广告

聊聊新款MacBook Air的CPU与奇葩散热设计

2020-04-27 黄烨锋 阅读:
聊聊新款MacBook Air的CPU与奇葩散热设计
如今的 MacBook Air 全部采用 Intel 超低压酷睿 Y 系列处理器。注意是超低压,而不是低压 U 系列(MacBook Pro 13" 一直在用低压 U 系列处理器)。也就是说,MacBook Air 已经正式成为 Mac 家族中性能最弱的设备,加上其价格——尤其 2020 款 MacBook Air 起价 7999 元,MacBook Air 成为了 Mac 系列中最低端的一个系列。

关注苹果 MacBook Air 产品线的同学应该知道,从前两年开始,MacBook Air 已经换上了 retina 显示屏,设计也改头换面了。不过在产品线布局上,MacBook 系列发生了一些变化:12 寸 MacBook 已经退出人们视野(这个产品系列应该已经开始和 iPad Pro 打架了,所以退出也是必然的),MacBook Air 正式接棒了 12 寸 MacBook 的 fanless 无风扇设计。OvOednc

说是无风扇设计,其实 MacBook Air 还是有风扇的,只不过这个设计相当奇特——后面我们再谈。但有一个核心资讯是 MacBook Air 用户需要在意的:如今的 MacBook Air 全部采用 Intel 超低压酷睿 Y 系列处理器。注意是超低压,而不是低压 U 系列(MacBook Pro 13" 一直在用低压 U 系列处理器)。也就是说,MacBook Air 已经正式成为 Mac 家族中性能最弱的设备,加上其价格——尤其 2020 款 MacBook Air 起价 7999 元,MacBook Air 成为了 Mac 系列中最低端的一个系列。OvOednc

这也算是产品布局的一个精准调整了,当年乔布斯从信封里拿出 MacBook Air 之时,这个产品的价格可实在是不菲的,定位绝对不亚于 MacBook Pro。OvOednc

这篇文章面向轻度技术爱好者,并且具备一定的导购价值,各位可酌情阅读。不想看我乱弹的,可以直接拉到本文最后看结论。OvOednc

无风扇设计?

国外很多媒体说 MacBook Air 是 fanless 的,当然我们拆机就知道这个说法是不正确的。MacBook Air 还是在内部配了一枚风扇的。不过实际上,在很多人的理解中,Intel 的超低压 Y 系列处理器,的确可以不配风扇,比如当年的 12 寸 MacBook 就没有风扇。OvOednc

今年 Intel 超低压酷睿 Y 系列处理器由于首次提升到了四核心,所以 TDP 提至 9W,看起来已经和低压 U 系列的 TDP 15W 非常接近了。TDP 功耗上的差异,也让酷睿 Y 系列和 U 系列在起步的基频(base clock)方面就不大一样,Y 系列普遍的基础频率在 1.x GHz 的程度(现在的基频可认为是在 TDP 功耗下,CPU 全核可长时间坚挺的一个频率)。两者的睿频好像差不多。OvOednc

这两者更具体的差别,我没有具体去研究,但至少包括 cache 大小差异,以及 I/O 方面的区别:比如就第十代酷睿而言,Y 系列的 PCH 高速 I/O 通道是 14 条,而 U 系列是 16 条;Y 系列核心部分支持的 USB-C 接口数量会略少;还有包括 Y 系列不支持 DDR4(而只支持 LPDDR4x);至于核显,两者都是 Iris Plus(GT2?),在规模上官方标的都是至多 64 EU,不过不知道在频率方面是否有差别之类。[1]OvOednc

总之,当代 MacBook Air 现在在用的处理器是一种更省电的方案。TDP 9W 听起来好像的确可以不需要风扇了,人隔壁 iPad Pro 的 A12X 大概 7、8W 的平均功耗就没风扇。当然了,这里咱不说,这个 TDP 本身现在所具备的参考价值,可能越来越脱离于其原本热设计功耗的意义,毕竟现在大家都把睿频当基频在看,连什么 cTDP up/down 之类的数据看起来都不靠谱。OvOednc

OvOednc

来源:iFixitOvOednc

不过 MacBook Air 从改头换面以来的风扇设计就相当之奇特,上面这张图是 2018 款 MacBook Air 拆开后壳以后的内部结构图[2]。内部左上角位置显然就有风扇,不过你知道 CPU 在哪儿吗?CPU 本尊并不在风扇附近,而在中央那块散热片下面,下图用红框将其标出了。OvOednc

OvOednc

需要注意的是,从各种拆解来看,CPU 之上并没有一根导热管连接至风扇。那么这枚风扇究竟在给谁降温?迷之风扇!针对这个问题,我查了一些资料,发现网上对此的猜测颇多。YouTube 有一些技术向的 up 主提到,这颗孤独的风扇 "just for ventilation",它负责带走 MacBook Air 内部主板的整体热量,而且在内外造成气压差,这样内部也会主动“吸入”一些冷风。【这种设计可能的初衷,欢迎各位指正】OvOednc

Reddit 上面也有一张帖子是专门讨论此事的[3]:这张帖子是针对 2019 款的 MacBook Air,表明这种设计后续没有变。这张帖子里有人提到,这种设计可能是依赖于内部的密闭结构,空气流向通路上会带到 CPU 上方的散热片。不过无论如何,这种设计针对 CPU 的散热效率都是比较低的,可能与 MacBook Air 追求极致轻薄有关(但实际上我们后面还会提到,MacBook Air 如今真的不能算薄)。OvOednc

单就 CPU 而言,这还真的算是 fanless,因为虽然有风扇但却不是针对 CPU 的;所以 CPU 真的仍然可以说是被动散热;或许在超低压处理器范畴内,这种设计是合理的,真的是这样吗?OvOednc

与 MacBook Pro 的性能差距

网上已经有部分 up 主,包括上周我在参与 web view 的播客节目时,都谈到了,今年的 MacBook Air 真的十分超值;主要是因为 SSD 最低容量升级到 256GB,内存也换用了 LPDDR4x,存储性能会有较大提升(虽然 MacBook Air 的 SSD 速度一直以来都比 MacBook Pro 慢一截);另外就是处理器更新到了酷睿十代,除了最低配的酷睿 i3,更高的酷睿 i5 配置都开始改用四核处理器(所以苹果宣称快 1 倍),核显也明显上了一个台阶。而且,价格更便宜。OvOednc

就纸面数字来看,我之前甚至还提到,2020 MacBook Air 已经比 2019 MacBook Pro 13" 更牛了。不过当时我并没有意识到,2020 MacBook Air 用的虽然是四核处理器,但却是超低压版的酷睿 Y 系列。而 MacBook Pro 用的是低压酷睿 U 系列(2019 款 MacBook Pro 13" 用的八代酷睿低压 U 系列)。那么除了 TDP 功耗数字差异,这两者到底如今是个什么样的关系呢?OvOednc

OvOednc

来源:Max TechOvOednc

另外,Max Tech 的拆解已经提到,2020 MacBook Air 仍在沿用以前的模具(chassis),所以上述这种加了个风扇,但不吹 CPU 的设计仍然存在,如上图所示。OvOednc

Intel 酷睿 Y 系列四核处理器,没风扇能镇压吗?其实从理论上来说问题也不大,被动散热中的典范是 Surface Pro。之前我花了很大的篇幅来探讨无风扇的 Surface Pro 性能如何,结论是无风扇的 Surface Pro 相比同配其他有风扇的超级本,持续性能差距大约有 25%[4]。即便如此,Surface Pro 的表现依然令人满意,可以认为是被动散热设计中的楷模。而且 Surface Pro 用的还是酷睿 U 系列即低压版的处理器,MacBook Air 用的 Y 系列更不成问题了吧?OvOednc

就已公开的情报来看,2020 MacBook Air 最低配的酷睿 i3 处理器具体型号为 Core i3-1000NG4,酷睿 i5 处理器具体型号为 Core i5-1030NG7。从这个型号就不难发现,这并非 Intel 公开在售的版本,“N”应该特别指代这是给苹果的特供版,或者合作开发版之类。具体跟公开版本的 i3-1000G4、i5-1030G7 有何区别,我们就不知道了。OvOednc

这里我们选择多家测试机构的数据,仅CineBench R20 测试:OvOednc

Luke Miani 给 MacBook Air 酷睿 i3 版(Core i3-1000NG4,双核)的测试得分为 640 分,酷睿 i5 版(Core i5-1030NG7,四核)测试得分大约在 1060 分左右[5];但 Max Tech 针对酷睿 i5 版的测试得分一次是 863 分,一次是 1019 分[6]——我猜这可能与设备测试前的运行状态有关(真心是不负责任的 up 主啊!),这里的 863 分很有可能是持续性能成绩,而超过 1000 分的成绩则是在设备温度较低时第一第二轮跑分能够获得的成绩。OvOednc

OvOednc

这两家机构的测试平均成绩 960 分——恰好和一家日本测试站点 PC Watch 给的结果差不多[7]。另外 NoteBookCheck 的测试数据则显示,macOS 平台下的 CineBench R20 多线程测试得分 987 分,也比较接近。上一代的酷睿 i5 版(Core i5-8210Y) MacBook Air 的 CineBench R20 得分为 601-632 分[8]。所以粗略估算,2020 MacBook Air 酷睿 i5 版相比上一代的 CPU 性能提升幅度大约是 52%-60%,也算是很给力的成绩了(知乎上貌似有数据说是提升 200%,不知这个数据是怎么来的;另 Geekbench 5 多核测试成绩有将近 80% 的性能提升)。从 NoteBookCheck 的测试数据来看,MacBook Air 2020 的酷睿 i5 版持续性能表现出乎意料得稳定。CineBench R15 测试首轮 448 分,在后续几十轮的持续测试中,期间有掉到 363 分的最低分,但最终也基本稳定在了 390-400 分(MacBook Pro 2019 的酷睿 i5 款持续性能比它高 61%)。这个稳定程度在超级本中还是不错的。[11]OvOednc

不过这个成绩相较酷睿低压版 U 系列处理器还是有着相当大的差距,比如 MacBook Pro 13"。这里放上 2019 款 MacBook Pro 13"(Core i5-8279U,八代酷睿低压处理器)以及我自己测试的 Surface Laptop 3(Core i5-1035G7,十代酷睿低压处理器)成绩对照。OvOednc

GPU 核显部分其实也是这次提升的一个亮点,尤其酷睿 i5 版用上了满血的 64 EU(不过考虑到 Y 系列超低压处理器的 TDP 限制,我猜其图形性能应该还是会低于 U 系列的低压版)。不过那些 up 主的数据感觉都偏离很大,而且也不标测试工具版本和测试环境。PC Watch 给的数据是,Unigine Valley Benchmark 1.0 测试中,2020 MacBook Air 相比上一代平均帧率提升将近 1 倍——这也基本符合我们对于这次 Iris Plus 提升的认知。在 Max Tech 的 Geekbench 5 Metal 测试中,2020 MacBook Air 相比上一代得分大约有 1.2 倍的提升。OvOednc

其实针对 GPU,也很想加入 Surface Laptop 3 对照(就能看看同样是满血版 G7,低压版和超低压版上的 Iris Plus 核显有什么差别了),不过这些媒体完全不说测试对象,比如测试 API 是否用的 OpenGL,高画质、抗锯齿与否等,所以我也没法测(而且我的测试也一向那么那么不严谨O_o)。不过从早前笔吧的十代酷睿核显测试来看,GPU 性能提升的确很多,但实际使用却没有这么给力,原因应该是当 CPU 也一同跑起来的时候,CPU 和 GPU 会开始争抢主内存资源,造成数据带宽瓶颈——这在一些需要较多调度 CPU 的游戏中就能体现出来。OvOednc

OvOednc

这里再多插一句,看到有人对比 Unigine Heaven 测试,2020 MacBook Air 最终平均帧率 8.8 帧,2019 MacBook Pro 13" 平均帧率 10.9 帧。这个数据仅供参考,或与 eDRAM,以及后者 28W TDP 有关。OvOednc

如果我们只看 CPU 性能的话,即便和 2019 款 MacBook Pro 13"(中配 Core i5-8279U)比,2020 MacBook Air 都有着比较大的差距,两者 CineBench R20 多核性能差距在 58-65% 左右。OvOednc

说白了,新款 MacBook Air 在性能上仍然是弱鸡,只不过的确比上一版提升很多。与竞品比较的话,其性能和 Surface Pro 7 甚至都有较大差距,这两者还都是被动散热(MacBook Air 的“被动”散热打个引号);而价格其实还差不多。OvOednc

超低压 CPU 的发热很低吗?

在之前我们探讨过低压 CPU 的实质以后,我愈发觉得,其实超低压和低压 CPU 的区别,可能本质上也还是比较小的——只在于给了一个人为限制的 TDP,便有了更小的基频。如果不考虑功耗墙和温度墙,那么这两者大概就仅剩 I/O 的那点差别了(未深入考察,纯个人 YY,别当真)。OvOednc

从 Max Tech 的发热测试来看,在 2020 MacBook Air(Core i5 版)跑 CineBench R20 的时候,四核全开,短时睿频可蹿升至 2.4-2.7GHz,此时的功率大约为 13W(在 Max Tech 刚刚更新的测试中,据说功率可以一度达到 26W,全核在极短时间内达到更高频率[9]。这还是超低压 CPU 的节奏吗???或者苹果的确对其间限制做了改动);但似乎在极短时间内(具体多久不知道)就撞了温度墙,CPU 核心温度很快蹿升到了 100℃,全核心便降到 1.5GHz 左右。OvOednc

这个时候如果能有主动散热来努力一把,那么睿频还是可以坚持更长时间的。只不过前面也提到了,MacBook Air 如今的散热设计比较奇特,那个独立的小风扇依靠坚强的毅力来为散热片吹风。OvOednc

另外,MacBook 轻薄本(主要包括 MacBook Air 和 MacBook Pro 13")在散热设计上还一直有个传统,即宁可降低频率,也要让风扇保持安静。所以 MacBook 用户应该会发现,风扇是几乎不发出声音的,这大概也算保证体验的一种方案吧。有兴趣的同学可以去看看 Linus Tech Tips 做的一个视频 "Macs are SLOWER than PCs. Here’s why."[10],里面提到了 MacBook Pro 在 macOS 系统下这种调节机制的特性(不过 Linus Tech 一直是著名果黑)。OvOednc

似乎苹果更相信,让风扇尽可能保持低转速,而在一定限度内牺牲性能,是一种可达成体验加成的方式(其实我也这么认为...)。实际上 2020 MacBook Air 的情况也很类似,即 CineBench R20 测试期间,所有核心全开,CPU 核心温度到 100℃ 了,风扇转速也才 4000RPM(全速是 8000RPM)——不过由于这风扇离 CPU 这么远,估计就算转更快、效果也就那样了。OvOednc

而苹果在 Mac 设备散热上的黑历史,也实在是一言难尽;也包括大尺寸的 MacBook Pro 移动工作站。实际上,苹果在寻找散热设计与极致轻薄间的平衡点时,指针始终在向后者偏移。或许在苹果看来,如果你那么在意性能,为什么不买个台式机呢?好像也有点道理。OvOednc

OvOednc

OEM 厂商的市场定位把戏

看看,MacBook Air 性能和 MacBook Pro 13" 还是存在实质上的差距的(更不用提屏幕亮度和色域覆盖差别)。所以以更低的价格购买一台 MacBook Air,你并不能获得 MacBook Pro 13" 那样的硬件水准。而且实际上,追求轻薄性的各位不妨去苹果官网看一看 MacBook Pro 13" 与 MacBook Air 在重量和厚度上的差别,这两者不仅最厚处是一样厚的,而且 Pro 只比 Air 稍重了一点点(当然 Air 还有楔形设计)...OvOednc

在市场策略上,以 Intel 酷睿超低压处理器(Y 系列,MacBook Air)与低压处理器(U 系列,MacBook Pro 13")拉开性能差距,再加上前者散热上的负优化(误),这两条线的产品不会存在性能上打架的情况。另外,如果今年 MacBook Pro 13"(或 14")开始采用 AMD Ryzen 4000 处理器,则这种差距还能被进一步拉大。于是,MacBook Air 成为名副其实 Mac 系列产品中性能最差的存在,优势就是价格便宜。OvOednc

从 OEM 厂商的层面做产品定位的明确差别,还有一例其实是微软。Surface Pro 的酷睿 i5 版不带风扇,而酷睿 i7 版带风扇——原本在低压处理器这个层面上,酷睿 i5 和 i7 的性能差距是相当小的(除了这次核显规模上选择的差别),不过微软在这个散热抉择间,硬生生让 i7 比 i5 性能提了一档,这才是让选择了酷睿 i7 的 Surface Pro 用户真正感觉物有所值的一种方法...(至于 i5,那就当时静音体验吧)花样还真是多。OvOednc

最后,给出本文的一些推论:OvOednc

  1. 2020 MacBook Air 性能比 2019 MacBook Pro 仍然有着很大差距;
  2. 2020 MacBook Air 模具没换,仍然用了 2019 款的设计;
  3. 如今 MacBook Air 的散热设计是个悲剧,而且非常奇特(虽然有风扇,但 CPU 依然算是被动散热);
  4. 相比上一代 MacBook Air,2020 MacBook Air 的 CPU(多核)性能提升至少 60%,图形算力提升 100%(实际可能没有);
  5. 导购建议 1:如果你在意性能的话,不要考虑 MacBook Air;如果你在意轻薄性的话,也不要考虑 MacBook Air,因为 MacBook Pro 13" 其实和 MacBook Air 的厚度、重量差不多;
  6. 导购建议 2:如果你是旧版 MacBook Air 用户,那么十分推荐升级,因为这次的硬件提升十分给力!
  7. 导购建议 3:不建议购买最低配 Core i3 款 MacBook Air,因为 i3 款仍在使用双核,而多加点钱就能用上四核。

参考OvOednc

(责编:Demi Xia)OvOednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
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。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了