访古论今,解析轻薄笔记本的未来走向

时下的4000~6000元笔记本市场,轻薄本早已成为中流砥柱之一,但从设计的角度来看,从2011年底英特尔丢出超极本概念之后,足足用了5-6年,才完成了从上至下的轻薄本设计普及。但问题来了,下放虽然做得很好,但上限有没有跟着提高呢?先来看这样一款轻薄本:

13.3英寸、体重1.2kg、厚17mm、下沉式屏幕垫脚,在打开屏幕时自动垫起机身;搭配专用外置显卡盒、显卡盒还内置光驱/USB/HDMI/VGA扩展功能、有专用外挂电池、采用35W TDP标准电压处理器(内置45Wh电池续航7小时/加上外挂电池14小时);碳纤维外壳、铝制腕托、PCB板为全单面设计、内存/固态硬盘专用型设计、双风扇双热管散热……

怎样,从各方面来看都可以说是眼下轻薄本的巅峰级设计吧,不过,这台笔记本叫索尼VAIO Z2,发布于2011年6月,甚至比英特尔提出“超极本”概念还早了近半年,它的外置显卡采用的是Light Peak技术,也就是我们现在耳熟能详的雷电接口,这是它在Windows笔记本上的第一次现身,当时Thunderbolt雷电是专为苹果Mac设计,换个名字主要是为了便于区分,当然后来也就大一统了。

不过在设计上索尼跟苹果的思路不同,苹果是把接口集成在Mini DP,后来的通用的雷电2也都是如此,但索尼则是放到了USB3.0接口里,但内部使用光纤连接以保证速度,当然这都是小细节了。

看看它的内部设计吧:

可以看到一些历史性的设计观念差异,比如上图是打开底盖后的Z2,你会发现它的单面PCB其实是朝上,也就是元器件布局面向键盘,而不是像现在的轻薄本那样元器件朝底部布局,这是当时几乎所有笔记本的设计共性,有一定的时代背景。想要维护就得把键盘面给拆下来,也就是这样:

可以很明显地看到,它的布局非常紧凑,内存采用专用型设计,无法自行更换,固态硬盘看起来只有一块,但实际上是直接组建了RAID 0,换言之也是专用型设计。2条热管有1条覆盖到了PCH,这个设计在现在也是没有的。

我想表达的意思是:2011年的轻薄本设计上限,和2018年的今天你很难找出设计数据上的区别。当然,现在的集成化程度明显更高:比如像Z2的Light Peak飞线在当前的笔记本里几乎不会看到,实现同规格的轻薄不需要专用型设计,可采用通用型元器件来降低成本,而且现在我们有微边框等更视觉系的设计、制程更先进性能更强大(Z2的双核心i5 2450M为32nm制程,达到35W TDP,当下的i5 8250U为四核心,14nm++和15W TDP)。但从内里来看,在采用更低TDP散热模组和CPU的情况下,超越前辈的设计却迟迟没有出现,反倒因为散热规格的下降+核心数量的增加,让英特尔8代低电压处理器在不同设计上有着非常剧烈的性能差,导致“买i7不如买i5”这种怪相的出现。

那么,当代高端轻薄本的设计是怎样?我就用一台刚入手、还算有点代表性的产品来说说吧,这是一台有i5 8250U+8GB+256GB的独显轻薄本,13.3英寸、体重1.1kg,厚14mm,同样是可以垫起机身的下沉式屏幕转轴,而且有足足2个雷电3接口。从外形规格来看与2011年的索尼VAIO Z2比较类似。

那么它的内部设计是如何?

可以看到它的结构简单非常多,没有多PCB,少了很多飞线,也不是极客精神泛滥的单面布局,换言之就是成本低了非常多。它的聚合物电池几乎占了一半的空间,但为了做薄,所以容量只有50Wh,在能量密度上没有达到目前的顶级水平。

放大一点来看,它的内存是依然采用了集成式的设计:三星LPDDR3-2133,单颗2GB/16bit,总计4颗。集成化的目的是降低机身厚度,不过它的固态硬盘是通用性M.2 2280设计,在前面那张照片的右侧可以看到。除此之外第二张图是无线网卡模块,它也是集成式设计,体积明显更小。

而15W TDP也就意味着它可以只使用单风扇单热管,但低TDP并不等于温度不高,也不等于性能不济,这是两个比较典型的误解。像戴尔XPS 13这种猛人就会不顾一切的跑到25W去,温度虽然高但性能也很高,而有些轻薄本的策略就要保守很多,性能就相对较低,这也是为什么8代低压处理器在不同机型有不同性能的根本原因。

那我手里这台轻薄本,性能是这样的:

喜闻乐见的R15,这个测试项目我也聊过许多次:过于短平快,娱乐性相对较强。我这台轻薄本在多核测试功耗基本在28W左右,频率也可以跑到3GHz,测试过程中温度超过90度,可算是铁血真汉子,近600的得分在我所知的i5 8250U笔记本测试里算是中上的成绩,超越了45W TDP的i5 7300HQ(四核四线程),但后者的温度明显更低。I7 8750H常态下可以跑1000-1250分,而一些生猛的狠角色搭载i5 8250U可以飚到700多去,所以我今天测试的这台不算是最好,但也说得过去,有一定代表性。

WinRAR相对要常用一点,可以看到温度其实不高,只有72度,但频率下降到了2.3-2.6GHz,不过长时间测试的稳定性很好,这个项目我个人觉得还不错。搭载双通道8GB LPDDR3-2133内存的情况下可以跑6500KB/s,相对而言,单通道8GB DDR4-2666内存的i7 8750H在2.2GHz默频下可以跑8500KB/s。

Corona 3.1 CPU渲染测试里,它的i5 8250U也没有掉到1.6GHz的基准频率去,依然有2.1GHz的平均水平,功耗一直维持在10W左右,70度出头的温度也不高。渲染花了487秒,i7 8750H这个项目的测试成绩在200秒左右。

最后是烤机,它的策略很简单:接近30W的功耗3GHz、在接近100度的温度下硬刚1分钟左右,旋即进入佛系模式,功耗下调到10W,频率1.8GHz,温度掉到67度左右,虽然看上去我只测试了10分钟,但实际上后来跑了2小时也是这样(忘了截图……)。而事实上这也是绝大多数轻薄本会采用的散热策略,毕竟长时高负载不是它的主要应用方向。综合前面的简单测试来看,性能释放做得其实也还过得去,基本可代表高端轻薄本设计的性能水准。

显然,目前我们已经进入到轻薄本的设计成熟期,到了该收割市场的时候,如果按部就班的来看,下一个设计突破期可能还得等上2~3年,但又有一个问题接踵而至,下一个突破期还会是以英特尔为主心骨么?

ARM不会同意这个说法,我也不一定会认同。

最近有新闻曝出高通骁龙1000系列将会是ARM阵营真正第一款针对笔记本平台推出的SoC方案,TDP 12W,主打轻薄本领域。而关于ARM PC的话题,我只想讲一个关键性的问题:在PC端,ARM很弱么?

一直以来大家的印象是ARM专注手持设备,很难在性能上与x86一较高下,属于较弱的一方。从现有架构的角度来说确实如此,ARM A75的重排序缓冲条目、前端解码宽度、向量指令宽度、后端执行端口数量只能跟10年前的45nm Nehalem架构相比,远远不是现有Skylake的对手(Coffee Lake等不算新架构)。但这并不意味着ARM不能做高性能,因为还是从架构来看:ARM和x86都是取指、编译、访存、执行、写回的流水线,级数也十分接近,几乎是我中有你你中有我(当然,关键性的不同点依然存在,比如内存模型),这40年来CISC和RISC早已是互相学习借鉴得七七八八,苹果和三星都就可以设计出部分规格领先于英特尔架构的产品。

所以,ARM现在的“弱”,症结并不是硬件和指令集,而是功耗,还停留在个位数功耗的ARM一旦放开限制,它的性能会随着规模的增大而有一个质的起飞,类似的事情英特尔自己就干过,当年血拼高频的NetBurst架构奔四失败后,英特尔以基于低功耗设计、为笔记本研发的Basias架构为基础,放开功耗限制,催生了初代和二代酷睿。结果就是性能爆发,功耗依然控制得当,一举把英特尔又揽回正轨。而与之类似的骁龙1000也因此可能会成为一个新的开头,在20mm x15mm的封装下实现全功能SoC。可以负责任的说,ARM PC至少在硬件端是未来可期的,一定会轻薄本设计再一次进化的源动力之一。

不过,ARM PC亟待解决的是编译效率的问题,即便是当下已有的骁龙835笔记本,在GeekBench里也只能跑单核不到900分(i5 8250U可以超过4000分),但在安卓手机上这颗SoC可以轻松跑过2000分,为什么会有这么明显的性能缩水?原因在于当下的ARM Windows PC本质上运行的是虚拟机,而异构指令集、同构操作系统的虚拟机,CPU性能需要达到目标机型3-5倍才能实现性能还原,换言之在安卓上跑2000分的835,在Windows 10上跑400-650分实属正常,但居然能到接近900分,这说明微软的优化已经相当牛X,可以说是竭尽全力(翻译专利注册的ISA这事儿其实有专利风险,英特尔也不止一次强调过这个问题,不过高通和微软还是打到了擦边球,但因为内存模型的区别,性能折损不可避免,只是幅度的差异)。

当然,从整个系统的角度来看,USF比不上NVMe、LPDDR比不上DDR,与此同时还没把GPU的事儿给纳入进来,还有异构编译效率的问题……所以现有的方案很容易在性能体验和价格上被吐槽。而且ARM PC一开始就不是为便宜而来,虽然骁龙845的成本价也不过500多元,比动辄1500以上的8代低压处理器便宜多了,但研发、模具、功能设计的成本都不便宜(而且一开始产能低、摊销高),市场伊始也不能把基调定得太低,以后的SKU弹性会变得很小。但真正for PC的ARM SoC我觉得应该会是前途光明,不仅性能可期、LTE也会普及到笔记本上,续航时间会明显延长、再加上Windows系统先天的多任务特性,以及一直以来不断优化的快速响应机制……所以,至少在可预见的未来,轻薄本领域是一定会有好戏可看的,不信走着瞧吧。