x86架构平板电脑续航分析：能耗明显优于ARM

12月27日消息，自2006年以来，芯片巨人英特尔逐渐在处理器市场占据了绝对的优势地位。然而本世纪初，它也曾被AMD的Athlon 64处理器打得颜面扫地。为避免重蹈往日的覆辙，英特尔开始采取一种“步步为营”的稳妥策略。现在它所取得的辉煌成就，固然离不开其不断更新的处理器构架，以及在芯片制造工厂上的巨额资金投入，但真正起着决定性作用的却是它的内部性能建模团队。

随着超薄移动设备市场的兴起，业界对于处理器性能的关注重点逐渐发生转变。为了创造良好的用户体验，能耗开始变得和绝对性能一样重要。英特尔也开始意识到这一点：在内部性能建模团队指导的产品构架设计中，处理器绝对性能已经不是唯一奋斗目标，用户体验以及电源效率都已成为需要优先考虑的因素。

不仅如此，为达成更好的用户体验，英特尔正在尝试转变自身角色。在它的紧密合作下，宏碁推出了W510、W700两款平板产品以及S7超极本。为实现更长的产品续航时间，将Core和Atom处理器的功耗控制到更低的水平，在下一代Haswell处理器平台上，主板上应采用哪些非英特尔部件，芯片巨人都对硬件厂商做出了详细的规定。虽然 Haswell处理器要等到2013年二季度后才能上市，目前的Ivy Bridge构架实力也不容小觑。在今年早些时候英特尔曾宣布，明年年初要将Ivy Bridge产品功耗降至10W以内。有理由相信，Ivy Bridge将是近期主导市场变化的主力。虽然暂时我们还看不到搭载Core处理器的iPad，相信这一天迟早会出现。

早些时候，曾有横向测评显示：虽然三星ATIV Smart PC平板电池电量仅30Wh，小于微软Surface RT平板的31Wh，且前者屏幕尺寸为11寸（1366×768分辨率），大于后者（10寸，同为1366×768分辨率），但搭载英特尔Atom Z2760处理器的ATIV Smart PC续航时间优于Surface RT。在持续网页浏览测试中，ATIV Smart PC续航时间较对手长17%；在视频回放测试中，ATIV Smart PC胜出3%。英特尔也曾做过Atom与Tegra 3处理器的比较，在他们的演示中，无论设备整体或是单个组件，采用32纳米Clover Trail构架的Atom处理器功耗都要优于Tegra 3。

功耗的降低对于最终用户的好处是显而易见的：英特尔Atom处理器的运行速度本身就要优于ARM构架的Cortex A9内核，而Tegra 3处理器中却采用了4颗台积电生产的40纳米工艺Cortex A9内核。在其他硬件配置相同的情况下，Atom处理器不仅高效，而且节能。

其实，英特尔并没有什么特殊的测评方法。他们只是选择将设备拆解开来，从单个组件的水平来测量能耗，而不是使用某种软件去评估整个系统。通常，设备主板含有有显示、网络、存储、系统芯片等多个不同组件，工程师需要在不同工作负载的条件下反复尝试，分辨出专门针对CPU或GPU的供电滤波电路。

基本电感电容滤波电路

一般情况下，专为CPU或GPU供电的滤波电路是一个标准的LC（电感电容）滤波器。捕捉到该LC滤波器后，只要在电感之前串联一个非常小的电阻（2-20mΩ），测量电阻两端电压的差值，就可利用经典的欧姆定律求得电流，并进一步算出功率。在外部工具的支持下，某一时间段内系统芯片的特定内核功率变化情况也能被记录下来。

串联电阻后的电感电容滤波电路

在本次测评中，我们使用的是美国国家仪器仪表有限公司（National Instruments）生产的USB-6289数据采集设备，对搭载Nvidia Tegra 3处理器的微软Surface RT平板和搭载英特尔Clover Trail Atom Z2760处理器的宏碁W510平板进行比较。两款设备均为零售版本，安装了截止2012年12月21日最新的软件与驱动，屏幕亮度均被校准为200尼特，软件及系统设置尽可能地保持一致。尤其需要指出的是，宏碁W510安装了12月18日发布的1.01版更新，该更新改善了该平板的电池续航时间。

Surface RT：黄色区域为GPU功率测量电路，桔色区域为CPU功率测量电路

W510：紫色区域为英特尔设计的电池功率测量电阻，黄色及桔色区域分别为GPU及CPU功率测量电路

除开Surface RT以及W510两台平板，我们还使用了一台笔记本来运行数据采集设备所需的SignalExpress软件。即使所有的连接线看起来有些凌乱，但所有测评的设备放在一起并没有想象中的复杂。虽然测评所需的所有产品和仪器设备均由英特尔提供，但测评的各个步骤均为作者本人设计并独立完成。

需要提醒读者注意的是：与Android设备不同，Surface RT的Tegra 3处理器中第五个内核（协同内核）没有发挥作用，其原因是微软尚不支持异构计算环境，Windows RT下Nvidia只能禁用协同内核。

每一项测试结果都用三个曲线图来表示：第一个图显示在电池电路所测得的整体系统功耗，它包括了从处理器到显示系统的每一个组件；第二个图显示CPU供电电路的功耗；第三个图显示GPU供电电路的功耗。两个曲线中，绿色代表微软Surface RT，蓝色代表宏碁W510，采样时间间隔为15ms，功率单位为瓦（Watt）。[!--empirenews.page--]

闲置功耗

所有的测试中，第一步是了解两款产品在闲置状态下的表现。在打开Wi-Fi但关闭同步的状态下，保持在开始画面的Windows RT/8系统并非马上进入闲置状态，它需要在所有的动态磁贴停止更新以后才能真正闲下来。在下面的曲线图上，也能看到对应的明显功耗降低。

首先是整体系统的功耗情况：

相比之下，Surface RT闲置状态的功耗较W510高出约28%。曲线图的后半部分是开始画面中动态磁贴停止变化后，两款平板真正进入闲置状态的表现。

对应CPU的曲线图能给我们更为细致的信息。整个过程中，Tegra 3处理器的峰值功耗较对手要高，CPU平均功耗为70.2mW，Atom Z2760的CPU平均功耗为36.4mW。

GPU 的功耗曲线图显示了非常有趣的现象：闲置状态下Tegra 3的GPU功耗远远高出Z2760，Atom Z2760处理器的PowerVR SGX 545图形处理核心表现的非常节能，渲染开始画面时平均功耗为155mW。我没有参与Tegra 3的设计工作，所以不知道其GPU的供电电路是否同接驳了其他组件。

了解以上信息后，我将两款测评设备都设为了飞行模式。在他们再次进入完全的闲置状态后，看看我们能得到什么样的结果：

没有了Wi-Fi连接，两款设备无需与无线热点不断通讯，进入了“真正”的闲置状态。在这种情况下，W510的平均功耗降低了约47.8mW。

与Nvidia Tegra 3处理器比较，Atom Z2760的GPU单元闲置功耗更低。而较低的闲置功耗是延长电池续航时间的关键因素之一。

启动功耗

下一步，测试的是设备从完全关闭状态下启动时的功耗情况。下面是从关机直到进入Windows开始画面的过程：

从上面的结果看出，英特尔在整个过程中表现明显占优，W510的整机功耗峰值为5W，而Surface RT则达到了8W。下面的图会对两者差距的真正原因做出解释：

两款设备CPU的平均功耗差别明显，Tegra 3处理器为1.29W，Atom处理器仅为0.48W。且Atom处理器能在更快的时间内完成整个启动过程，更早进入休眠状态，进一步帮助其减少了能耗。

两款设备GPU功耗相差同样明显，Tegra 3的平均值为0.80W，Atom为0.22W。

启动Word 2013

作为另一项测试，我们记录了两款设备启动Word 2013过程中的表现：

测试中两款平板耗时大致相等，仔细观察曲线图会发现，W510实际所花时间要稍长一些。从CPU单元来看，Nvidia产品的平均功耗为0.60W，英特尔为0.48W，两者差异不大。

然而，GPU单元的结果再次让我感到吃惊，二者如此巨大的差异再次让我感到怀疑：Tegra 3平台的GPU供电电路是否还有其他负载。否则，其能效设计与Atom处理器的图形处理核心比较实在相差许多。平均功耗上，Nvidia产品为0.73W，英特尔为0.23W。

为了在移动设备上实现良好的续航时间，处理器往往需要在短时间高负荷运算后快速回到闲置状态，从而减少耗电。为进一步了解两款产品在峰值性能与平均功耗间的平衡性，我们进行了以下几项JavaScript测试。

SunSpider 0.9.1测试

基于Cortex A9构架优秀的内存子系统，英特尔平台产品会更快的完成SunSpider测试。从上面的结果可以看出，平均整体能耗上，Atom处理器（3.70W）也好于Tegra 3（4.77W）。与Surface RT比较，W510能更快进闲置状态是降低功耗的一个重要原因。

在两款设备电量充足，且均由充电器供电的情况下，我在充电器端测试了两款设备的功耗情况，结果与前面基本一致，图表如下：

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在CPU单元方面，Tegra 3与Atom处理器表现势均力敌，但英特尔产品的优势在于能更快完成整个测试任务，前者平均功耗为0.72W，后者为0.52W。

GPU单元功耗上，我们再一次看到了Tegra 3与Atom处理器的巨大差异。

Kraken测试

与SunSpider比较，Mozilla开发的Kraken测试负载更高，花费的时间也更长，但结果基本一致。

RIABench测试

小巧的RIABench Focus Tests仅需数秒即可完成，它给我们带来了更为细致的能耗信息：

WebXPRT测试

WebXPRT是Principled Technologies公司新开发的HTML5/js网页性能测试。与其他测试一样，英特尔处理器较Nvidia产品功耗更低，而其中的重要原因仍是后者GPU单元表现相对不佳。

TouchXPRT测试

TouchXPRT 是一款支持Windows、Windows RT系统的跨平台测试软件，没有针对英特尔处理器的原生优化代码。由于该测试无法一次运行所有项目，我们只能分别给出测试结果。但整体来说，Atom和 Tegra 3的表现与之前类似。在CPU单元上，英特尔产品在拥有较好性能的同时又保持了较低的能耗；GPU方面，Atom的性能也可应付每一项测试任务，且同样较为节能。

GPU负载测试

与英特尔的Clover Trail构架产品比较，Nvidia处理器唯一的性能优势在于其图形处理单元，Tegra 3处理器的GPU也较Atom的PowerVR SGX 545更快。由于目前还没有针对Windows RT/8系统的GPU性能测试软件，我们采用了同一款游戏同样路线下，记录两款设备不同表现的测试方式：[!--empirenews.page--]

结果是，Tegra 3的GPU能耗几乎是Atom的两倍，但性能优势却并非后者的两倍。PowerVR SGX 545图形处理核心的开发商Imagination Technologies一直以生产高能效GPU著称，从我们的测试结果来看，他们的确不负盛名。

无线网页浏览续航测试

为了解两款设备的整体能耗表现，我们选择了2013版的网页浏览电池续航时间测试。该款测试包含了阶段性的CPU及网络高负载活动，能更好的模拟用户日常使用过程。

图中曲线连续的陡峰对应测试过程中的阶段性任务。两款设备完成任务所需的时间基本一致，排除了某一方因运算速度快而导致完成任务数增多，能耗增加的偏倚。

可以看到，W510在曲线的最后阶段任务完成得比Surface RT晚，造成这一现象得主要原因是W510的Wi-Fi连接性能不佳。

我过去认为，只有在游戏过程中，图形处理单元的能耗才需要考虑。通过这一测试可以看出，与我一直的观点不同，简单的更新屏幕画面内容也会产生大量的能耗。

结语

本次测评结果与已有的媒体报道基本一致：Clover Trail构架的Atom处理器在能耗上优于Nvida Tegra 3。完整的测试结果见下表：

整体而言，英特尔处理器的能耗明显优于Nvidia Tegra 3，其中一个主要原因在于前者的32纳米工艺较后者40纳米工艺领先，但两者的竞争远未结束。在不到一年的时间内，英特尔即将发布针对平板设备的22纳米 Atom处理器，Nvidia也将在明年上半年开始发售Cortex A15构架28纳米Wayne处理器。明年，英特尔会将Core酷睿处理器的能耗降至10W，而Haswell产品则已经达到了功耗低至8W的水平。虽然目前搭载英特尔处理器的平板产品领先Surface RT，未来鹿死谁手仍难以预料。对于芯片巨人来说，将Core酷睿处理器带入平板和手持设备市场，将会是它与AMD和Nvidia争夺市场的一个重要砝码。

另外值得深思的是，虽然英特尔拥有更好的处理器，但微软生产了更好的设备，而这款设备搭载的却是Tegra 3芯片。对于英特尔来说，仅靠CPU打天下的好日子已经一去不复返了。它需要与OEM厂商建立更加紧密的合作关系，才能研发出更具市场竞争力的产品，与苹果的合作就是最好的例证。即使有了英特尔的帮助，宏碁W510仍然在触屏、Wi-Fi连接以及稳定性上存在缺憾。如果听任OEM厂商我行我素，其产品也许难成大器。Clover Trail处理器已经相对成熟，但缺乏苹果、谷歌或者微软这样的慧眼伯乐，明年英特尔在平板市场上恐怕仍难有问鼎之势。

不过我们仍有好消息：微软已经在为Surface Pro上市做准备，搭载Haswell处理器的型号也应该指日可待。现在芯片巨人需要的，是一款有着英特尔之心的iPad或Nexus。