Surface Pro系列的用戶很早就發現一個很有趣也非常實用的功能，合蓋后還可以接收各種通知和郵件。這種可以媲美手機的高級特性叫做“現代待機”（Modern Standby），它實際上有了十年左右的歷史，一路走來，十分艱難。伴隨著它坎坷命運的是它的名字，在最初，它叫做Instant-on，Windows 8上市的時候叫做Connected Standby，后改名叫做InstantGo，在Windows 10為了包容性，改名Modern Standby（現代待機），包含Connected Standby和Disconnected Standby兩種模式。對于CPU和BIOS固件工程師來說，它的名字叫做S0ix，而對于設備廠商和固件來講，它又和RTD3（Runtime D3）緊密相關。這么多年下來，Modern Standby的普及率還很低，這和它的復雜性緊密相關。所幸隨著新一代的CPU們逐漸占領市場，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，一旦大家嘗到個中滋味，那就回不去了，這也是技術發展的魅力所在。

那么這個現代待機為什么會被發明出來？中間經歷了哪些坎坷？怎么看自己的機器支持不支持它？這些問題我們今天就一起來探究一下。當然作為一個技術專欄，也會介紹一下其中的技術難點，這對理解這項技術為什么遲遲不能推廣緊密相關。

緣起

PC機在出現的前十幾年，關注的主要是提高性能，而不是節省電力。在筆記本這種便攜式設備出現后，才開始考慮如何省電，以延長電池的供電時間，這樣各種省電狀態被發明了出來，ACPI標準囊獲了這些發明，其中包括系統級的S1、S3、S4；CPU級的C0/C1/C2/C3;設備級別的D0/D1/D3等等。


一切工作的很好：筆記本暫時不用，合上蓋子，進入S3狀態；想要用的時候，打開蓋子，在一秒鐘以后，進入操作系統。動作如行云流水，比關機重開機體驗好太多。這下各方都滿意了，也變成了約定俗成的標準操作方法，沒有任何人有疑問，直到智能手機出現在地平線上。

蘋果的iPhone教育了市場，讓大家看到，手機還可以這么用，這么好用！記得那時我拜訪Apple總部，相熟的工程師從兜里拿出一個手機向我炫耀，說公司每個發了一個。我微微一笑，沒說什么。心里想：“蘋果剛做手機，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，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，也要向智能手機進發。Windows CE + Intel CPU是否可以掃平他們呢？現在我們當然知道結果，可當時的人們并非沒有信心，當時人們認為有一個明顯的優勢：可以把Wintel巨量的用戶無縫導入Windows Phone市場。CPU的性能當然沒有問題，但一個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幾乎沒有任何人會關閉電話，按下電源鍵也只是關閉屏幕而已，重要的短信和推送的消息都會收到并提醒，人們想用手機時按一下鍵，屏幕立刻亮了起來，無需等待。如果誰指望胃口被養叼了的用戶能夠忍受某新手機，按下電源鍵就完全變木頭，想用的時候要一秒鐘以后才有反應，那一定是瘋了。S3睡眠不能滿足客戶，但僅僅關閉屏幕，讓CPU進入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文章的同學們應該知道：

老狼：CPU省電的秘密（二）：CStates
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zhuanlan.zhihu.com
圖標
最深的C State只是讓CPU內核部分進入了功耗幾乎為 0的狀態，而CPU的uncore/SA/NorthComplex部分則繼續工作（近期的UFS改善了這點），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自己的功耗。

ARM陣營的大部分手機待機功耗只有數毫瓦，而Wintel新樣機的待機功耗高達到數百毫瓦。如何填補其中的巨大黑洞，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。顧名思義，這項技術要求按下電源鍵立刻屏幕點亮、系統可用，同時要求系統在待機狀態（Standby）模式下，網絡通信等必要設備必須能夠喚醒設備，以保持通信通知等暢通。系統0秒啟動和保持可用，要求必須是S0的開機狀態，同時又要求待機功耗在數毫瓦，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。

為了達成這個目標，從硬件到軟件做了極大的改動，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，但要達成0功耗，必須關閉電力輸入，就是要Power Gating。而關閉電力，就意味著芯片里面的狀態機全部復位了，粗淺的理解就是寄存器等全部清0了，要恢復可用，必須重新初始化寄存器，這就是S3回來的時候，BIOS在那個1秒鐘主要干的事情。而現在又要求不能有這個1秒鐘，所以寄存器內容或者說狀態機狀態就不能丟失，怎么做到呢？

只有靠芯片自己記住自己的狀態了。芯片內部電源管理模塊會按照步驟，一步步關閉芯片內部區域（S0->S0i1->S0i2->S0i3）,并把寄存器/狀態保存在內部的nvram中，并切斷這些區域的供電，讓其功耗接近0；在恢復的時候，則反著來，一步步恢復寄存器。相當于做了個快照，一會再恢復回來。由于這個過程是硬件完成的，速度很快。

對芯片外部的設備來說，不需要通知的設備要進入D3cold狀態，功耗為0。這一般由BIOS報告ACPI，操作GPIO來關閉設備的Power rail。對于需要喚醒的設備，必須支持一種叫做Runtime D3（RTD3）的狀態，把信息offload到該設備處理，并在必須時才喚醒CPU和其他處于低功耗的設備。

對整個系統來說，是從外到內部一步步進入S0i3的狀態中去的：


先是CPU/SOC外部設備進入D3cold，接下來通訊設備進入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，中間如果誰拒絕進入低功耗狀態，整個鏈路就會中斷，回到普通的運行模式。

軟件也需要調優，不能有任何軟件拒絕系統進入deepest idle runtime platform state (DRIPS)。Window會通過一系列步驟才能達到最后的低功耗狀態，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，最終達成了和手機相同的用戶體驗。細心的同學可能看出來了，如果要讓這個過程順利完成，僅僅因為Windows和Intel CPU支持是不夠的，必須主板，外圍器件和BIOS都支持并很好的調優過，才能順利達成，是個系統工程。

尾聲

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


Connected Standby是待機后Wifi、network等還有效，Disconnected Standby是這些也進入D3cold了。它們和老式的S3的區別是都支持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：


紅框就是所謂的現代待機。顯然我的機器并不支持它。

最后是一些其他的信息：

1.雖然現在只有部分筆記本支持Connected Standby，但未來臺式機也會支持它。并且過一段時間S3甚至都會被淘汰。

2. S3和Connected Standby是互斥的。