蓋棺定論 2013年手機(jī)處理器終極指南
泡泡網(wǎng)CPU頻道8月13日 你一定很厭煩Android平臺(tái)上無窮無盡的硬件大戰(zhàn)，但我們很遺憾的告訴你：在谷歌對(duì)Android發(fā)展方向做出戰(zhàn)略性調(diào)整之前，硬件規(guī)格是評(píng)價(jià)Android設(shè)備好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于部分用戶而言甚至是唯一標(biāo)準(zhǔn)。歷代熱銷的Android手機(jī)型號(hào)，無一不具備同時(shí)代手機(jī)中領(lǐng)先的硬件規(guī)格；即便是iPhone和iPad，為了實(shí)現(xiàn)一流的體驗(yàn)，也配備了地球上最龐大的嵌入式GPU。可以這么說：一臺(tái)硬件規(guī)格強(qiáng)悍的手機(jī)不一定是好的Android手機(jī)，但一臺(tái)好的Android手機(jī)，必然是一臺(tái)硬件規(guī)格強(qiáng)悍的手機(jī)。
科技的發(fā)展總是日新月異的，只不過短短一年半，手機(jī)就已經(jīng)到了坐四望八的時(shí)代。面對(duì)網(wǎng)上眾多一知半解和“專家們”的誤讀，我們特意準(zhǔn)備了兩篇文章，上一篇對(duì)已經(jīng)問世的四核平臺(tái)作回顧和分析，下一篇再來展望今年和明年將要到來的新平臺(tái)。與此同時(shí)，我們也會(huì)對(duì)這個(gè)行業(yè)的現(xiàn)狀、將要遇到的難題以及未來發(fā)展的趨勢做一些分析和預(yù)測，希望能幫大家撥開謎霧，真正了移動(dòng)處理器的昨天、今天和明天。
群雄并起 四核平臺(tái)微架構(gòu)初探
由于種種原因，德州儀器選擇了在雙核轉(zhuǎn)四核的時(shí)代退出了移動(dòng)領(lǐng)域SoC的競爭。對(duì)于一家如此老牌的企業(yè)而言，這實(shí)在是顯得有些奇怪，個(gè)中原因可能也只有德州儀器自己才能告訴我們了。作為結(jié)果，曾經(jīng)的四大天王變成了三足鼎立，整個(gè)2012年，市場上只能見到三星、高通和nVIDIA的“三國演義”了。當(dāng)然，我們也不應(yīng)該忽略MTK，畢竟后者在今年初也推出了定位入門級(jí)的低端四核Cortex A7并且取得了不俗的市場成績。但是這篇文章畢竟是以旗艦平臺(tái)為主，因此就不對(duì)MTK做過多介紹，關(guān)于MTK的架構(gòu)設(shè)計(jì)我們將會(huì)在完成架構(gòu)分析和性能驗(yàn)證后再開新篇。希望各位不要介意。
德州儀器曾經(jīng)的路線圖，OMAP5清晰可見
既是先鋒也是先烈 NVIDIA Tegra3
截止去年為止，nVIDIA的行事風(fēng)格一直都是“天下武功唯快不破”。甚至早在2011年底，Tegra3就已經(jīng)走入了實(shí)際產(chǎn)品，而去年第一批搭配四核處理器的手機(jī)更是無一例外清一色Tegra3。相比Tegra2，前者的架構(gòu)改動(dòng)并不大，只是將CPU子系統(tǒng)從雙核Cortex A9增加到了四核Cortex A9，集成的GPU也依是較老的GeForce ULP系列，頂點(diǎn)維持不變，像素和光柵化等組件得到了增強(qiáng)。只是作為一個(gè)四核CPU，內(nèi)存維持了單通道LPDDR2的設(shè)計(jì)，顯得比較莫名其妙。
現(xiàn)在看來，導(dǎo)致Tegra3成為一代最弱四核的一個(gè)主要原因，還是落后的工藝。但是這并不能過多責(zé)怪nVIDIA，畢竟后者和臺(tái)積電打了多年交道，深知臺(tái)積電的特色，因此主動(dòng)放棄了28nm。事實(shí)上臺(tái)積電一直到2012年下半年才總算可以勉強(qiáng)量產(chǎn)28nm芯片，證明了nVIDIA的遠(yuǎn)見。不過40nm的功耗卻不是可以回避掉的問題，所以nVIDIA特別設(shè)計(jì)了4＋1核心的奇特架構(gòu)，這也成了nVIDIA產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特色之一，一直延續(xù)到了今年的Tegra4和Tegra4i，與ARM的big.Little技術(shù)相映成輝。
眾所周知，Tegra2因?yàn)槿鄙貼EON協(xié)處理器，在雙核時(shí)代被人吐槽的不輕，Tegra3總算沒有再犯同樣的錯(cuò)誤。不過Tegra3卻存在著一個(gè)由4＋1架構(gòu)帶來的新問題，那就是由于主核和伴核共享同一片1MB的二級(jí)緩存，而兩者的頻率之間最多可以差到3倍，因此Tegra3的二級(jí)緩存被設(shè)計(jì)為按照一個(gè)固定的時(shí)間返回核心所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)——對(duì)于主核而言，二級(jí)緩存的等待周期會(huì)多一些，而對(duì)于伴核而言則少一些。這樣的設(shè)計(jì)不可避免的會(huì)讓二級(jí)緩存工作在一個(gè)比較“慢”的狀態(tài)（尤其是對(duì)主核心而言），進(jìn)而影響整體性能。而實(shí)際上由于伴核的工作條件比較受限，并不是隨時(shí)隨地都可以切換，因此很多時(shí)候Tegra3也不得不以高功耗的主核心去應(yīng)付低負(fù)載，也許會(huì)對(duì)功耗產(chǎn)生負(fù)面影響。這些影響，也最終決定了Tegra3的用戶體驗(yàn)與評(píng)價(jià)。
謹(jǐn)小慎微步步為營 三星Exynos4 Quad
說起Exynos4 Quad，也許Exynos 4412這個(gè)名字更為人熟悉一些。它就是Galaxy S III與Galaxy Note 2的核心，2012年最為熱門的四核SoC。若從角度來看，Exynos 4412顯得相當(dāng)樸素：基本上，你可以把它看作是“獵戶座”處理器的工藝升級(jí)外加四核版。但是即便如此，這款產(chǎn)品的實(shí)際表現(xiàn)卻幾乎成為一代標(biāo)桿，原因除去上一代獵戶座在規(guī)格和性能上已經(jīng)足夠優(yōu)秀以外，更重要的還是先進(jìn)的工藝——這成為了Exynos4412的殺手锏，甚至在現(xiàn)在看來，Exynos 4412也有可能是迄今為止最為平衡的一款SoC。
當(dāng)然這么說也不太準(zhǔn)確，Exynos4 Quad也有一些比較小的改進(jìn)，比如四顆核心的頻率和電壓具備完全獨(dú)立的門控（聽起來有些像高通異步架構(gòu)的特性，不過實(shí)際中還是必須跑同頻）、改進(jìn)了內(nèi)存控制器與CPU核心的連接方式、codec升級(jí)了視頻編碼的流暢度、引入了完善的溫度控制和過熱保護(hù)等等。都不是什么大提升，姑且算作錦上添花。
與高通相比，三星對(duì)于工藝的宣傳要低調(diào)的多——這是很奇怪的情況，在高通的營銷攻勢下，很多人以為28nm“是非常先進(jìn)的工藝”。在某種程度上說這也不算是錯(cuò)的，但實(shí)際情況是，Exynos 4412的制造工藝——32nm HKMG——要遠(yuǎn)比高通的28nm先進(jìn)得多，甚至可以說有著“代”一級(jí)的差異。這也許會(huì)令人費(fèi)解，我們留到后面再詳細(xì)介紹。
也正是因?yàn)楣に嚨倪M(jìn)步，Exynos 4412的核心頻率被定在1.4/1.6GHz，GPU頻率更是從獵戶座的200MHz大幅提升到了440MHz，幾乎翻倍。唯一可惜的是，具體的GPU依然還是Mali400 MP4，并沒有更換。這在當(dāng)時(shí)自然不是什么問題，但是到今天開來，這就成了Exynos 4412最大的短版。
架構(gòu)為王 高通驍龍S4 Pro APQ8064
與NVIDIA不同，高通果斷選擇了28nm工藝，帶來的結(jié)果就是APQ8064這款產(chǎn)品與預(yù)期的上市時(shí)間相比幾乎延期了整整一年，而早期的低良品率也讓高通不得不先推出雙核產(chǎn)品作為過渡。當(dāng)然高通也有自己的苦衷，APQ8064實(shí)在是太大了，即便使用了28nm工藝，核心面積也只能堪堪控制在100mm2上下。造成這個(gè)的原因是高通同時(shí)升級(jí)了CPU和GPU的核心架構(gòu)。從Scorpion升級(jí)到了Krait“環(huán)蛇”，后者同樣也是高通在ARM v7-A指令集上自行發(fā)展的核心設(shè)計(jì)，就像ARM官方以Cortex A命名的核心設(shè)計(jì)一樣。在早期的宣傳中，高通一直試圖讓消費(fèi)者以為Krait是與Cortex A15同級(jí)的產(chǎn)品，當(dāng)然隨著時(shí)間的流逝，在實(shí)際表現(xiàn)的面前，這種說法的信奉者越來越少，以至于高通也不再提及了，不過至于究竟是怎樣的情況，我們還是需要在后文中作進(jìn)一步的分析，才可以給出一個(gè)大致的結(jié)論。
Adreno320 GPU則是另一個(gè)亮點(diǎn)。與前任Adreno 22x相比，Adreno320對(duì)于微架構(gòu)做了較為大幅的優(yōu)化，改善了內(nèi)部緩存的連接方式，增加了片內(nèi)EDRAM高速緩存（最終產(chǎn)品中是否出現(xiàn)似乎沒有確認(rèn)），最重要的是，Adreno320的規(guī)模再次得到了翻倍，擁有16組4+1D SIMD US。如果以規(guī)模論，這會(huì)是移動(dòng)GPU領(lǐng)域除去SGX554MP4以外最為龐大、性能最強(qiáng)、也最為耗電的GPU，在Android領(lǐng)域更加是全無敵手。
簡短的回顧到此為止，下面我們會(huì)對(duì)上一代旗艦的某些技術(shù)細(xì)節(jié)做更進(jìn)一步的探討。
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