解读CPU芯片： E/P 大小双内核设计有何优势？

2023-05-05 14:19:32 来源：51CTO

作为计算机中的大脑，CPU的重要性不言喻。随着技术的发展，CPU从最新的单核，到多线程设计，再到后面的双核、四核、八核……CPU的核心数量越来越多，性能也越来越强。

【资料图】

不过，从代号为Alder Lake的英特尔第 12 代酷睿（Core）处理器开始，我们发现英特尔开始在一个 CPU当中封装了两种不同类型的内核：E 核和 P 核，俗称大小核，这样的设计一直延续到最近发布的英特尔第13代酷睿处理器上。

那么，英特尔为何要在一个处理器中内置两个内核？它们之间是如何进行工作的呢？给用户带来了哪些不一样的体验呢？

大/小核设计的起因

众所周知，在代号为Alder Lake的英特尔第 12 代酷睿（Core）处理器之前，英特尔在一个芯片中布局的多个内核都具有相同的时钟频率，每个核心的性能也完全相同。这样的设计虽然让处理器拥有很高的性能表现，但同样也使得处理器的功耗居高不下，尤其是在一些较低负载的工作时，处理器TDP仍旧过高，造成了不小的浪费。

实际上，大/小核的设计并不是来自于英特尔，而且来自于Arm架构的芯片。Arm架构当初的设计思路就是在一个芯片内采用大、小两组不同的内核，大核主要用来处理较重的工作负载，小核主要处理占用后台的轻量负载。这样的组合，不但能够很好的提高芯片的性能，而且让处理器拥有更高的能耗比。

从第12代酷睿（Core）处理器开始，为了更好的提高处理器的能效，英特尔也开始效仿Arm的这种芯片设计思路，并开始在笔记本专用的处理器上最先采用E核和P核的芯片，这样能够更好的降低笔记本电脑CPU芯片的功耗，并提高CPU的整体性能。据了解，英特尔开始将移动的Lakefield芯片中采用大/小核的设计，采用了 Foveros 3D 封装技术，酷睿i5-L16G7和酷睿i3-L13G4就是最早的大/小核芯片，采用一个P核和四个E核的架构。当然，最初的大/小核芯片在性能上喜忧参半，但从Alder Lake的英特尔第 12 代酷睿（Core）处理器开始，一直到最新的Raptor Lake，得到了用户的广泛认可。

有传闻显示，英特尔的主要竞争对手之一，AMD也会上大小核设计，甚至已经申请了相关技术专利，传闻称未来的Zen5会搭档精简版的Zen4D，但一直没有确凿证据。

大/小核之间的工作原理

在英特尔第 12 代酷睿处理器之后的产品中，主要有P与E两个内核组成，其中P内核是性能核，也是最主要的内核，主要用于处理较大的工作负载。P内核拥有较高的时钟频率，非常全面的指令集，因此性能也相对比较强劲，能够完成大部分较重的工作任务。

在英特尔第 12 代酷睿处理器和第 13 代酷睿处理器上，P内核基于英特尔的Golden Cove或Raptor Cove微架构，拥有出色的单核性能，并具备英特尔的超线程技术，这就意味着一个核心拥有两个线程，以更好的处理工作负载。当然，P内核由于性能强大，因此也有着较高的功耗。

E 核作为P核的辅助，面积要比 P 核更小，性能也更弱，功耗也更低。当然，作为处理多核工作负载和其他类型的后台任务，E核并不需要太强大的性能，更加看重的是功率效率和实现每瓦最佳性能。在英特尔的第 12 代和第 13 代酷睿处理器上，E 内核均基于英特尔的 Gracemont 微架构。

通过采用了大小核心的设计，从第 12 代酷睿处理器开始，性能和功耗有了更好的改善。根据英特尔对外公布的数据显示，第 12 代CPU芯片中，相比第11代CPU， P 内核提供的性能高达 19%，E内核与Skylake芯片相同的功率下提供40%的性能。值得注意的是，Skylake架构于2015年推出，时至今日仍旧有很多电脑采用此款芯片。

写在最后：双内核设计或将成为未来主流

受限于尺寸和制程工艺，CPU的性能提升越来越慢，而随着节能要求的不断提高，如何降低CPU功耗的同时，提高性能成为摆在芯片厂商面前的主要挑战。

虽然大/小核的设计并不是什么新鲜的产物，但不得不说，这种能够实现工作性能与功耗之间平衡的设计思路，的确有着很强的优势，尤其是在企业的办公场景中，优势更加明显。不难预测，大/小核设计，将成为未来芯片设计的主流方向。

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