intel不会选择做大小核——不是做不出来，也不是不值得做，真要做出来，也肯定不叫x86，而是别的名字。

下面，我们再来看下这个说法，EDN小编认为这个可能最靠谱。

Intel要做大小核，实际受制于操作系统。Windows一直支持同构多处理器架构(SMP)，直到Windows 10才开始支持异构多处理器架构(HMP)，并且针对的主要还是使用Arm big.LITTLE的移动系统。对于桌面系统来说，功耗并不是个大问题。而且，大多数应用希望每个核心具有相似的性能特性，并且HMP系统的调度过程比传统的SMP系统要复杂得多。

此外，目前大多数台式机和笔记本电脑的处理器在某些核心需要快速运行，甚至是有短时突发的情况下，也不用担心会出现散热或者电气问题。真正遇到的瓶颈是如何提高单个核心性能，而大小核设计并不能让大核跑得更快。

虽然x86处理器也可以通过采用大小核设计来优化重载应用，但这会使处理器的设计复杂性攀升，并有可能遇到应用不支持或指令不兼容的情况。

大多数Windows下的多线程应用都假设每个内核的性能水平相同或几乎相同，并且可以执行相同的指令。因此，这种不对称性可能会导致性能不佳，甚至如果它使用了小核不支持的指令，还有可能崩溃。虽然英特尔可以通过修改小核，添加高级指令支持，但这不能解决异构处理器的软件支持问题。

知乎网友长生天尊的观点是，桌面CPU并不是不采用大小核心设计，而是即将采用大小核心设计，因为任何历史发展都是有惯性的，即使是CPU设计，也是有架构的惯性。总要有人先试水，后面跟上。

大小核心的优点在于低成本、功耗管理、单个die片面积小。缺点在于核心间通信延迟。

电脑CPU的架构不是一天就进化出来的。从1978到2018足足40年时间里面，x86不仅要进行架构上的演变，还要保持对软件硬件的前向兼容问题。x86/X64的成功往往不是因为架构设计的先进，反而是架构设计的落后但兼容所带来的成功。而那些架构优于Intel的RISC、MIPS但不能保证兼容的新架构都死在了沙滩上。

1. 从1978-1986年是CPU架构草创时代，这个时代CPU的性能主要由架构决定，在这时代的CPU架构百花齐放，x86才是众多CPU设计中的一位小老弟，这时候的Digitial VAX-11/780才5MHz速度，而Intel的20286 80386并未形成技术上的护城河，Intel多亏了IBM的提携才迅速的在家用机市场上普及，这时候的服务器市场依旧是IBM的PowerPC时代。

2. 从1986-2002年是主频加速时代，即MIPS M2000 Intel 80486到Digital Alpha 21064、Dighital Alpha、Intel Pentium III 1000MHz，这个时代的CPU致力于以单核心、长流水线、超标量、乱序执行、主频加速的方式来提升性能，比如Intel Pentium的2路超标量64位总线、Pentium Pro的乱序3路超标量、Pentium4的乱序流水线、片上L2缓存。直到Intel的奔腾系列达到4.0GHz之后撞上了功耗墙大家才发现，单核心的限制无法避免。最终业界普遍认为，单个核心的设计频率最好不要达到5GHz以上。

3. 从2002至今是多核心加速性能时代，从AMD的K6双核心开始，CPU进入了多核心加速时代，开始了L3缓存和Turbo睿频，与其说电脑CPU不采用大小核心设计，不如说说Arm这家企业。

Arm以前是做低功耗处理器的，而手机的A7x系列设计则是在千禧年之后的事情，这意味着Arm SoC在设计之初就可以吸收多核心发展的思想，结合着自己独特的电源管理能力，这意味着Arm开始时就是冲着省电多核心设计去的。

再加上Apple和Google两家公司对Arm架构的情有独钟，唯一指定，使得Arm最终在手机芯片领域的崛起，但实际上这种崛起不是必然的，比如智能手机的发明者乔布斯，最开始找到的是Intel，Google最开始也是找到的Intel，但是Intel看不起手机市场，使得凌动系列错失了手机智能化浪潮的发展机会，而AMD则由于资金问题不得不将移动CPU卖给了高通。

但这是个多核的时代，大小核心设计的确拥有潜力。

只要能够解决通信延迟，单pcb版上多核心必然会重见天日。

最后，再来看看英特尔最近这条新闻。

英特尔在本届CES展会上所展出的产品主要跟移动相关。首先，英特尔再次确认使用大小核架构以及3D封装的Lakefield处理器今年内投产，大核是1个Sunny Cove高性能核心，小核是4个Atom内核。同时会使用英特尔创新的3D封装Foreros技术整合在一起。此外，英特尔推出了“雅典娜”笔记本计划……

具体哪些产品会使用这款处理器还不得而知，最可能的还是移动设备，比如二合一笔记本等对续航要求较高的产品。

所以，最终电脑CPU是否也会采用大小核架构，让我们拭目以待。