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笔记本接电源or用电池,你猜性能差距有多大…

时间:2021-12-09 09:36:17 作者:黄烨锋 阅读:
笔记本电脑在插电(外接电源)和使用电池两个场景下,性能表现是有差距的。一般来说,使用电池时,笔记本的性能会受到限制。这是多方面因素所致,包括用户的续航需求,以及供电设计的一些限制。而且这种限制不仅表现在“节能模式”中,即便在Windows操作系统下保持开启“最佳性能”,用电池一样会有性能限制……
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大部分同学应该知道,笔记本电脑在插电(外接电源)和使用电池两个场景下,性能表现是有差距的。一般来说,使用电池时,笔记本的性能会受到限制。这是多方面因素所致,包括用户的续航需求,以及供电设计的一些限制。

而且这种限制不仅表现在“节能模式”中,即便在Windows操作系统下保持开启“最佳性能”,用电池一样会有性能限制。

对Intel产品熟的同学应该还知道,11代酷睿(代号Tiger Lake)移动处理器笔记本在宣传中有个东西叫“EVO认证”。这个认证包含了很多项目,Thunderbolt 4、续航、唤醒、充电等各方面。Intel在针对11代酷睿的宣传中,有一项提到在笔记本“不插电”,也就是使用电池的情况下,也能保持“一致的响应(consistent responsive)”速度。用大白话来说,就是用电池的时候,性能也不错。

这个宣传点起初是被很多人诟病的,因为用电池时用户普遍追求的是续航。和插电时保持一致的性能,续航又从何谈起?而且这一点真的值得宣传吗?这个问题我们放到后面去谈。

最近我们拿到一台华为Matebook X Pro 2021,恰好有机会可以来验证一下Tiger Lake在插电与不插电两种场景下的性能差异。不过这款笔记本可能没有参与到Intel的EVO认证计划中(因为机身上没看见EVO贴纸)。这可能和华为作为OEM厂商对产品的想法和策略有关(也可能是某些众所周知的因素)。

但在这次测试中,我们依然有一些有趣的发现,可窥见OEM厂商在应用芯片厂商的处理器时,在产品策略方面表现的不同想法;包括不插电和插电时,处理器性能发挥的差异究竟在哪儿。

有些不大寻常性能释放 

首先来简单看看Matebook X Pro(2021款)的配置,及其性能定位。我们手中这台高配版笔记本的基本配置包括:

- CPU:Intel酷睿i7-1165G7(基频2.8GHz,睿频4.7GHz);

- GPU:Iris Xe,96EU;

- 内存:16GB RAM(LPDDR4x 4266MHz);

- 硬盘:512GB SSD(三星MZVLB512HBJQ-00000);

- 显示屏:13.9英寸 3000x2000分辨率显示屏,支持10点触控;

- 尺寸:304 x 217 x 14.6mm;重:1.33kg;

我用了这款Matebook X Pro大概有半个月的时间,从各方面来看,个人都非常喜欢这款笔记本。日常使用场景包括文档编辑、浏览网页,偶尔做做图、剪个片子,性能和续航都比较令人满意。不过“性能”一事,在Matebook X Pro身上可能有些特殊。

酷睿i7-1165G7是主要面向轻薄本的低压处理器,4核8线程,10nm SuperFin工艺制造。这款处理器是11代Intel酷睿Tiger Lake-UP3产品中颇具代表性的一个型号。2.8GHz基频为28W TDP;单核睿频4.7GHz,全核睿频4.1GHz。

最初发布的时候,11代酷睿的亮点在于CPU部分相比10代酷睿达成了10-20%的性能提升(理论上应该是10nm SF工艺相比初代10nm工艺可达成更高频率所致);以及名为Xe的核显,图形性能大幅提升(理论上有2.45x)。11代酷睿的架构介绍,此前我们说得也非常多了,此处不再赘述。

从AIDA64的数据来看,华为给这款本子设定的CPU功耗PL1限制18W(长时睿频),PL2限制60W(短时睿频)。PL1设定为18W在类似定位的轻薄本中是个相对保守的值,这个值基本就意味着Matebook X Pro 2021的性能会比同配的其他笔记本弱一些。

不过这也没什么可置喙的,纯粹是OEM厂商在产品思路上的选择。更低的功耗设定,也能换来更长的续航、更低的发热和风扇噪声。先来看看Matebook X Pro在满负荷运转时,功耗、温度情况,这有助于我们理解Matebook X Pro的性能天花板。

图1:AIDA64 15分钟烤机测试CPU浮点+GPU压力测试),第1张图为CPU核心频率(0-4.8GHz,第2张图为CPU Package温度(0-100℃),第3张图为CPU Package功耗(0-50W

尝试对Matebook X Pro 2021进行AIDA64持续压力测试(FPU+GPU压力测试约15分钟,插电),会发现这台本子的温控与功率限制策略相当保守。除了刚开始测试的前几秒,瞬时功耗会冲到40W左右,功率很快就会回落到27W,之后断崖式跌至17W。

17W维持1分钟后降至16W;再过1分多钟后缓慢下降至15W;最终功耗会长时间稳定在15W附近(14.9W)。CPU Package温度封顶90℃,这个极致温度也只出现在测试的前几秒,很快温度会降到80℃,并在附近震荡。

这个测试基本能够反映华为对于Matebook X Pro的定位指针偏向轻薄、便携、移动,刻意限制了其性能发挥。这也与Matebook X Pro这类本子的用户群定位吻合,即注重移动办公,并且比较在意品质感的商务人士。

从这款笔记本的散热设计也能看出这种思路。Matebook X Pro底部没有像Matebook的其他系列产品一样开很多散热孔,大概是为了一体性和美观,这台笔记本D面左右侧边开了两个长条的孔,靠近屏幕转轴处也隐藏了两个(进)出风孔——出风方向是往下后方(但并非整个长条都开了孔)。

苹果Macbook Pro 14的散热风道设计好像也是类似的方案。不过Matebook X Pro是对流的两条风路。这种方案理论上相比前一代在散热效率上应有质的飞越,但从实际效果来看也不算出众。

图2,来源:NotebookCheck

因为时间限制,我们没有拆开Matebook X Pro 2021,直接看看NotebookCheck此前所做的拆解(图2)。Matebook X Pro 2021的散热方案升级到了双风扇,而且有整块均热板覆盖,相比此前旧版本的Matebook X Pro,在散热设计上是有升级的;这个设计的实施,未来可能还有进一步改善的余地。

先谈谈理论性能

既然知道了这台本子的性能发挥是受限的,那么来看看限制到了何种程度。CineBench R23多线程性能测试中,这台笔记本首轮跑分可达到大约3870分(测试环境主要包括Windows 11 Pro(22000.348),室温15℃,若无特别说明电源模式都选择“最佳性能”)。这个值差不多是采用酷睿i7-1165G7处理器的笔记本中,性能释放最弱的那个梯队。

将PL1设定在18W这么保守的数字上,这样的性能表现也是可预见的。从NotebookCheck的数据库来看,所有采用酷睿i7-1165G7的笔记本,CineBench R23测试得分中值为5116分。

那么至少可以说明基于Cinebench R23测试,Matebook X Pro 2021相比同配(酷睿i7-1165G7)的其他笔记本,性能释放弱了大约20%-25%(基于测试环境差异,这个值可能值得商榷)。当然这是理论上的,实际情况会复杂很多,后文会提到这一点。

就这个角度来看,Matebook X Pro属于OEM厂商在性能和移动/续航的选择上比较极端的一个例子。但我们也见过更极端的例子,去年我在测试采用酷i5的Surface Pro时曾提到过,相比采用相同芯片的其他笔记本,Surface Pro的持续性能会弱至多35%——功耗稳定状态大约不到10W,因为酷睿i5版的Surface Pro可是连散热风扇都没有配的。但这也依然不影响Surface Pro和Matebook X Pro是很优秀的产品。

可见OEM厂商的系统设计对于芯片厂商的性能发挥影响还是相当大的。不过需要注意的是,Matebook X Pro仍然有性能上的突发量,而且对更多实际应用场景也非常有价值,后文也会提到。

既然性能还存在发挥空间,那么自然可以人为提一提。我们尝试把Matebook X Pro的PL1值提升到28W(也就是长时睿频提到28W),看看会不会有什么效果。

3Cinebench R23单线程性能测试

4Cinebench R23多线程测试不间断8轮

着重看多线程性能测试,图4是不间断跑30分钟Cinebench R23(总共8轮测试)的测试结果。其中黄线表示人为将PL1提升到28W后的成绩;蓝线表示接上电源的成绩(PL1为默认18W);绿线表示用电池做测试的成绩。

再次声明,本文的所有测试成绩可能有10-20%的偏差(Windows 11和Intel Dynamic Tuning可能造成了更大的变量),所有测试成绩仅供参考。

从测试来看,人为提升PL1值的确有助于Cinebench R23多线程跑分。不过提升也比较有限,即便是首轮4179分的成绩,也仍然落后于酷睿i7-1165G7处理器笔记本的跑分均值。至于插不插电,起码在Cinebench R23中看不出什么太大的性能差异,尤其是在测试后半程。

为了更细致地做分析,来仔细看看PL1提升至28W、外接电源与用电池,三种场景下进行Cinebench R23跑分的CPU频率、温度和功耗分别如何:

5PL1设定为28W以后,Cinebench R23三轮跑分的CPU频率、温度与功耗曲线

6插电场景下(默认PL1Cinebench R23三轮跑分的CPU频率、温度与功耗曲线

7用电池时(默认PL1Cinebench R23三轮跑分的CPU频率、温度与功耗曲线

首先,用电池的场景下Matebook X Pro的功耗限制非常严格(图7)。除了第一轮测试的时候,前20秒CPU Package功耗能达到17W,后续全程稳定在14.9W,几乎没什么变化。温度一直在80℃附近变化。

而在外接电源的时候,相比用电池场景,比较显著的差异就在于睿频造成的性能突发量。无论是默认PL1(18W),还是PL1设定在28W,短时功耗都可以在几秒内蹿升到28W,后续当然还是会因为温度限制而回落。

PL1=28W(图5)与默认PL1(图6),这两个场景的主要差异则在于,前者在稳定状态下,持续功耗可以达到更高的16W,后者在稳定状态下的功耗则在14.9W附近。

那么我们基本可以得出结论:从图4与图5的曲线图来看,之所以默认状态下,插电和电池两种场景的Cinebench R23跑分差不太多,是因为虽然用电池的时候,受限于更严格的功耗策略,没有更高的性能突发量(或短时睿频、峰值功耗)。Cinebench测试在此相对更考验持续性能,和性能发挥稳定性,突发性能在此起不到多大的帮助作用。而人为将PL1拔高以后,持续性能也有了提升,所以测试成绩也更高。

这个结论似乎不大符合11代酷睿插电与不插电性能差别不大的预设。似乎在Intel的预设里,即便用电池供电,11代酷睿处理器仍然能有不错的短时睿频性能。这可能是华为作为OEM厂商,在做调度控制策略时的设定。但也可能是Cinebench测试并不具有代表性,我们继续看看后面的测试。

那么短时睿频、峰值性能——传说中的几秒真男人时间——有用吗?

真实负载复杂性,与突发性能需求

Cinebench测试名头这么响亮,主要是因为其测试过程简单、测试周期短,也不需要去特别编译。实际上Cinebench测试是基于CPU多核心,做Cinema 4D的3D建模、动画、动态图形和渲染性能测试。它要求的是某一段时间内,CPU的持续性能输出。

相对的,很多同学认为处理器性能突发量/峰值性能的价值不大,因为只能维持几秒钟的高性能,又有什么用呢?实际情况是,我们日常操作的真实负载场景,其实经常需要性能有突发量,而非持续性能。

比如说用文件管理器打开一个文件夹,里面有很多图片,而且需要展示缩略预览图。那么当用户快速拉动窗口右侧滑动条的那一刻,加载缩略图就需要一个性能上的突发量,而且只需要很短的时间。

这只是个最简单的例子。在很多生产力办公操作上,短时睿频价值都很大,甚至也包括Photoshop这种性能要求还相对较大的应用。那么要了解真实场景的性能发挥,显然PCMark就是个不错的选择了。

Intel此前在做11代酷睿移动处理器宣传的时候,说自家产品插电和不插电,性能差距不大,拿出来专门对比的就是PCMark测试,如上图所示。Intel在此处对比的是隔壁AMD的同代产品,在用电池的时候性能掉得很严重,在PCMark 10测试中最多能掉38%。这张图当时被吐槽得比较厉害。

不过实际上Intel此处想要表达的,是Intel处理器的睿频响应足够快(睿频延迟短),而隔壁在使用电池时的睿频响应很慢。这种差异对于需要瞬间性能突发的应用很重要,比如说微软Office办公套装的某些操作。所以AMD处理器在用电池的时候,在PCMark这类测试中表现出测试成绩的显著下降。

于是我们也测了一下PCMark 10,结果如下:

图8:PCMark 10测试成绩

在PCMark 10测试中,Matebook X Pro插电后的测试总分是4764分(图8)。这个成绩虽然仍然不及其他酷睿i7-1165G7笔记本的均值,但差距已经小到了10%以内。这表明Cinebench所反映的持续性能,与PCMark这类更靠近真实负载测试所反映的实际使用体验,还是有差异的。我们认为,PCMark对于笔记本普通用户的价值会明显更大。

再说不插电是否掉性能的问题。不同测试分项的性能差异是不一样的,某些子项目的结果比较令人疑惑,可能是我们测试环境变量控制不佳所致。不过所有项目,插电与不插电的性能差距都在10%以内。

这里我们另外加入了一个测试对象。因为本文的插电与不插电测试,都是在Windows的电源模式中选择“最佳性能”进行的。所以,尝试在Windows 11系统的电源模式设置中选择“最佳能效”(但又不是省电模式),再测一次PCMark 10套装,就会发现性能折扣还是比较大。

可见对续航有要求的用户,Windows还是提供了靠谱的选项的。就用户层面来看,个人认为这种给予用户选择,在用电池的时候,是更在意性能还是更在意续航,都有可选项;而不是此前很多人吐槽的“不插电性能也不会降太多,是对续航不负责任”。

图9:插电测试PCMark 10,CPU频率、温度、功耗、GPU占用率曲线

那么为什么说PCMark这类测试对短时睿频或者突发性能更有需求呢?这一点通过观察PCMark跑分的CPU频率、温度、功耗曲线(图9)其实就能看得出来。

上面这张图中,第三栏的黄色曲线表示的是测试全程中的功耗变化。不难发现,随着测试的推进,不同操作、任务负载的功耗需求是动态变化的。这张图中标出了达到60W功耗的位置(60W也是Matebook X Pro的PL2短时睿频功耗限制值),是在进行Web Browsing网页浏览测试时。后面Photo Editing照片编辑测试也有这种功耗区间。

另外也不难发现,测试全程其实很少有长时间的持续性能需求。为数不多持续性能需求出现在Spreadsheets表格编辑测试中(那段相对平直的曲线)。这段负载的功耗在18-19W附近。

图10不插电测试PCMark 10,CPU频率、温度、功耗、GPU占用率曲线

与插电场景相比,用电池来跑测试时,观察图10的这些曲线:主要看测试全程的功耗变化,图中标出了功耗峰值是在进行Photo Editing照片编辑时,最高功耗35W。这表明用电池的时候,仍然会有短时睿频,只不过不会飙到插电场景下那么高的程度。

Writing文字编辑测试之下,用电池时CPU功耗也维持得比较低,功耗曲线没有太多震荡。以及在Spreadsheets表格编辑测试那段有持续性能需求的部分,持续功耗大约在15W左右。

同类测试,我们也跑了UL Procyon生产力套装,具体看看Office套件在插电和不插电情况下的性能差异:

图11:UL Procyon生产力套件测试成绩

UL Procyon总分,插电与不插电的测试成绩差异在12%左右。似乎如果要做复杂的PPT,插电与不插电的性能差异会相对较大,不过其实也就差了17%。Word的影响最小,两者的性能差距不到6%。

可见外出在星巴克写写Word文档,外接电源或者用电池,性能差距基本可忽略不计。而且UL Procyon的Word测试还是相当复杂的;所以再复杂的Word文档,Matebook X Pro以及其他同时代的笔记本应当都不是问题。

图12WebXPRT 3测试成绩

具体到WebXPRT3测试(图12),这里也不多做解释了,插不插电的性能差异符合预期。唯一没想到的是用“最佳能效”电源模式选项来跑这项测试,性能折损会这么大。将来我们对此还会做进一步的研究,因为WebXPRT 3的测试成绩偏移有的时候非常大。

多媒体创作与游戏,性能差别如何?

最后测的两个应用场景,也是笔记本使用中许多用户的需求,即多媒体内容创作与游戏。不过这两项应当不怎么属于轻薄本或者超级本的本职工作范畴,因为其负载已经相对比较重了。

但基于11代酷睿处理器极大加强了核显性能这一点,其实要做个图、剪个片子、玩玩3D游戏,在当代轻薄本上也已经是完全可行的了,当然前提是非重型负载。这半个月时间,我曾用Movai Video Studio剪手机拍摄的一些1080p视频(H.264)。基于Tiger Lake在Xe核显性能,以及媒体编解码固定单元上的加强,Matebook X Pro对于简单的视频剪辑工作还是完全可以胜任的。视频预览和效果实现也完全没有卡顿。

图13:多媒体内容创作测试成绩

PugetBench的Adobe全家桶测试(图13),插电与不插电的性能差异感觉相当小。这个结果也基本符合我们的预期,因为包括其中Lightroom、PR、AE很多工作的主要诉求都是处理器的持续性能,插电状态的瞬时突发性能在此也帮不上太大的忙。Photoshop大概是其中对突发性能有最高要求的应用了。

值得一提的是,至少就Photoshop测试结果来看,Matebook X Pro的表现还是相当令人满意。611这个成绩,在同配轻薄本成绩中是比较高的,包括对比Surface Pro 8(酷睿i7-1185G7)、ThinkPad X1 Carbon Gen 9(酷睿i7-1165G7)。这个结果也充分说明Cinebench R23这类测试真的只具有参考价值;以及Matebook Pro X做很多Photoshop作图任务也不在话下。(不过这个测试中的Premiere Pro结果,相比其他i7-1165G7的本子有些惨不忍睹,原因未知)

图14:3DMark Fire Strike与Time Spy测试成绩

游戏和图形性能方面,很多人想要了解的可能是用低压处理器和核显,真的能玩3D游戏吗?答案是真的可以,只不过画质要妥协一下。一方面我们测了3DMark Time Spy和Fire Strike,似乎比市面上已经进行过的测试得分要低,不知道是否与操作系统版本和华为官方的驱动与固件有关;这个得分也低于96EU Xe核显均分。

华为对Matebook X Pro的系统功耗有限制,本身就会影响到图形性能。我们认为这款本子很难发挥96EU Xe核显的图形能力,瓶颈就在功耗和温控方面。

另外,我们也简单测了几个游戏,插电和用电池来玩,性能几乎没有区别。这大概也是因为游戏仍是要有持续性能输出的。

图15:游戏测试成绩

不过估计不会有多少人在不插电的情况下用轻薄本玩3D游戏吧?上面这三个游戏可能并不具备太大的参考价值,仅作为各位了解96EU Xe核显图形性能的参考。其中《彩虹六号》和《古墓丽影》测试都用了最低画质、1080p分辨率。

就实测来看,用Matebook X Pro来玩《英雄联盟》这类游戏是绰绰有余的,即便是1080p高画质。猜测这种轻薄本的一个游戏用户群,具有代表性的游戏是《原神》。在“低画质”“720p”分辨率下,夜晚在璃月港散步——这个场景应该是游戏中具备相当图形性能压力的部分,平均跑到40fps左右,也属于能玩,但体验不怎么样的水平。

至于插电和不插电,在实际游戏中也没有看出什么体验和帧数上可见的差距。璃月这个场景无论用电池还是外接电源,用Matebook X Pro玩就是在40fps的水平上。

当然在性能释放、插不插电性能差距有多大之类的问题之外,Matebook X Pro 2021这款笔记本还有很多东西可以聊。比如说触控板Freetouch的振动引擎反馈体验很棒,还有华为祖传放在键盘上的弹出式摄像头,以及3000x2000分辨率屏幕的超窄边框等等。

这些都是构成笔记本使用体验的关键要素。虽说Matebook X Pro 2021的持续性能释放在同样采用11代移动酷睿处理器的笔记本中是偏弱的,但这款产品的综合使用体验依然十分出色。

不过这些不是本文要谈的重点。总结一下本文的要点和结论:

(1)Matebook X Pro 2021的处理器性能释放明显偏弱;OEM厂商的系统设计策略对芯片性能发挥有很大的影响;散热设计大概也有精进的余地;

(2)从总体上来说,这款笔记本(以及当代更多采用11代酷睿处理器轻薄本)的性能释放在插电或用电池两种场景下,差别不会很大;当然如果你在意续航的话,Windows仍然有选项可以显著降低使用电池时的处理器性能;

(3)Cinebench测试对于反映CPU性能有参考作用,但对日常的很多真实使用场景而言,参考价值并不大;

(4)短时睿频(突发性能)在很多应用中的价值很大,比如Photoshop;

(5)现在的轻薄本完全可以用来重度办公,轻度修图、剪视频和3D游戏。

责编:Luffy Liu

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黄烨锋
欧阳洋葱,编辑、上海记者,专注成像、移动与半导体,热爱理论技术研究。
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