Surface Pro系列的用户很早就发现一个很有趣也非常实用的功能，合盖后还可以接收各种通知和邮件。这种可以媲美手机的高级特性叫做“现代待机”（Modern Standby），它实际上有了十年左右的历史，一路走来，十分艰难。伴随着它坎坷命运的是它的名字，在最初，它叫做Instant-on，Windows 8上市的时候叫做Connected Standby，后改名叫做InstantGo，在Windows 10为了包容性，改名Modern Standby（现代待机），包含Connected Standby和Disconnected Standby两种模式。对于CPU和BIOS固件工程师来说，它的名字叫做S0ix，而对于设备厂商和固件来讲，它又和RTD3（Runtime D3）紧密相关。这么多年下来，Modern Standby的普及率还很低，这和它的复杂性紧密相关。所幸随着新一代的CPU们逐渐占领市场，老旧的S3睡眠模式重要要慢慢地被扫入历史的垃圾堆中，而更多的人可以慢慢享受到Modern Standby带来的便捷与舒适中去了。所谓由俭入奢易，由奢入俭难，一旦大家尝到个中滋味，那就回不去了，这也是技术发展的魅力所在。

那么这个现代待机为什么会被发明出来？中间经历了哪些坎坷？怎么看自己的机器支持不支持它？这些问题我们今天就一起来探究一下。当然作为一个技术专栏，也会介绍一下其中的技术难点，这对理解这项技术为什么迟迟不能推广紧密相关。

缘起

PC机在出现的前十几年，关注的主要是提高性能，而不是节省电力。在笔记本这种便携式设备出现后，才开始考虑如何省电，以延长电池的供电时间，这样各种省电状态被发明了出来，ACPI标准囊获了这些发明，其中包括系统级的S1、S3、S4；CPU级的C0/C1/C2/C3;设备级别的D0/D1/D3等等。


一切工作的很好：笔记本暂时不用，合上盖子，进入S3状态；想要用的时候，打开盖子，在一秒钟以后，进入操作系统。动作如行云流水，比关机重开机体验好太多。这下各方都满意了，也变成了约定俗成的标准操作方法，没有任何人有疑问，直到智能手机出现在地平线上。

苹果的iPhone教育了市场，让大家看到，手机还可以这么用，这么好用！记得那时我拜访Apple总部，相熟的工程师从兜里拿出一个手机向我炫耀，说公司每个发了一个。我微微一笑，没说什么。心里想：“苹果刚做手机，能做好吗？有黑莓好吗？我口袋里的摩托罗拉表示不服！”朋友看我不以为然，立刻表演了起来，左划划，右划划。我表示这些是奇技淫巧，好麻烦！谁知道没过几年，大家都开始用起来智能手机，高通和MTK等等芯片厂商大赚特赚，这里按下不表。

另一头，Wintel两兄弟坐不住了，也要向智能手机进发。Windows CE + Intel CPU是否可以扫平他们呢？现在我们当然知道结果，可当时的人们并非没有信心，当时人们认为有一个明显的优势：可以把Wintel巨量的用户无缝导入Windows Phone市场。CPU的性能当然没有问题，但一个摆在眼前的难题是功耗。为此阉割了指令集和流水线，定制出Atom系列CPU，但问题并没有完全解决。

iPhone几乎没有任何人会关闭电话，按下电源键也只是关闭屏幕而已，重要的短信和推送的消息都会收到并提醒，人们想用手机时按一下键，屏幕立刻亮了起来，无需等待。如果谁指望胃口被养叼了的用户能够忍受某新手机，按下电源键就完全变木头，想用的时候要一秒钟以后才有反应，那一定是疯了。S3睡眠不能满足客户，但仅仅关闭屏幕，让CPU进入C2或者C3，功耗又比ARM阵营高的多，此路也不通。看过我介绍C State文章的同学们应该知道：

老狼：CPU省电的秘密（二）：CStates
​
zhuanlan.zhihu.com
图标
最深的C State只是让CPU内核部分进入了功耗几乎为 0的状态，而CPU的uncore/SA/NorthComplex部分则继续工作（近期的UFS改善了这点），更糟的是PCH(SouthComplex)和主板上其他的芯片也无怨无悔的全力工作并贡献自己的功耗。

ARM阵营的大部分手机待机功耗只有数毫瓦，而Wintel新样机的待机功耗高达到数百毫瓦。如何填补其中的巨大黑洞，成为了微软和英特尔工程师必须解决的问题。

解决方案

为了匹敌ARM阵营的特性，Wintel一起提出了Instant On/Off（ConnectedStandby）的技术。顾名思义，这项技术要求按下电源键立刻屏幕点亮、系统可用，同时要求系统在待机状态（Standby）模式下，网络通信等必要设备必须能够唤醒设备，以保持通信通知等畅通。系统0秒启动和保持可用，要求必须是S0的开机状态，同时又要求待机功耗在数毫瓦，大致是S3的功耗，这种奇怪的组合就是所谓S0ix（最深的是S0i3）的由来了。

为了达成这个目标，从硬件到软件做了极大的改动，付出了非常多的努力。我们都知道，只是把Clock Gating住，可以降低功耗，但要达成0功耗，必须关闭电力输入，就是要Power Gating。而关闭电力，就意味着芯片里面的状态机全部复位了，粗浅的理解就是寄存器等全部清0了，要恢复可用，必须重新初始化寄存器，这就是S3回来的时候，BIOS在那个1秒钟主要干的事情。而现在又要求不能有这个1秒钟，所以寄存器内容或者说状态机状态就不能丢失，怎么做到呢？

只有靠芯片自己记住自己的状态了。芯片内部电源管理模块会按照步骤，一步步关闭芯片内部区域（S0->S0i1->S0i2->S0i3）,并把寄存器/状态保存在内部的nvram中，并切断这些区域的供电，让其功耗接近0；在恢复的时候，则反着来，一步步恢复寄存器。相当于做了个快照，一会再恢复回来。由于这个过程是硬件完成的，速度很快。

对芯片外部的设备来说，不需要通知的设备要进入D3cold状态，功耗为0。这一般由BIOS报告ACPI，操作GPIO来关闭设备的Power rail。对于需要唤醒的设备，必须支持一种叫做Runtime D3（RTD3）的状态，把信息offload到该设备处理，并在必须时才唤醒CPU和其他处于低功耗的设备。

对整个系统来说，是从外到内部一步步进入S0i3的状态中去的：


先是CPU/SOC外部设备进入D3cold，接下来通讯设备进入RTD3，下来是芯片组和uncore，然后是Core和GPU，最后是扫尾的电路。一步一步，中间如果谁拒绝进入低功耗状态，整个链路就会中断，回到普通的运行模式。

软件也需要调优，不能有任何软件拒绝系统进入deepest idle runtime platform state (DRIPS)。Window会通过一系列步骤才能达到最后的低功耗状态，详见参考资料1[1]

别看这么多步骤，效果还是非常让人满意的，最终达成了和手机相同的用户体验。细心的同学可能看出来了，如果要让这个过程顺利完成，仅仅因为Windows和Intel CPU支持是不够的，必须主板，外围器件和BIOS都支持并很好的调优过，才能顺利达成，是个系统工程。

尾声

我们都知道Windows Phone并没有一统江湖，反而寂寂无声了。但Connected Standby这种好技术和它带来的用户体验却不能放弃。Windows 10把它拔高成Modern Standby，并支持两种mode：


Connected Standby是待机后Wifi、network等还有效，Disconnected Standby是这些也进入D3cold了。它们和老式的S3的区别是都支持Instant On，也就是即开即用。

怎么看自己的电脑是不是支持Modern Standby呢？打开Command窗口或者PowerShell：


红框就是所谓的现代待机。显然我的机器并不支持它。

最后是一些其他的信息：

1.虽然现在只有部分笔记本支持Connected Standby，但未来台式机也会支持它。并且过一段时间S3甚至都会被淘汰。

2. S3和Connected Standby是互斥的。