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很多手機廠商在對外宣傳時總是喜歡拿處理器的表面參數說事，什么采用了多少核心，主頻達到了多少，性能比其它手機提升了幾倍等等。然而，實際上并非如此，手機處理器的性能不光決定于主頻的高低，其采用的架構、緩存、帶寬、GPU以及系統優化等都對處理器的性能產生重要的影響。所以，如果其它因素配置不夠，也很有可能出現“高頻低能”的現象。今天筆者就為大家介紹一下影響處理器性能的相關因素。 架構是關鍵 架構做為處理器的基礎，對于處理器的整體性能起到了決定性的作用，不同架構的處理器同主頻下，性能差距可以達到2-5倍。可見架構的重要性。那么什么是架構呢？ 為了大家更好的理解，我們不妨做個比喻，架構就像是一座建筑的結構設計部分，而處理器就相當于一個完整的建筑，只有有了穩定的結構作為基礎，才能建造出各式各樣的房子。換句話說，架構只相當于一座建筑的框架，至于最后建造出來的房子長什么樣，舒適度如何，就是由處理器廠商自己決定了。不過有一點需要說明，假如結構的設計值是十層，容納人數的上限是100人，那么最后建好的房子也不能超過這個上限。這也就是說，采用相同架構的處理器，性能基本上已經鎖定在一定的范圍之內，不會有本質的區別。所以，看處理器的性能要先看架構。 
ARM架構芯片 目前，手機處理器的架構主要有ARM和Intel X86，眾所周知Intel X86架構在PC中占據著無法撼動的霸主地位，包括Intel主要的競爭對手AMD在內，都是使用的X86架構，然而在手機處理器領域，X86只能算是初出茅廬的菜鳥，雖然潛力無限，但目前采用X86架構的手機還非常少見。今天主要講的是ARM架構。 ARM架構在手機處理器領域占有90%的市場份額，處于絕對的壟斷地位。目前主流的處理器芯片廠商幾乎都是采用了ARM架構，比如，高通、德州儀器、英偉達、三星及蘋果等。
ARM的應用范圍 目前千元級的低端的智能手機或者很多低價的國產手機處理器一般還在采用比較陳舊的ARM11架構，比如德州儀器OMAP2420/2420（主頻為 330MHz）以及高通MSM7225/7227（主頻為528MHz—800MHz）和MTK的一些處理器，而高通MSM7227A采用的 Cortex-A5架構實際上也是屬于這一級別，代表機型為最近新上市的HTC T328w。 現在主流的中高端手機處理器基本上都采用了ARM Cortex-A8架構，速率可以在600MHz到超過1GHz的范圍內調節，同頻下，比ARM11性能提升3倍以上，而功耗卻大大降低。比如德州儀器的 OMAP34x0和OMAP36x0系列處理器。而高通驍龍S2/S3的Scorpion架構。三星蜂鳥和蘋果A4處理器，均是在A8的基礎上優化而來。代表機型摩托羅拉DEFY、三星I9000、蘋果iPhone 4以及小米手機等。 現在最先進的處理器架構是ARM Cortex-A9，相對于ARM Cortex-A8，最大的區別在于支持多核心和亂序執行，并且性能繼續得到了很大的提升。目前的大部分雙核處理器都采用了ARM Cortex-A9架構，比如Tegra 2、德州儀器OMAP44x0系列、三星獵戶座E4210和蘋果A5等，包括最近推出的首款四核處理器Tegra 3。高通MSM8x60則依然采用的是Scorpion架構，但是增加了部分亂序執行，從而實現異步多核心功能。代表機型為：摩托羅拉ME860、摩托羅拉Droid Razr、三星I9100、iPhone 4S和HTC One X等。 而更為先進的ARM Cortex-A15架構將是下一代ARM發展的趨勢。另外，高通的下一代Krait（環蛇）架構，據稱也有相當于Cortex-A15的性能。 工藝制程 制程工藝的納米是指IC內電路與電路之間的距離。更小的制程也就意味著更低的功耗和散熱，同時在同樣面積的芯片上更小的制程也就能集成更多的晶體，而晶圓的數量又是決定處理器性能的關鍵因素，所以，工藝制程越先進，處理器性能越強。手機處理器從較早的90納米，到后來的65納米、45納米、32納米一直發展到目前最新的28納米，而16納米制程工藝將是下一代CPU的發展目標。 芯片的工藝制程和架構是同時發展的，一般采用更新架構的處理器也會應用更先進的工藝制程。目前低端手機市場一般還在使用比較落后的90納米制程工藝。比如德州儀器OMAP1和OMAP2系列處理器和很多低價國產手機采用的MTK（聯發科）處理器等。這些處理器一般性能比較差，功耗也很高，不過因為低端手機對性能的要求也不高，所以也能保證手機運行流暢，但是大型的游戲就別想了，而且優點是售價便宜，降低了智能手機的門檻，使用戶只需花費幾百元就能感受智能手機的樂趣。
德州儀器OMAP1和OMAP2系列都采用了90納米工藝 到了ARM Cortex-A8時代，工藝制程已經提升到了65納米級，比如德州儀器OMAP34x0系列等，甚至有些已經提升到45納米級，比如德州儀器 OMAP36x0系列、高通驍龍S2/S3系列和三星蜂鳥處理器等。這些處理器一般用在中高端單核智能手機和采用高通MSM8x60的雙核智能手機中。代表機型為蘋果iPhone 4、摩托羅拉里程碑、魅族M9、HTC Sensation系列和小米手機等。
TI OMAP 3xxx處理器工藝制程 到了ARM Cortex-A9時代，雙核處理器的工藝制程一般都達到了45納米級，比如德州儀器OMAP44x0系列，三星獵戶座處理器等，而英偉達Tegra 2和Tegra 3的工藝制程達到了更為先進的40納米。這些處理器一般應用在高端的雙核手機當中，比如三星I9100、I9220、摩托羅拉Droid RAZR以及HTC One X等。 而最新的高通驍龍S4系列處理器已經達到了28納米的工藝制程，以MSM8960為代表，目前已經上市的華碩PadFone以及即將上市的HTC One S都采用了這顆雙核處理器。理論上性能比采用A9架構雙核處理器的手機高出60%以上，而且具有更低的功耗以及更小的芯片尺寸。 總線帶寬 智能手機中的處理器（CPU）和我們通常理解的電腦中的處理器是有區別的，智能手機中的處理器更準確的定義應該是“SoC（片上系統）”，它是將系統中眾多關鍵部件集成到一塊芯片上，SoC上包含了CPU、GPU、內存控制器、視頻解碼核心、電源管理芯片等等。
通訊總線（AXI）結構圖 如果說CPU是大腦，那么SoC就是包括大腦、心臟、消化系統和呼吸系統在內的一個系統集合。而總線就相當于連接各器官之間的動脈血管。血液在血管中的流通的暢通程度就是帶寬。即使人體的各個器官都非常健康，但是血液流通不暢，那么整個人也不會健康。這也說明了總線帶寬在整個SoC中的重要作用。
總線帶寬 總線帶寬是指在固定的的時間可傳輸的數據數量，帶寬越大，則代表傳輸能力也越強。一般Cortex-A8架構的單核處理器的總線寬度為64bit、 200MHz，總帶寬1.6GB/S，就已經夠用了。而A9架構的雙核處理器則能夠達到128bit，200MHz，總帶寬為3.2GB/S。比如德州儀器OMAP4430。甚至個別處理器能夠達到256bit，200MHz，總帶寬可達6.4GB/S。比如三星Exynos 4210處理器。 不過也有一些處理器并沒有達到一般的水平，比如Tegra 2處理器，總線寬度僅為32bit。僅為德州儀器OMAP4430的四分之一。還有高通MSM8x60，由于采用了和單核時代同樣的Scropion架構，所以，總線帶寬也僅為單核時代的水平，即64bit。（數據來自網絡，不一定完全準確）這也很好的解釋了有些SoC雖然中央處理器等單獨芯片都比較強大，但是總體性能比較差的原因。 圖形處理器GPU 自從蘋果iPhone出現以后，再加上Android的崛起，移動多媒體得到了長足的發展，以前在PC的配置中經常看到的GPU如今也成為了智能手機處理器必不可少的硬件配置。GPU甚至在運行大型3D游戲中，起到了決定性作用。
GeForce ULP GPU 與CPU不同，當今市面上，幾乎90%的手機CPU都是采用同樣的ARM架構，而個處理器品牌所采用的GPU卻各不相同。 蘋果、德州儀器以及三星蜂鳥處理器都采用的是Imagination公司研發的PowerVR GPU，由于蘋果iOS系統下擁有大量大高品質游戲及應用，而Android系統中很多游戲也都是從iOS系統中移植過來。所以，采用PowerVR GPU的處理器在游戲兼容性方面還是比較好的。從iPhone系列手機的性能來看，PowerVR GPU在性能上也是相當強勁的。 提到GeForce顯示卡，相信大家并不陌生，很多人的電腦中都采用了這個系列的顯卡。而英偉達的Tegra處理器正是采用了自家的GeForce ULP GPU，憑借著英偉達在顯卡方面的優勢，這顆GPU性能自然不容小覷。而且這顆GPU的一大特點是擁有很多大型的專屬游戲，這些游戲在其他的平臺上是很難體驗到的，雖然也有部分游戲進行了移植，但是無論從畫面還是特效方面，都無法和原版的比擬。
Adreno GPU性能提升 接下來為大家介紹的是Adreno系列GPU，這是高通公司從前ATi公司收購而來并自行發展的圖形架構，當然，這也是高通處理器的標準配置。這款 GPU在性能方面和其他GPU相比沒有太大的優勢，不過由于應用最為廣泛，所以，兼容性方面還是相當不錯的。另外，相對來說，功耗也比較小。 最后為大家介紹的是ARM自行設計的Mali400 GPU，這款GPU可以根據處理器廠商的要求進行定制，像素處理器則可以在一組到四組之間自由搭配，當然，成本不同，性能也有不小的差異。目前三星獵戶座處理器和意法愛立信U8500都是采用的這款GPU。早期由于Mali400應用比較少，所以兼容性比較差，比如早期的I9100，但是由于I9100的熱賣以及Mali400的應用范圍越來廣泛。兼容性的問題將會得到很好的解決。 處理器主頻 作為消費者最為熟知的主頻，其自然也代表著一部手機的性能。雖然不同架構的同主頻處理器會有所差異。但如果在相同的條件下，高主頻顯然意味著更強的性能。 CPU的主頻，即CPU內核工作的時鐘頻率（CPU Clock Speed）。通常所說的某某CPU是多少兆赫的，而這個多少兆赫就是“CPU的主頻”。很多人認為CPU的主頻就是其運行速度，其實不然。CPU的主頻表示在CPU內數字脈沖信號震蕩的速度，與CPU實際的運算能力并沒有直接關系。主頻和實際的運算速度存在一定的關系，但目前還沒有一個確定的公式能夠定量兩者的數值關系，因為CPU的運算速度還要看CPU的流水線的各方面的性能指標（緩存、指令集，CPU的位數等等）。由于主頻并不直接代表運算速度，所以在一定情況下，很可能會出現主頻較高的CPU實際運算速度較低的現象。比如Tegra 2，雖然性能很強，但是由于帶寬太小，所以性能發揮不出來。另外，經常被一些玩家詬病“高頻低能”的高通處理器，由于采用了異步雙核的方式，主頻雖然能達到1.5GHz，但是性能較相同主頻Cortex-A9同步雙核的產品要弱（當然這也帶來了省電的優勢）。因此主頻僅是CPU性能表現的一個方面，而不代表CPU的整體性能。
主頻最快不等于速度最快 CPU的主頻不代表CPU的速度，但提高主頻對于提高CPU運算速度卻是至關重要的。舉個例子來說，假設某個CPU在一個時鐘周期內執行一條運算指令，那么當CPU運行在100MHz主頻時，將比它運行在50MHz主頻時速度快一倍。因為100MHz的時鐘周期比50MHz的時鐘周期占用時間減少了一半，也就是工作在100MHz主頻的CPU執行一條運算指令所需時間僅為10ns比工作在50MHz主頻時的20ns縮短了一半，自然運算速度也就快了一倍。只不過電腦的整體運行速度不僅取決于CPU運算速度，還與其它各分系統的運行情況有關，只有在提高主頻的同時，各分系統運行速度和各分系統之間的數據傳輸速度都能得到提高后，電腦整體的運行速度才能真正得到提高。 提高CPU工作主頻主要受到生產工藝的限制。由于CPU是在半導體硅片上制造的，在硅片上的元件之間需要導線進行聯接，由于在高頻狀態下要求導線越細越短越好，這樣才能減小導線分布電容等雜散干擾以保證CPU運算正確。因此制造工藝的限制，是CPU主頻發展的最大障礙之一。 運行內存RAM 提到RAM，我們很容易會聯想到ROM，實際上，ROM是只讀存儲器，功能相當于存儲卡，和處理器的性能關系不大，而影響處理器性能的關鍵因素是RAM。 RAM（random access memory）隨機存儲器。存儲單元的內容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲單元的位置無關的存儲器。這種存儲器在斷電時將丟失其存儲內容，故主要用于存儲短時間使用的程序。
動態隨機存取存儲器 RAM越大，運行大型游戲以及多線程程序時速度就越快。比如同樣為1.5GHz主頻的兩顆處理器，同等條件下，采用512MB RAM的處理器就比采用256MB RAM的處理器快。所以，手機的RAM越大越好。目前比較高端的手機基本上都采用了最大的1GB內存。
快速周期隨機存取存儲器 雙通道，就是在北橋芯片級里設計兩個內存控制器，這兩個內存控制器可相互獨立工作，每個控制器控制一個內存通道。 雙通道體系包含了兩個獨立、具備互補性的智能內存控制器，兩個內存控制器都能夠并行運作。例如，當控制器B準備進行下一次存取內存的時候，控制器A 就讀/寫主內存，反之亦然。兩個內存控制器的這種互補的“天性”可以讓有效等待時間縮減50%，因此雙通道技術使內存的帶寬翻了一翻。 系統優化 雖然手機的性能，其采用的處理器起到了至關重要的作用，但是整機是否能夠流暢運行，系統優化也起到了很大的作用。大家經常會看到，采用同樣硬件配置的兩款手機，性能差距卻很大，這很大一部分原因就是系統優化方面的不同造成的。
iOS系統 大家都知道，蘋果手機的處理器配置從來都不是最高的，但是它卻是運行最流暢的。這是因為，蘋果手機采用的iOS系統是以用戶體驗和應用為主導的，其硬件配置的選擇完全是根據系統和軟件的需求，也就是說軟件的發展帶動了硬件的提升，使得軟件和硬件達到完美的協調和統一，將硬件的性能發揮到極致。而不是盲目的提升硬件。
Android系統 作為iOS的主要競爭對手，Android則不同，由于Android系統的開放性，Android手機市場相對混亂，很難進行統一的管理。 Android手機是硬件帶動軟件的發展。大家可以看到，近兩年，Android手機的硬件發展極為迅速，但是每一次硬件配置的飛躍，卻沒能及時帶來性能的大幅提升。一般都會需要半年到一年的時間，系統和軟件針對新的硬件進行優化之后，才能夠體現出新的硬件的性能。 關于Android系統，大家的第一印象就是“卡”，但是現在隨著Android系統優化的不斷深入以及硬件的大幅提升，“卡”的問題已經得到了很好的改善，但是由于手機廠商在系統穩定性方面過于保守，所以，Android系統在流暢度方面，還是有著很大的開發空間。這也就是為什么Android用戶為什么那么熱愛刷機的原因。 結束語： 前幾日，筆者曾經寫過了一篇關于處理器性能相關因素的文章，不過由于時間原因只寫了一部分內容，今天筆者結合上次所寫的內容，對這篇文章進行了完善。相信大家在看過之后，會對手機處理器有一個更為深入的了解。在購買手機時也可以更有針對性的選擇。值得注意的是，由于缺乏官方數據的支持，文中的部分數據來源于網絡，不保證100%的準確性。 文/手機中國 |
