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你不知道的手機(jī)芯事:神U不應(yīng)該只看核心數(shù)

發(fā)布時(shí)間:2016-2-2 16:04    發(fā)布者:designapp
關(guān)鍵詞: 驍龍820
  上一期的“手機(jī)芯事”給大家解讀了去年手機(jī)芯片的基本格局變化,其中,在闡述高通和聯(lián)發(fā)科時(shí),我們簡單談到為什么減少了核心的驍龍820更務(wù)實(shí),而看似更多核的聯(lián)發(fā)科X10算不上高端。今天我們將進(jìn)一步闡釋,一顆好的手機(jī)芯片到底該是什么樣的。我們在面對各種核心數(shù)的營銷轟炸時(shí),如何理性的選擇最合適自己的產(chǎn)品是一個(gè)重要的課題。
  CPU重要但不是全部
  CPU(中央處理器)是大家最耳熟能詳?shù)膮?shù),從名字中就能看出它對芯片的重要性,甚至于不少人直接把它等同于整顆芯片。實(shí)際上,手機(jī)芯片更確切的叫法是片上系統(tǒng)(SoC),CPU只是其中的一部分,負(fù)責(zé)控制運(yùn)算,直接決定著手機(jī)的運(yùn)行流暢與否。
  判斷一顆CPU性能如何,普通消費(fèi)者大多被各種無節(jié)操的營銷和線下一知半解的銷售員帶偏了,只關(guān)心有多少顆核和多高的主頻,然而這些只是構(gòu)成最終性能表現(xiàn)的一部分,最核心的決定性因素是架構(gòu)!
  目前主流SoC無論出自何手,采用的幾乎全是ARM公司的精簡指令集架構(gòu),區(qū)別在于有實(shí)力的廠商只采用該公司的ARMv7/v8指令集,自己會(huì)再進(jìn)行架構(gòu)上的設(shè)計(jì),比如蘋果和高通就是典型代表。自從A6開始,蘋果就開始自行設(shè)計(jì)CPU架構(gòu),一年后的A7更是憑借Cyclone架構(gòu)成為首款64位的移動(dòng)處理器,領(lǐng)先業(yè)界一年;而高通在32位時(shí)代則靠基于ARMv7指令集打造的Krait架構(gòu)樹立了自己江湖一哥的地位,最新的驍龍820則基于ARMv8打造了新架構(gòu)Kryo。
  


  另一種方案就是直接購買使用ARM設(shè)計(jì)好的公版架構(gòu),我們常見的Cortex-A7/A8/A9/A53/A57/A72就是ARM設(shè)計(jì)好的架構(gòu)名稱。其中字母A后是一位數(shù)的為32位的ARMv7指令集,兩位數(shù)的就是64位的ARMv8指令集,聯(lián)發(fā)科、海思就是采用公版方案。
  舉個(gè)形象的列子,第一種方案就好比ARM打好了地基,廠商可自由選擇怎么建房子,好處是靈活性強(qiáng),性能、功耗往往控制得比公版架構(gòu)好,但對金錢、時(shí)間、技術(shù)都有較高要求。第二種方案相當(dāng)于ARM不光打好了地基,還把圖紙也畫好了,廠商買了之后只需要按照圖紙施工就可以,能大大降低整顆SoC芯片開發(fā)的時(shí)間和成本。
  


  不同的架構(gòu)直接決定了性能的基礎(chǔ),比如市面上千元機(jī)里常見的處理器雖然有八個(gè)核心、主頻超過2GHz,但由于多采用A53低功耗架構(gòu),性能方面還不如雙核的高性能架構(gòu)A72,特別在單線程運(yùn)算能力上更是相形見絀。這也就是為什么,蘋果至今堅(jiān)持雙核選擇,但性能卻一直遙遙領(lǐng)先的根本原因。
  其實(shí),這和電腦處理器是一樣的,英特爾著名的Tick-Tock戰(zhàn)略就是不同年份專注于架構(gòu)和制程工藝兩方面交替提升,最終實(shí)現(xiàn)性能的逐年上漲。所以除了架構(gòu)外,再重要的就是制程工藝了。
  


  制程工藝是指芯片內(nèi)電路與電路之間的距離,目前主流的工藝是28nm和20nm,最先進(jìn)的是16/14nm,先進(jìn)的工藝能減低處理器的耗能和熱量,縮小芯片面積,提升性能。理解了這一點(diǎn),就知道為什么同樣是4顆A57+4顆A53的big.LITTLE大小核架構(gòu),20nm工藝的驍龍810發(fā)熱、功耗備受詬病,而14nm的三星Exynos 7420卻表現(xiàn)優(yōu)異的原因。
  


  如果再講細(xì)一點(diǎn),半導(dǎo)體的制程工藝還可分2D結(jié)構(gòu)的MOSFET(金氧半場效晶體管)和3D結(jié)構(gòu)的FinFET(鰭式場效晶體管),F(xiàn)inFET架構(gòu)主要是改動(dòng)了控制電流的閘門,能大幅改善電路控制并減少漏電流。
  


  即便是同樣的制程工藝,也可能因?yàn)榧夹g(shù)改進(jìn)產(chǎn)生迭代。比如去年蘋果A9的代工門風(fēng)波,理論上更先進(jìn)的14nm表現(xiàn)卻不如臺(tái)積電的16nm,原因在于三星是從28nm直接跳到14nm LPE工藝,而臺(tái)積電則按部就班的從28-20-16nm順序過度,技術(shù)相對成熟,良率與漏電控制更好。但三星顯然已經(jīng)吸取了教訓(xùn),近期推出了第二代14nm LPP工藝,比一代LPE工藝性能提升15%、功耗降低15%,臺(tái)積電今年也推出了改良版的16nm FinFET+,所以看似相同的工藝也回因?yàn)榫唧w版本不同而產(chǎn)生差異。
  


  經(jīng)過上面的敘述,相信大家已經(jīng)大體知道如何去判斷CPU的好壞,總結(jié)起來就是架構(gòu)和工藝比核心和主頻更重要,而高性能架構(gòu)大幅優(yōu)于低功耗架構(gòu),工藝越先進(jìn)處理器越強(qiáng)。
  游戲核心——GPU
  好的CPU只是做好一顆高端芯片的第一步,它雖然讓整機(jī)運(yùn)行流暢穩(wěn)定,但在手機(jī)娛樂屬性越來越強(qiáng)的今天,特別是年輕人喜歡用手機(jī)來代替掌機(jī)玩游戲的當(dāng)下,GPU無疑是更不可忽視的部分。
  GPU中文譯為圖形處理器,關(guān)系到圖形渲染能力的強(qiáng)弱,直接決定了游戲是否能流暢運(yùn)行。目前主流的移動(dòng)GPU廠商有ARM、高通、Imagination Technologies(以下簡稱Imagination)、NVIDIA四家,其中高通的Adreno和NVIDIA的Maxwell GPU只用在自己的驍龍、Tegra芯片上,所以對外出售的只有ARM Mali、Imagination PowerVR兩個(gè)系列。
  


  雖然經(jīng)常有三星、蘋果在自研GPU的傳聞,但至今為止各芯片廠商都只能購買ARM或Imagination提供的方案集成在芯片中,比如華為海思、三星Exynos采用ARM Mali系列,Imagination PowerVR則多用在蘋果A系和聯(lián)發(fā)科芯片中。
  

                               
                                                               
                               
                  由于不同廠商采用的架構(gòu)不同,比如有統(tǒng)一渲染、分離渲染等區(qū)別,所以單憑架構(gòu)或核心并不能判斷移動(dòng)GPU的性能強(qiáng)弱,業(yè)界通常做法是看其三角形輸出率和像素填充率,當(dāng)然自從各類評測軟件誕生后,比較就變得更直觀了。如果大家記不住各種排名也沒關(guān)系,了解清楚各廠商的命名規(guī)則心中就大致有數(shù)了。
  


  通常來說,移動(dòng)GPU的命名都是有字母加數(shù)字構(gòu)成,如Adreno 530、Mali-T880、PowerVR GT7600等,其中第一位數(shù)字一般表示代數(shù),數(shù)字越大代數(shù)越新;第二位數(shù)字代表定位,數(shù)字越大性能越強(qiáng)。以上三款GPU就是已經(jīng)商用的最新最高端型號。不過,ARM的Mali GPU有點(diǎn)特別,除了要看型號外,還得注意核心數(shù)(命名最后的MPx,x是多少就代表多少核心),比如麒麟950和Exynos 8890雖然都用了最新的Mali-T880,但麒麟950只有4個(gè)核心,而Exynos 8890卻有12個(gè)核心,性能自然不可同日而語。
  通信中樞——基帶
  手機(jī)最核心的作用還是通訊,對于這一點(diǎn),CPU和GPU再強(qiáng)也無能為力,最終還得看基帶。
  基帶直接決定了手機(jī)支持什么樣的網(wǎng)絡(luò)制式,我們用手機(jī)打電話、上網(wǎng)、發(fā)短信等等,都是通過上層處理系統(tǒng)下發(fā)指令給基帶部分,并由基帶部分處理執(zhí)行。可以說,基帶是整顆芯片中技術(shù)含量最高的部分,德州儀器、意法愛立信、NVIDIA等廠商多就因?yàn)镾oC中沒有整合基帶或者技術(shù)落后被市場淘汰出局。
  


  判斷基帶的優(yōu)劣最直觀一點(diǎn)就是看它支持的制式和頻段多少,一般號稱全網(wǎng)通的手機(jī)就是采用了高端的基帶,從4G的LTE到3G的WCDMA/CMDA/TD-SCDMA再到2G的GSM/EDGE全部制式支持,用戶只需購買手機(jī)插卡即可使用,不用去費(fèi)心考慮支不支持、換卡怎么辦的問題。
  除了制式支持外,4G時(shí)代基帶的另一個(gè)重要特性是LTE的UE接入能力等級,也就是UE能夠支持的傳輸速率,一般用Cat x表示,x的數(shù)字越大上傳下載的速度就越高。麒麟950遺憾的一點(diǎn)就是用了只支持Cat 6的老基帶Balong 720,沒用采用最新支持Cat 12/13的Balong 750。
  


  說到基帶,這是高通強(qiáng)項(xiàng),高通在多年前的第一代驍龍?zhí)幚砥鱏1中就集成了基帶,簡化了手機(jī)的研發(fā)難度,加快了周期。最新的驍龍820集成的X12 LTE基帶不僅支持全網(wǎng)通,而且LTE接入能力達(dá)到了目前最高的Cat 12/13。
  多媒體性能
  以上三個(gè)大件稍微關(guān)注電子領(lǐng)域的消費(fèi)者多少還是知道一些的,相較之下,SoC中的其他多媒體性能反而不怎么顯眼,這里我們分類給大家介紹一下。
  首先是視頻編碼器,它關(guān)乎著手機(jī)最終支持多少格式的編碼解碼方案,比如ARM的Mali-V550和驍龍820都支持4K分辨率H.265 HEVC格式視頻的編解碼。有的SoC中還會(huì)集成音頻解碼器,比如聯(lián)發(fā)科。
  


  再來的是顯示控制器,它影響著最終手機(jī)能上多高分辨率、多少幀率的屏幕,前兩天ARM才發(fā)布的Mali-DP650就能輕松帶起4K分辨率、60FPS幀率的屏幕,除了用在移動(dòng)設(shè)備上外用在4K電視上也沒有問題。
  


  最后是關(guān)乎拍照錄像的圖像處理器(ISP),它負(fù)責(zé)處理影像傳感器傳回的數(shù)據(jù),影響著白平衡、對焦、曝光、噪點(diǎn)抑制、人臉識別、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)雀鞣N基礎(chǔ)高級的影像功能。該領(lǐng)域最出名的要數(shù)受三星、錘子青睞的富士通Milbeaut方案,但單獨(dú)加入ISP會(huì)加劇功耗、發(fā)熱、設(shè)計(jì)的復(fù)雜情況,所以目前廠商更傾向于在SoC集成ISP,比如高通、海思、蘋果的芯片都是集成的自研技術(shù)。
  


  總結(jié)
  除了CPU、GPU、基帶、多媒體四方面,SoC中還有著非常多的組成部分,比如協(xié)處理器、電源管理、I/O連接等,看似不受重視,卻最終決定了手機(jī)能不能快速充電、支不支持最新的LPDDR4/UFS 2.0運(yùn)存方案、WiFi是否穩(wěn)定等等情況。所以,普通消費(fèi)者在選購手機(jī)時(shí),不能只看CPU有幾個(gè)核,而應(yīng)該綜合考慮,看看圖形、通信、多媒體性能幾何,別被廠商營銷牽著鼻子走。就今年而言,已經(jīng)登場的高端芯片有海思麒麟950,即將登場的是高通驍龍820、三星Exynos 8890和聯(lián)發(fā)科Helio X20,大家在選購產(chǎn)品時(shí)可以特別留意。
                               
                                                               
                               
               
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