计算能力越来越强大智能手机硬件真的还在遵循摩尔定律吗克雷艾肯

计算能力越来越强大，智能手机硬件真的还在遵循摩尔定律吗？

计算能力越来越强大，智能手机硬件真的还在遵循摩尔定律吗？...

据AndroidAuthority报道，早在1965年，英特尔公司联合创始人戈登·摩尔（Gordon Moore）就曾提出摩尔定律，预测密实集成电路板上使用的晶体管数量每隔两年就会翻一番。然而在通常情况下，这个定律被推断适用于所有技术。也就是说，人们普遍认为技术进步的速度应该每两年提高一倍。

以我们口袋里的智能手机为例，这种设备可能比几年前的电脑还要强大。NASA的计算机曾帮助宇航员登上月球，而现在的手机比NASA曾经使用的计算机还要强大数百万倍，这简直令人难以置信。在过去的几十年里，我们确实看到计算能力有了很大增长。我们可以坐在公交车上玩高品质的视频游戏，或在忘记带“单反”的情况下拍摄4K视频。但我们智能手机上的硬件真的还在遵循摩尔定律吗？

三星Galaxy S8可能不会让人觉得比Galaxy S7或Galaxy S6强大2倍。在过去几年里，我们使用手机的方式并没有发生太大变化。现在使用普通智能手机，你几乎可以做任何想做的事情，与2年前的旗舰智能手机相比没什么区别。那么，智能手机技术达到顶峰了吗？摩尔定律错了吗？下面让我们仔细看看：

1.规格对比

首先，我们可以从智能手机的规格方面来看。与以前的智能手机相比，最新智能手机规格有哪些变化？鉴于本文作者是三星手机的忠实用户，为此他以三星多款旗舰手机为例，并从Geekbench中添加了部分基准评分，以此来证明这些规格在“真实世界”中的表现。

图表显示，手机在渐进式改进，但规格和性能提高都没有翻倍。这可能会归结于制造商专注于其他功能，而不是盲目地遵守摩尔定律。智能手机不仅要比去年快得多，而且结构也要更漂亮，电池效率、分辨率也要更高。CPU性能并不是唯一要优先考虑的因素，这也可以解释为什么我们在这些方面没有看到“翻倍”。当然，还有更多的原因。

2.关于CPU工作原理

看看上面的表格，你可以看到GHz和性能之间的关系并不密切。仅看GHz，你会发现相当扭曲的画面。给予CPU的指令通常是连续的，并且将会在“管道（隐喻）”中排队等待计算机执行。时钟速度可以告诉你CPU能够多快地获取并执行每个指令。而GHz是一种测量速度的方法，2GHz的CPU可以执行每秒20亿次循环。然后，GHz数越高，CPU执行任务、运行代码的速度越快。

但实际情况要比这复杂得多，因为CPU可以使用各种各样的技巧，以便在每个周期中执行更多的指令，或者更有效地执行它们。例如，在当前指令完成之前，CPU就开始获取下个指令，并将它们的“管道”分解为多个阶段，这样可以更高效地执行。同样地，执行引擎可以分成两个独立的单元，可以并行运行。这种“指令级并行”（ILP）意味着可以同时执行多个指令。

这些提高效率的技巧通常被描述为使“管道更宽、更长”，这两种方法都可以增加每个周期执行指令的数量和效率。但这里也存在限制，因为有些任务需要按顺序执行，但这是从芯片中挤出更多性能的另一种方法。这意味着，在许多情况下，时钟速度较慢的CPU仍然可以保持更快的速度。它正在经历更少的革命，但它正在做更多的工作。

在此之前，我们甚至还没有提到拥有多个内核来平衡任务、提高效率、节约能源、处理热量、防止节流或使用缓存等功能，这些方法都能方便地存储有用的信息。与之类似，我们也忽略了GPU，它能处理特定类型的任务，这些任务对于绘制图形或内存储信息都非常有用。设备的整体性能是由许多较小的元素协同工作决定。CPU只是SoC的一小部分，而后者也是整个设备的一小部分。

3.芯片制造工艺

但请记住，摩尔定律所说的是芯片上晶体管的数量。CPU上的晶体管越多，它就越“聪明”。晶体管是一种很小的开关，可以用来创建逻辑门，而逻辑门则可充当你手机的“大脑”。在芯片每平方厘米面积上安装的晶体管越多，能够安装到设备里的总数就越多。这就是晶体管的密度，也就是10nm芯片中10所代表的含义。这里的nm意为“纳米”，它测量的距离是单独晶体管的一半。数字越小，晶体管就越小，所适应的空间也就越小。

从美国版本的Galaxy S8中使用的高通骁龙835来看，它使用了10nm的设计。通过这种方式，它声称比前身缩小了35%，节能25%。Galaxy S7上使用的三星Exynos 8890怎么样？它属于14nm芯片。而Galaxy S6的Exynos 7420也是14nm。这些都是定制的处理器，但它们都基于相同的ARM架构。

三星和台积电等公司目前正在开发7nm芯片（三星赢得了10nm工艺竞赛），而台积电已经在寻找制造5nm和3nm芯片的工厂！最重要的是，这是另一种衡量设备性能的标准，它与摩尔实际讨论的内容拥有更紧密的联系。很明显，芯片性能仍在以非常快的速度增长，即使没有以每个两年翻一倍的速度加速。

4.晶体管的数量

但仅仅因为你能把更多晶体管装进更小的空间，并不一定意味着芯片上会有更多晶体管，这取决于芯片的大小。那么在这些CPU上你能找到多少个晶体管呢？骁龙835上拥有30亿个晶体管。相比而言，人类大脑中大约有1000亿个神经元。

不幸的是，这些信息对所有智能手机来说都是不可用的，三星此前机型没有具体数据。尽管这是一个不完美的测试，当让我们看看另一个移动SoC，iPhone 5s据说采用了苹果A7双核芯片，拥有10亿个晶体管，仅是Galaxy S8的1/3。A8芯片上的晶体管数量达到了20亿。如果我们把它们的Geekbench分数汇集起来，我们可以看到这个结论：

当然，将晶体管数量增加一倍，并不一定让性能在现实世界中提高一倍。事实上，在A7和A8之间的性能差异相对较小，尽管后者晶体管数量是前者的2倍，但它们拥有相同的RAM和GHz。更大的晶体管密度并不一定会带来更高的性能和速度，因为制造商有时会“选择”如何最好地使用这些新晶体管。在某些情况下，他们可能专注于与性能没有直接相关的功能。例如，ARM有一个提高SoC的功率效率的系统，叫做“big.Little”。它主要使用两种不同的动力核心来完成更轻更密集的任务。

这些功能更多地是出于对电池续航时间和热量管理的关注，而不是纯粹的计算速度。这是GPU通常可以比CPU更快地提高速度的原因之一，因为更专注于某些功能。有趣的是，看看iPhone 8和iPhone X上的A11芯片，它有43亿个晶体管。不过，麒麟970于2017年在IFA推出时，号称拥有55亿个晶体管，以支持人工智能功能。

5.登纳德缩放比例定律

登纳德缩放比例定律（Dennard scaling）又被称为MOSFET scaling，是另一个类似的摩尔定律。它指出，当晶体管变小时，它们的功率密度保持不变。这意味着功率使用应与区域关联，而与开关的数量无关。我们不仅要在“成本效益最佳”的情况下，每年看到晶体管的数量翻倍，而且这些晶体管应该使用更少的功率，同时不会产生更多热量。

为了让摩尔定律继续对美国智能手机消费者和制造商有用，登纳德缩放比例定律也需要成立。直到2000年，这个目标才终于实现。登纳德缩放比例定律在每个较低的节点上不再适用，这意味着无法确保这些密集的芯片必然会导致功耗降低。这也证明，虽然晶体管的数量增加了1倍，但其性能却并未相应增强。

从技术上说，登纳德缩放比例定律已经被打破多年，而摩尔定律也不像以前那样适用。将科技视为“加倍”增强的趋势正变得越来越少，因为现实要复杂得多。不仅如此，摩尔定律也只被严格地限制在晶体管密度的范畴，这对设备性能不再属于完整的测量。许多人没有意识到的是，摩尔本人在1995年修改了他的定律，称晶体管的密度每两年翻一番。而且，这个定律总是被认为是“近似值”。

手机里的硬件还在快速改进，虽然还没有翻倍。这在一定程度上是因为OEM厂商在其他方面投入更多注意力和预算，部分原因是衡量性能远比计算晶体管的数量要复杂得多。无需觉得这个消息太糟糕！你的手机速度或内存可能没有提升两倍，但它肯定比之前的手机更强大。像移动VR和4K屏幕这样的新技术很可能会以更快的速度推动事物向前发展。

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