筆電接市電或用電池供電效能差距多大?

作者 : 黃燁鋒

筆記型電腦在插電(外接電源/市電)和使用電池兩個情況下,性能表現是有差距的。這是多方面因素所致,包括用戶的續航需求,以及供電設計的一些限制,而且這種限制不僅表現在「節能模式」中…

筆記型電腦在插電(外接電源)和使用電池兩個場景下,性能表現是有差距的。一般來說,使用電池時,筆電的性能會受到限制,這是多方面因素所致,包括用戶的續航需求,以及供電設計的一些限制。而且這種限制不僅表現在「節能模式」中,即便在Windows作業系統下保持開啟「最佳性能」,用電池一樣會有性能限制。

對Intel產品熟悉的讀者應該知道,第11代Core (代號Tiger Lake)行動處理器筆電在宣傳中有個「EVO認證」。這個認證包含了很多項目,Thunderbolt 4、續航、喚醒、充電等各方面。Intel在針對第11代Core的宣傳中,有一項提到在筆電「不插電」,也就是使用電池的情況下,也能保持「一致的回應」(consistent responsive)速度。也就是說,用電池供電的時候,性能也不錯。

這個宣傳點起初是被很多人詬病的,因為用電池時用戶普遍追求的是續航。和插電時保持一致的性能,續航又從何談起?而且這一點真的值得宣傳嗎?

 

 

最近拿到一台華為Matebook X Pro 2021,恰好有機會可以來驗證一下Tiger Lake在插電與不插電兩種場景下的性能差異。不過這款筆電可能沒有參與Intel的EVO認證計畫中(因為機身上沒看見EVO貼紙),這可能和華為作為OEM對產品的想法和策略有關。但在這次測試中,依然有一些有趣的發現,可窺見OEM在應用晶片廠商的處理器時,在產品策略方面表現的不同想法;包括不插電和插電時,處理器性能發揮的差異究竟在哪。

有些不大尋常的性能釋放 

首先來簡單看看Matebook X Pro (2021款)的配置,及其性能定位。手中這台高配版筆電的基本配置包括:

  • CPU:Intel Core i7-1165G7 (基頻2.8GHz,睿頻4.7GHz);
  • GPU:Iris Xe,96EU;
  • 記憶體:16GB RAM (LPDDR4x 4266MHz);
  • 硬碟:512GB SSD (三星MZVLB512HBJQ-00000);
  • 顯示器:13.9吋、3,000 × 2,000解析度顯示器,支援10點觸控;
  • 尺寸:304 ×217 ×14.6mm;重1.33kg;

用了這款Matebook X Pro大概有半個月的時間,從各方面來看,個人都非常喜歡這款筆電。日常使用場景包括文檔編輯、流覽網頁,偶爾做做圖、剪輯影片,性能和續航都比較令人滿意。不過「性能」一事,在Matebook X Pro身上可能有些特殊。

 

 

Core i7-1165G7是主要鎖定輕薄筆電的低壓處理器,4核心8執行緒,10nm SuperFin製程製造。這款處理器是第11代Intel Core Tiger Lake-UP3產品中頗具代表性的一個型號。2.8GHz基頻為28W TDP;單核心睿頻4.7GHz,全核心睿頻4.1GHz。

最初發佈的時候,第11代Core的亮點在於CPU部分相比第10代Core達成了10~20%的性能提升(理論上應該是10nm SF製程比初代10nm製程可達成更高頻率所致),以及名為Xe的核心顯示卡,繪圖性能大幅提升(理論上有2.45倍)。

從AIDA64的資料來看,華為給這款筆電設定的CPU功耗PL1限制18W (長時睿頻),PL2限制60W (短時睿頻)。PL1設定為18W在類似定位的輕薄筆電中是個相對保守的值,這個值基本就意味著Matebook X Pro 2021的性能會比同配的其他筆電弱一些。

不過這也沒什麼可置喙的,純粹是OEM在產品思路上的選擇。更低的功耗設定,也能換來更長的續航、更低的發熱和風扇雜訊。先來看看Matebook X Pro在滿負荷運轉時,功耗、溫度情況,這有助於理解Matebook X Pro的性能天花板。

 

圖3:AIDA64 15分鐘烤機測試(CPU浮點+GPU壓力測試),第1張圖為CPU核心頻率(0~4.8GHz),第2張圖為CPU Package溫度(0~100℃),第3張圖為CPU Package功耗(0~50W)。

 

嘗試對Matebook X Pro 2021進行AIDA64持續壓力測試(FPU+GPU壓力測試約15分鐘,插電),會發現這台筆電的溫控與功率限制策略相當保守。除了剛開始測試的前幾秒,暫態功耗會沖到40W左右,功率很快就會回落到27W,之後斷崖式跌至17W。

17W維持1分鐘後降至16W;再過1分多鐘後緩慢下降至15W;最終功耗會長時間穩定在15W附近(14.9W)。CPU Package溫度封頂90℃,這個極致溫度也只出現在測試的前幾秒,很快溫度會降到80℃,並在附近震盪。

這個測試基本能夠反映華為對Matebook X Pro的定位指標偏向輕薄、便攜、行動,且刻意限制了其性能發揮。這也與Matebook X Pro這類筆電的用戶群定位吻合,即注重行動辦公,並且比較在意品質感的商務人士。

 

 

從這款筆電的散熱設計也能看出這種思路。Matebook X Pro底部沒有像Matebook的其他系列產品一樣開很多散熱孔,大概是為了一體性和美觀,這台筆電D面左右側邊開了兩個長條的孔,靠近螢幕轉軸處也隱藏了兩個(進_出風孔——出風方向是往下後方(但並非整個長條都開了孔)。

蘋果Macbook Pro 14的散熱風道設計好像也是類似的方案。不過Matebook X Pro是對流的兩條風路,這種方案理論上相比前一代在散熱效率上應有質的飛越,但從實際效果來看也不算出眾。

 

(來源:NotebookCheck)

 

(來源:NotebookCheck)

 

因為時間限制,沒有拆開Matebook X Pro 2021,直接看NotebookCheck之前所做的拆解(圖5~6)。Matebook X Pro 2021的散熱方案升級到了雙風扇,而且有整塊均熱板覆蓋,相比之前舊版本的Matebook X Pro,在散熱設計上有升級;這個設計的實施,未來可能還有進一步改善的餘地。

理論性能

既然知道了這台筆電的性能發揮是受限的,那麼來看看限制到了何種程度。CineBench R23多執行緒性能測試中,這台筆電首輪跑分可達到大約3,870分(測試環境主要包括Windows 11 Pro (22000.348),室溫15℃,若無特別說明電源模式都選擇「最佳性能」),這個值差不多是採用Core i7-1165G7處理器的筆電中,性能釋放最弱的層級。

將PL1設定在18W這麼保守的數位上,這樣的性能表現也是可預見的。從NotebookCheck的資料庫來看,所有採用Core i7-1165G7的筆電,CineBench R23測試得分平均值為5,116分。

那麼至少可以說明基於Cinebench R23測試,Matebook X Pro 2021相比同配(Core i7-1165G7)的其他筆電,性能釋放弱了大約20~25% (基於測試環境差異,這個值可能值得商榷)。當然這是理論上的,實際情況會複雜很多。

就這個角度來看,Matebook X Pro屬於OEM在性能和行動/續航的選擇上比較極端的一個例子。但筆者也見過更極端的例子,相比採用相同晶片的其他筆電,Surface Pro的持續性能會弱至35%——功耗穩定狀態大約不到10W,因為Core i5版的Surface Pro可是連散熱風扇都沒有配備,但這也依然不影響Surface Pro和Matebook X Pro是很優秀的產品。

可見OEM的系統設計對於晶片廠商的性能發揮影響還是相當大。不過需要注意的是,Matebook X Pro仍然有性能上的突發量,而且對更多實際應用場景也非常有價值。既然性能還存在發揮空間,嘗試把Matebook X Pro的PL1值提升到28W(也就是長時睿頻提到28W),看看會不會有什麼效果。

 

圖7:Cinebench R23單執行緒性能測試。

 

圖8:Cinebench R23多執行緒測試不間斷8輪。

 

著重看多執行緒性能測試,圖8是不間斷跑30分鐘Cinebench R23 (總共8輪測試)的測試結果。其中黃線表示人為將PL1提升到28W後的成績;藍線表示接上電源的成績(PL1為默認18W);綠線表示用電池做測試的成績。

(再次聲明,本文的所有測試成績可能有10~20%的偏差(Windows 11和Intel Dynamic Tuning可能造成了更大的變數),所有測試成績僅供參考。)

從測試來看,人為提升PL1值的確有助於Cinebench R23多執行緒跑分。不過提升也比較有限,即便是首輪4,179分的成績,也仍然落後於Core i7-1165G7處理器筆電的跑分平均值。至於插不插電,起碼在Cinebench R23中看不出什麼太大的性能差異,尤其是在測試後半程。

為了更細緻地做分析,來仔細看看PL1提升至28W、外接電源與用電池,三種場景下進行Cinebench R23跑分的CPU頻率、溫度和功耗分別如何。

 

圖9:PL1設定為28W以後,Cinebench R23三輪跑分的CPU頻率、溫度與功耗曲線。

 

圖10:插電場景下(默認PL1),Cinebench R23三輪跑分的CPU頻率、溫度與功耗曲線。

 

圖11:用電池時(默認PL1),Cinebench R23三輪跑分的CPU頻率、溫度與功耗曲線。

 

首先,用電池的場景下Matebook X Pro的功耗限制非常嚴格(圖11)。除了第一輪測試的時候,前20秒CPU Package功耗能達到17W,後續全程穩定在14.9W,幾乎沒什麼變化,溫度一直在80℃附近變化。

而在外接電源的時候,相比用電池場景,比較顯著的差異就在於睿頻造成的性能突發量。無論是默認PL1 (18W),還是PL1設定在28W,短時功耗都可以在幾秒內躥升到28W,後續當然還是會因為溫度限制而回落。

PL1 = 28W (圖9)與默認PL1 (圖10),這兩個場景的主要差異則在於,前者在穩定狀態下,持續功耗可以達到更高的16W,後者在穩定狀態下的功耗則在14.9W附近。

那麼基本可以得出結論:從圖8與圖9的曲線圖來看,之所以預設狀態下,插電和電池兩種場景的Cinebench R23跑分差不太多,是因為雖然用電池的時候,受限於更嚴格的功耗策略,沒有更高的性能突發量(或短時睿頻、峰值功耗)。Cinebench測試在此相對更考驗持續性能,和性能發揮穩定性,突發性能在此起不到多大的幫助作用,而人為將PL1拔高以後,持續性能也有了提升,所以測試成績也更高。

這個結論似乎不大符合第11代Core插電與不插電性能差別不大的預設。似乎在Intel的預設裡,即便用電池供電,第11代Core處理器仍然能有不錯的短時睿頻性能。這可能是華為作為OEM,在調度控制策略時的設定,但也可能是Cinebench測試並不具有代表性。

那麼短時睿頻、峰值性能——傳說中的幾秒真男人時間——有用嗎?

真實負載複雜性與突發性能需求

Cinebench測試名頭這麼響亮,主要是因為其測試過程簡單、測試週期短,也不需要去特別編譯。實際上Cinebench測試是基於CPU多核心,進行Cinema 4D的3D建模、動畫、動態圖形和渲染性能測試,它要求的是某一段時間內,CPU的持續性能輸出。

相對的,很多人認為處理器性能突發量/峰值性能的價值不大,因為只能維持幾秒鐘的高性能,又有什麼用呢?實際情況是,日常操作的真實負載場景,其實經常需要性能有突發量,而非持續性能。

例如說用檔案管理員打開一個資料夾,裡面有很多圖片,而且需要展示縮略預覽圖。那麼當使用者快速拉動視窗右側滑動條的那一刻,載入縮略圖就需要一個性能上的突發量,而且只需要很短的時間。

這只是個最簡單的例子。在很多生產力辦公操作上,短時睿頻價值都很大,甚至也包括Photoshop這種性能要求還相對較大的應用。那麼要瞭解真實場景的性能發揮,顯然PCMark就是個不錯的選擇。

 

 

Intel之前在做第11代Core行動處理器宣傳的時候,說自家產品插電和不插電,性能差距不大,拿出來專門對比的就是PCMark測試,如圖12所示。Intel在此處比較的是AMD的同代產品,在用電池的時候性能掉得很嚴重,在PCMark 10測試中最多能掉38%。

不過實際上Intel此處想要表達的,是Intel處理器的睿頻回應夠快(睿頻延遲短),而AMD在使用電池時的睿頻回應很慢。這種差異對於需要瞬間性能突發的應用很重要,比如說微軟Office辦公套裝的某些操作,所以AMD處理器在用電池的時候,在PCMark這類測試中表現出測試成績的顯著下降。

於是筆者也測了一下PCMark 10,結果如圖13。

 

圖13:PCMark 10測試成績。

 

在PCMark 10測試中,Matebook X Pro插電後的測試總分是4,764分(圖13)。這個成績雖然仍然不及其他Core i7-1165G7筆電的平均值,但差距已經小到了10%以內。這說明Cinebench所反映的持續性能,與PCMark這類更靠近真實負載測試所反映的實際使用體驗,還是有差異。筆者認為,PCMark對於筆電普通用戶的價值會明顯更大。

再說不插電是否掉性能的問題。不同測試分項的性能差異是不一樣的,某些子項目的結果比較令人疑惑,可能是測試環境變數控制不佳所致。不過所有項目,插電與不插電的性能差距都在10%以內。

這裡另外加入了一個測試物件。因為本文的插電與不插電測試,都是在Windows的電源模式中選擇「最佳性能」進行,所以,嘗試在Windows 11系統的電源模式設置中選擇「最佳能效」(但又不是省電模式),再測一次PCMark 10,就會發現性能折扣還是比較大。

可見對續航有要求的用戶,Windows還是提供了靠譜的選項。就用戶層面來看,筆者認為這種給予用戶選擇,在用電池的時候,是更在意性能還是更在意續航,都有可選項;而不是之前很多人吐槽的「不插電性能也不會降太多,是對續航不負責任」。

 

圖14:插電測試PCMark 10,CPU頻率、溫度、功耗、GPU佔用率曲線。

 

那麼為什麼說PCMark這類測試對短時睿頻或者突發性能更有需求呢?這一點透過觀察PCMark跑分的CPU頻率、溫度、功耗曲線(圖14)其實就能看得出來。圖14中,第三欄的黃色曲線表示的是測試全程中的功耗變化。不難發現,隨著測試的推進,不同操作、任務負載的功耗需求是動態變化。這張圖中標出了達到60W功耗的位置(60W也是Matebook X Pro的PL2短時睿頻功耗限制值),是在進行Web Browsing網頁流覽測試時。

另外也不難發現,測試全程其實很少有長時間的持續性能需求。為數不多持續性能需求出現在Spreadsheets表格編輯測試中(那段相對平直的曲線),這段負載的功耗在18~19W附近。

 

圖15:不插電測試PCMark 10,CPU頻率、溫度、功耗、GPU佔用率曲線。

 

與插電場景相比,用電池來跑測試時,觀察圖15的這些曲線:主要看測試全程的功耗變化,圖中標出了功耗峰值是在進行Photo Editing照片編輯時,最高功耗35W。這表示用電池的時候,仍然會有短時睿頻,只不過不會飆到插電場景下那麼高的程度。

Writing文字編輯測試之下,用電池時CPU功耗也維持得比較低,功耗曲線沒有太多震盪,在Spreadsheets表格編輯測試那段有持續性能需求的部分,持續功耗大約在15W左右。同類測試,筆者也跑了UL Procyon生產力套裝,具體看看Office套件在插電和不插電情況下的性能差異。

 

圖16:UL Procyon生產力套件測試成績。

 

UL Procyon總分,插電與不插電的測試成績差異在12%左右。似乎如果要做複雜的PPT,插電與不插電的性能差異會相對較大,不過其實也就差了17%;Word的影響最小,兩者的性能差距不到6%。

可見外出在星巴克寫寫Word文檔,外接電源或者用電池,性能差距基本可忽略不計。而且UL Procyon的Word測試還是相當複雜,所以再複雜的Word文檔,Matebook X Pro及其他同代的筆電應當都不是問題。

 

圖17:WebXPRT 3測試成績。

 

具體到WebXPRT3測試(圖17),插不插電的性能差異符合預期。唯一沒想到的是用「最佳能效」電源模式選項來跑這項測試,性能折損會這麼大。

多媒體創作與遊戲的性能差別?

最後測的兩個應用場景,也是筆電使用中許多使用者的需求,即多媒體內容創作與遊戲。不過這兩項應當不怎麼屬於輕薄筆電或者Ultrabook的本職工作範疇,因其負載已相對比較重。但基於第11代Core處理器極大加強了核心顯示卡性能這一點,其實要做個圖、剪輯影片、玩玩3D遊戲,在當代輕薄筆電上也已是完全可行了,當然前提是非重型負載。這半個月時間,筆者曾用Movai Video Studio剪輯手機拍攝的1,080p視訊(H.264)。基於Tiger Lake在Xe核心顯示卡性能,以及媒體編解碼固定單元上的加強,Matebook X Pro對於簡單的視訊短片工作還是完全可以勝任的,視訊預覽和效果實現也完全沒有卡頓。

 

圖18:多媒體內容創作測試成績。

 

PugetBench的Adobe全家桶測試(圖18),插電與不插電的性能差異感覺相當小。這個結果也基本符合我們的預期,因為包括其中Lightroom、PR、AE很多工作的主要訴求都是處理器的持續性能,插電狀態的暫態突發性能在此也幫不上太大的忙,Photoshop大概是其中對突發性能有最高要求的應用了。

值得一提的是,至少就Photoshop測試結果來看,Matebook X Pro的表現還是相當令人滿意。611這個成績,在同配輕薄筆電成績中是比較高的,包括對比Surface Pro 8 (Core i7-1185G7)、ThinkPad X1 Carbon Gen 9 (Core i7-1165G7)。這個結果也充分說明Cinebench R23這類測試真的只具有參考價值,以及Matebook Pro X進行很多Photoshop作圖任務也不在話下。

 

圖19:3DMark Fire Strike與Time Spy測試成績。

 

遊戲和繪圖性能方面,很多人想要瞭解的可能是用低壓處理器和核心顯示卡,真的能玩3D遊戲嗎?答案是真的可以,只不過畫質得妥協。測了3DMark Time Spy和Fire Strike,似乎比市面上已進行過的測試得分要低,不知道是否與作業系統版本和華為官方的驅動與韌體有關;這個得分也低於96EU Xe核心顯示卡平均分數。

華為對Matebook X Pro的系統功耗有限制,本身就會影響到繪圖性能。筆者認為這款筆電很難發揮96EU Xe核心顯示卡的繪圖能力,瓶頸就在功耗和溫控方面。另外,也簡單測了幾個遊戲,插電和用電池來玩,性能幾乎沒有區別,這大概也是因為遊戲仍是要有持續性能輸出。

 

圖20:遊戲測試成績。

 

不過也許不會有多少人在不插電的情況下用輕薄筆電玩3D遊戲吧?圖20這三個遊戲可能並不具備太大的參考價值,僅作為瞭解96EU Xe核心顯示卡圖形性能的參考,其中《彩虹六號》和《古墓麗影》測試都用了最低畫質、1,080p解析度。

就實測來看,用Matebook X Pro來玩《英雄聯盟》這類遊戲是綽綽有餘的,即便是1,080p高畫質。猜測這種輕薄筆電的一個遊戲用戶群,具有代表性的遊戲是《原神》。在「低畫質」、「720p」解析度下,夜晚在璃月港散步——這個場景應該是遊戲中具備相當繪圖性能壓力的部分,平均跑到40fps左右,也屬於能玩,但體驗不怎麼樣的水準。

 

 

至於插電和不插電,在實際遊戲中也沒有看出什麼體驗和影格數上可見的差距。璃月這個場景無論用電池還是外接電源,用Matebook X Pro玩就是在40fps的水準上。當然在性能釋放、插不插電性能差距有多大之類的問題之外,Matebook X Pro 2021這款筆電觸控板Freetouch的振動引擎回饋體驗很棒,還有華為祖傳放在鍵盤上的彈出式相機,以及3,000 × 2,000解析度螢幕的超窄邊框等。

這些都是構成筆電使用體驗的關鍵要素。雖說Matebook X Pro 2021的持續性能釋放在同樣採用第11代行動Core處理器的筆電中是偏弱的,但這款產品的綜合使用體驗依然十分出色。

以下總結本文的要點和結論:

(1)Matebook X Pro 2021的處理器性能釋放明顯偏弱;OEM的系統設計策略對晶片性能發揮有很大的影響;散熱設計大概也有精進的餘地;

(2)從總體上來說,這款筆電(以及當代更多採用第11代Core處理器輕薄筆電)的性能釋放在插電或用電池兩種場景下,差別不會很大;當然如果意續航,Windows仍然有選項可以顯著降低使用電池時的處理器性能;

(3) Cinebench測試對於反映CPU性能有參考作用,但對日常的很多真實使用場景而言,參考價值並不大;

(4)短時睿頻(突發性能)在很多應用中的價值很大,比如Photoshop;

(5)現在的輕薄筆電完全可以用來重度辦公,輕度修圖、剪視訊和3D遊戲。

本文原刊登於EE Times China網站

 

 

 

 

 

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