Surface Pro系列的用戶很早就發(fā)現(xiàn)一個(gè)很有趣也非常實(shí)用的功能，合蓋后還可以接收各種通知和郵件。這種可以媲美手機(jī)的高級(jí)特性叫做“現(xiàn)代待機(jī)”（Modern Standby），它實(shí)際上有了十年左右的歷史，一路走來，十分艱難。伴隨著它坎坷命運(yùn)的是它的名字，在最初，它叫做Instant-on，Windows 8上市的時(shí)候叫做Connected Standby，后改名叫做InstantGo，在Windows 10為了包容性，改名Modern Standby（現(xiàn)代待機(jī)），包含Connected Standby和Disconnected Standby兩種模式。對(duì)于CPU和BIOS固件工程師來說，它的名字叫做S0ix，而對(duì)于設(shè)備廠商和固件來講，它又和RTD3（Runtime D3）緊密相關(guān)。這么多年下來，Modern Standby的普及率還很低，這和它的復(fù)雜性緊密相關(guān)。所幸隨著新一代的CPU們逐漸占領(lǐng)市場(chǎng)，老舊的S3睡眠模式重要要慢慢地被掃入歷史的垃圾堆中，而更多的人可以慢慢享受到Modern Standby帶來的便捷與舒適中去了。所謂由儉入奢易，由奢入儉難，一旦大家嘗到個(gè)中滋味，那就回不去了，這也是技術(shù)發(fā)展的魅力所在。

那么這個(gè)現(xiàn)代待機(jī)為什么會(huì)被發(fā)明出來？中間經(jīng)歷了哪些坎坷？怎么看自己的機(jī)器支持不支持它？這些問題我們今天就一起來探究一下。當(dāng)然作為一個(gè)技術(shù)專欄，也會(huì)介紹一下其中的技術(shù)難點(diǎn)，這對(duì)理解這項(xiàng)技術(shù)為什么遲遲不能推廣緊密相關(guān)。

緣起

PC機(jī)在出現(xiàn)的前十幾年，關(guān)注的主要是提高性能，而不是節(jié)省電力。在筆記本這種便攜式設(shè)備出現(xiàn)后，才開始考慮如何省電，以延長電池的供電時(shí)間，這樣各種省電狀態(tài)被發(fā)明了出來，ACPI標(biāo)準(zhǔn)囊獲了這些發(fā)明，其中包括系統(tǒng)級(jí)的S1、S3、S4；CPU級(jí)的C0/C1/C2/C3;設(shè)備級(jí)別的D0/D1/D3等等。


一切工作的很好：筆記本暫時(shí)不用，合上蓋子，進(jìn)入S3狀態(tài)；想要用的時(shí)候，打開蓋子，在一秒鐘以后，進(jìn)入操作系統(tǒng)。動(dòng)作如行云流水，比關(guān)機(jī)重開機(jī)體驗(yàn)好太多。這下各方都滿意了，也變成了約定俗成的標(biāo)準(zhǔn)操作方法，沒有任何人有疑問，直到智能手機(jī)出現(xiàn)在地平線上。

蘋果的iPhone教育了市場(chǎng)，讓大家看到，手機(jī)還可以這么用，這么好用！記得那時(shí)我拜訪Apple總部，相熟的工程師從兜里拿出一個(gè)手機(jī)向我炫耀，說公司每個(gè)發(fā)了一個(gè)。我微微一笑，沒說什么。心里想：“蘋果剛做手機(jī)，能做好嗎？有黑莓好嗎？我口袋里的摩托羅拉表示不服！”朋友看我不以為然，立刻表演了起來，左劃劃，右劃劃。我表示這些是奇技淫巧，好麻煩！誰知道沒過幾年，大家都開始用起來智能手機(jī)，高通和MTK等等芯片廠商大賺特賺，這里按下不表。

另一頭，Wintel兩兄弟坐不住了，也要向智能手機(jī)進(jìn)發(fā)。Windows CE + Intel CPU是否可以掃平他們呢？現(xiàn)在我們當(dāng)然知道結(jié)果，可當(dāng)時(shí)的人們并非沒有信心，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：可以把Wintel巨量的用戶無縫導(dǎo)入Windows Phone市場(chǎng)。CPU的性能當(dāng)然沒有問題，但一個(gè)擺在眼前的難題是功耗。為此閹割了指令集和流水線，定制出Atom系列CPU，但問題并沒有完全解決。

iPhone幾乎沒有任何人會(huì)關(guān)閉電話，按下電源鍵也只是關(guān)閉屏幕而已，重要的短信和推送的消息都會(huì)收到并提醒，人們想用手機(jī)時(shí)按一下鍵，屏幕立刻亮了起來，無需等待。如果誰指望胃口被養(yǎng)叼了的用戶能夠忍受某新手機(jī)，按下電源鍵就完全變木頭，想用的時(shí)候要一秒鐘以后才有反應(yīng)，那一定是瘋了。S3睡眠不能滿足客戶，但僅僅關(guān)閉屏幕，讓CPU進(jìn)入C2或者C3，功耗又比ARM陣營高的多，此路也不通。看過我介紹C State文章的同學(xué)們應(yīng)該知道：

老狼：CPU省電的秘密（二）：CStates
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zhuanlan.zhihu.com
圖標(biāo)
最深的C State只是讓CPU內(nèi)核部分進(jìn)入了功耗幾乎為 0的狀態(tài)，而CPU的uncore/SA/NorthComplex部分則繼續(xù)工作（近期的UFS改善了這點(diǎn)），更糟的是PCH(SouthComplex)和主板上其他的芯片也無怨無悔的全力工作并貢獻(xiàn)自己的功耗。

ARM陣營的大部分手機(jī)待機(jī)功耗只有數(shù)毫瓦，而Wintel新樣機(jī)的待機(jī)功耗高達(dá)到數(shù)百毫瓦。如何填補(bǔ)其中的巨大黑洞，成為了微軟和英特爾工程師必須解決的問題。

解決方案

為了匹敵ARM陣營的特性，Wintel一起提出了Instant On/Off（ConnectedStandby）的技術(shù)。顧名思義，這項(xiàng)技術(shù)要求按下電源鍵立刻屏幕點(diǎn)亮、系統(tǒng)可用，同時(shí)要求系統(tǒng)在待機(jī)狀態(tài)（Standby）模式下，網(wǎng)絡(luò)通信等必要設(shè)備必須能夠喚醒設(shè)備，以保持通信通知等暢通。系統(tǒng)0秒啟動(dòng)和保持可用，要求必須是S0的開機(jī)狀態(tài)，同時(shí)又要求待機(jī)功耗在數(shù)毫瓦，大致是S3的功耗，這種奇怪的組合就是所謂S0ix（最深的是S0i3）的由來了。

為了達(dá)成這個(gè)目標(biāo)，從硬件到軟件做了極大的改動(dòng)，付出了非常多的努力。我們都知道，只是把Clock Gating住，可以降低功耗，但要達(dá)成0功耗，必須關(guān)閉電力輸入，就是要Power Gating。而關(guān)閉電力，就意味著芯片里面的狀態(tài)機(jī)全部復(fù)位了，粗淺的理解就是寄存器等全部清0了，要恢復(fù)可用，必須重新初始化寄存器，這就是S3回來的時(shí)候，BIOS在那個(gè)1秒鐘主要干的事情。而現(xiàn)在又要求不能有這個(gè)1秒鐘，所以寄存器內(nèi)容或者說狀態(tài)機(jī)狀態(tài)就不能丟失，怎么做到呢？

只有靠芯片自己記住自己的狀態(tài)了。芯片內(nèi)部電源管理模塊會(huì)按照步驟，一步步關(guān)閉芯片內(nèi)部區(qū)域（S0->S0i1->S0i2->S0i3）,并把寄存器/狀態(tài)保存在內(nèi)部的nvram中，并切斷這些區(qū)域的供電，讓其功耗接近0；在恢復(fù)的時(shí)候，則反著來，一步步恢復(fù)寄存器。相當(dāng)于做了個(gè)快照，一會(huì)再恢復(fù)回來。由于這個(gè)過程是硬件完成的，速度很快。

對(duì)芯片外部的設(shè)備來說，不需要通知的設(shè)備要進(jìn)入D3cold狀態(tài)，功耗為0。這一般由BIOS報(bào)告ACPI，操作GPIO來關(guān)閉設(shè)備的Power rail。對(duì)于需要喚醒的設(shè)備，必須支持一種叫做Runtime D3（RTD3）的狀態(tài)，把信息offload到該設(shè)備處理，并在必須時(shí)才喚醒CPU和其他處于低功耗的設(shè)備。

對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說，是從外到內(nèi)部一步步進(jìn)入S0i3的狀態(tài)中去的：


先是CPU/SOC外部設(shè)備進(jìn)入D3cold，接下來通訊設(shè)備進(jìn)入RTD3，下來是芯片組和uncore，然后是Core和GPU，最后是掃尾的電路。一步一步，中間如果誰拒絕進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)鏈路就會(huì)中斷，回到普通的運(yùn)行模式。

軟件也需要調(diào)優(yōu)，不能有任何軟件拒絕系統(tǒng)進(jìn)入deepest idle runtime platform state (DRIPS)。Window會(huì)通過一系列步驟才能達(dá)到最后的低功耗狀態(tài)，詳見參考資料1[1]

別看這么多步驟，效果還是非常讓人滿意的，最終達(dá)成了和手機(jī)相同的用戶體驗(yàn)。細(xì)心的同學(xué)可能看出來了，如果要讓這個(gè)過程順利完成，僅僅因?yàn)閃indows和Intel CPU支持是不夠的，必須主板，外圍器件和BIOS都支持并很好的調(diào)優(yōu)過，才能順利達(dá)成，是個(gè)系統(tǒng)工程。

尾聲

我們都知道Windows Phone并沒有一統(tǒng)江湖，反而寂寂無聲了。但Connected Standby這種好技術(shù)和它帶來的用戶體驗(yàn)卻不能放棄。Windows 10把它拔高成Modern Standby，并支持兩種mode：


Connected Standby是待機(jī)后Wifi、network等還有效，Disconnected Standby是這些也進(jìn)入D3cold了。它們和老式的S3的區(qū)別是都支持Instant On，也就是即開即用。

怎么看自己的電腦是不是支持Modern Standby呢？打開Command窗口或者PowerShell：


紅框就是所謂的現(xiàn)代待機(jī)。顯然我的機(jī)器并不支持它。

最后是一些其他的信息：

1.雖然現(xiàn)在只有部分筆記本支持Connected Standby，但未來臺(tái)式機(jī)也會(huì)支持它。并且過一段時(shí)間S3甚至都會(huì)被淘汰。

2. S3和Connected Standby是互斥的。