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同是四核大不同!主流手機(jī)處理器技術(shù)解析
手機(jī)，最初的出現(xiàn)僅僅是為了解決人們及時(shí)溝通的問(wèn)題。不過(guò)隨著科技的發(fā)展，手機(jī)也逐漸被賦予了更多的功能。時(shí)至今日，使用手機(jī)上網(wǎng)、聊天、看視頻、聽(tīng)音樂(lè)、導(dǎo)航、購(gòu)物、圖片處理、文字辦公、收發(fā)郵件等內(nèi)容讓手機(jī)幾乎無(wú)所不能。
功能的增加也讓手機(jī)的性能隨之井噴式的增長(zhǎng)。幾年前我們還在為一款單核心手機(jī)的運(yùn)行頻率而糾結(jié)，到了今天，我們則開(kāi)始更加關(guān)注手機(jī)的核心數(shù)量。單核心顯然已經(jīng)被大多數(shù)手機(jī)廠(chǎng)商所淘汰，即使是雙核心處理器也幾乎都淪落到了入門(mén)級(jí)手機(jī)產(chǎn)品當(dāng)中，而四核心手機(jī)才是時(shí)下手機(jī)市場(chǎng)的真正主導(dǎo)者。那么，你是否真的了解四核心手機(jī)處理器呢?
相信對(duì)于絕大多數(shù)手機(jī)用戶(hù)而言，選購(gòu)如今的手機(jī)時(shí)僅僅會(huì)關(guān)注手機(jī)是否四核心產(chǎn)品而已，但實(shí)際上，同樣是四核心處理器，也有非常大的差距。為用戶(hù)帶來(lái)的直觀(guān)感受就是：發(fā)熱量不同、待機(jī)時(shí)間不同、實(shí)際運(yùn)行速度不同、游戲娛樂(lè)體驗(yàn)不同等等等等。今天，我們就要從四核心手機(jī)的架構(gòu)說(shuō)起，讓大家真正的了解目前手機(jī)處理器當(dāng)中，四核心產(chǎn)品究竟有多大的差別。
究竟什么是ARM呢?
想要了解如今手機(jī)的四核心處理器，我們還是先要從ARM說(shuō)起。相信對(duì)手機(jī)處理器有一定了解的人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)ARM這個(gè)詞，那么什么是ARM呢?
ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類(lèi)多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。簡(jiǎn)單而言，ARM就是專(zhuān)為手機(jī)/平板處理器設(shè)計(jì)CPU架構(gòu)的一家廠(chǎng)商，但他本身并不會(huì)生產(chǎn)處理器，而是將這一技術(shù)提供給芯片廠(chǎng)商去生產(chǎn)，包括NVIDIA、高通、德州儀器、三星、華為等，可以說(shuō)，目前主流的手機(jī)處理器都是ARM設(shè)計(jì)的架構(gòu)。
既然是ARM設(shè)計(jì)的處理器架構(gòu)，那么他們之間又存在怎樣的區(qū)別呢?這大體可以分為兩個(gè)方面：一方面，ARM本身處理器的架構(gòu)就會(huì)分為很多種，就好比Intel的處理器架構(gòu)每年的更新?lián)Q代一樣，ARM處理器架構(gòu)每年也都會(huì)進(jìn)行更新?lián)Q代;另一方面，不同芯片廠(chǎng)商之間的物理架構(gòu)設(shè)計(jì)也會(huì)存在很大的區(qū)別，例如NVIDIA的Tegra 3就創(chuàng)新的采用了4+1核心設(shè)計(jì)并且申請(qǐng)專(zhuān)利，其他廠(chǎng)商則無(wú)法效仿。
幾款主流處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)
那么接下來(lái)，對(duì)應(yīng)如今的四核心手機(jī)處理器我們就從這兩個(gè)方面說(shuō)起，首先來(lái)看看在ARM的處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，手機(jī)處理器會(huì)存在怎樣的區(qū)別。
在近年的手機(jī)市場(chǎng)當(dāng)中，ARM手機(jī)處理器大多基于ARMv7-A架構(gòu)設(shè)計(jì)而來(lái)，不過(guò)即便都采用了相似的架構(gòu)設(shè)計(jì)，但是根據(jù)性能以及發(fā)布時(shí)間來(lái)看，手機(jī)處理器同樣會(huì)存在非常大的差距。以下我們就以產(chǎn)品型號(hào)由高至低排序的方式為大家介紹ARM的幾款主流處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)：
Cortex-A15處理器
Cortex-A15處理器是業(yè)界迄今為止性能最高且可授予許可的處理器，也是我們能夠在市場(chǎng)上看到的規(guī)格最高的處理器架構(gòu)，不過(guò)目前采用這種處理器架構(gòu)的產(chǎn)品寥寥無(wú)幾，目前僅有三星的Nexus 10平板電腦在使用。
Cortex-A15 MPCore處理器具有無(wú)序超標(biāo)量管道，帶有緊密耦合的低延遲2級(jí)高速緩存，該高速緩存的大小最高可達(dá)4MB。浮點(diǎn)和NEON媒體性能方面的其他改進(jìn)使設(shè)備能夠?yàn)橄M(fèi)者提供下一代用戶(hù)體驗(yàn)，并為 Web 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)用提供高性能計(jì)算。Cortex-A15處理器可以應(yīng)用在智能手機(jī)、平板電腦、移動(dòng)計(jì)算、高端數(shù)字家電、服務(wù)器和無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等設(shè)備上。
Cortex-A9處理器
Cortex-A9處理器是目前我們見(jiàn)到的最多的處理器架構(gòu)，目前主流四核處理器都采用了Cortex-A9設(shè)計(jì)，包括NVIDIA、三星、德州、華為等等。
Cortex-A9 微體系結(jié)構(gòu)既可用于可伸縮的多核處理器(Cortex-A9 MPCore多核處理器)，也可用于更傳統(tǒng)的處理器(Cortex-A9單核處理器)�？缮炜s的多核處理器和單核處理器支持 16、32 或 64KB 4 路關(guān)聯(lián)的 L1 高速緩存配置，對(duì)于可選的 L2 高速緩存控制器，最多支持 8MB 的 L2 高速緩存配置，它們具有極高的靈活性，均適用于特定應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)。 Cortex-A8處理器
Cortex-A8處理器則更常見(jiàn)于單核心手機(jī)處理器當(dāng)中，是目前市場(chǎng)上入門(mén)級(jí)手機(jī)最常采用的產(chǎn)品，也是ARMv7-A系列當(dāng)中的首款產(chǎn)品。可以看到的產(chǎn)品包括蘋(píng)果iPhone 4、三星i9000等手機(jī)均采用這一方案。
Cortex-A8處理器主頻在1GHz以上，可以滿(mǎn)足需要在300mW以下運(yùn)行的移動(dòng)設(shè)備的功率優(yōu)化要求;以及需要2000 Dhrystone MIPS的消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用領(lǐng)域的性能優(yōu)化要求。
Cortex-A8 高性能處理器目前已經(jīng)非常成熟，從高端特色手機(jī)到上網(wǎng)本、DTV、打印機(jī)和汽車(chē)信息娛樂(lè)，Cortex-A8處理器都提供了可靠的高性能解決方案。
Cortex-A7處理器
Cortex-A7處理器的特點(diǎn)是在保證性能的基礎(chǔ)上提供了出色的低功耗表現(xiàn)，它可以當(dāng)做一款協(xié)核心處理器使用，同時(shí)也可以當(dāng)做一款獨(dú)立核心使用，是ARM后期推出的一款低成本解決方案。
Cortex-A7處理器的體系結(jié)構(gòu)和功能集與Cortex-A15 處理器完全相同，不同這處在于，Cortex-A7 處理器的微體系結(jié)構(gòu)側(cè)重于提供最佳能效，因此這兩種處理器可在
big.LITTLE(大小核心伴侶結(jié)構(gòu))配置中協(xié)同工作，從而提供高性能與超低功耗的終極組合。單個(gè)Cortex-A7處理器的能源效率是ARM Cortex-A8處理器的5倍，性能提升50%，而尺寸僅為后者的五分之一。
Cortex-A5處理器
Cortex-A5處理器是能效最高、成本最低的處理器，也就是最入門(mén)的一款處理器產(chǎn)品。Cortex-A5處理器推出時(shí)間較早，應(yīng)用產(chǎn)品大多屬于早期的中興V889D、摩托羅拉DEFY XT華為U8825D、酷派7266等。
Cortex-A5處理器在指令以及功能方面與更高性能的Cortex-A8、Cortex-A9和Cortex-A15處理器完全兼容，同時(shí)還保持與經(jīng)典ARM處理器(包括ARM926EJ-S、
ARM1176JZ-S和 ARM7TDMI)的向后應(yīng)用程序兼容性。它更像是一款A(yù)RM用于早期處理器與如今處理器之間的過(guò)渡產(chǎn)品。
前文介紹了，在如今的手機(jī)市場(chǎng)當(dāng)中，四核心處理器大多基于ARM的Cortex-A9處理器授權(quán)而來(lái)，包括了NVIDIA的Tegra 3、三星Exynos4412的以及華為的海思k3v2。而這其中，在市場(chǎng)當(dāng)中應(yīng)用最為普遍或者說(shuō)占據(jù)主導(dǎo)地位的則非NVIDIA的Tegra 3莫屬。當(dāng)然，如今手機(jī)市場(chǎng)上的四核心產(chǎn)品并非這三款，實(shí)際上還有一款來(lái)自高通最新推出的MSM 8X250Q系列產(chǎn)品，但這款產(chǎn)品比較特殊，僅采用了Cortex-A5架構(gòu)設(shè)計(jì)。接下來(lái)，我們就將這四款四核心處理器一一為大家進(jìn)行介紹。
NVIDIA Tegra 3處理器
首先，我們還是先來(lái)了解一下NVIDIA推出的Tegra 3處理器。2011年底，NVIDIA首次讓Tegra 3在世人面前亮相，到2012年初，采用Tegra 3的手機(jī)已經(jīng)開(kāi)始在市場(chǎng)當(dāng)中出現(xiàn)，造就了手機(jī)市場(chǎng)的第一款四核心處理器產(chǎn)品。
Tegra 3處理器基于40nm制造工藝，采用了自家的可變對(duì)稱(chēng)式專(zhuān)利技術(shù)(vSMP)的核心架構(gòu)設(shè)計(jì)，擁有四個(gè)基于Cortex -A9的主核心和一個(gè)協(xié)助處理器，四個(gè)Cortex-A9處理器頻率最高可達(dá)1.5GHz，而協(xié)處理器的頻率則保持在500MHz以下。
協(xié)助處理器可以應(yīng)付后臺(tái)任務(wù)、郵件及社交媒體的同步等操作。但協(xié)同處理器無(wú)法滿(mǎn)足操作需求的時(shí)候，四個(gè)主核心會(huì)以一顆、兩顆、四顆的順序依次介入。所以基本運(yùn)行狀態(tài)下，并非四核全部開(kāi)啟，例如 Tegra 3在播放視頻的環(huán)境下就要比Tegra 2省電61%。
協(xié)同核心是利用低功耗工藝技術(shù)設(shè)計(jì)而成的，然而卻擁有同主核心相同的內(nèi)部架構(gòu)。因?yàn)樗抢玫凸墓に嚰夹g(shù)制造的，以低性能模式運(yùn)行，所以它的功耗低于這些采用高速工藝技術(shù)制造的主CPU核心。在Tegra3處理器上測(cè)得的性能功耗比顯示，協(xié)核心在500MHz以下工作時(shí)可實(shí)現(xiàn)高于主核心的每瓦特性能。因此協(xié)核心的最高工作頻率不高于500MHz。
vSMP技術(shù)通過(guò)利用協(xié)核心最大限度降低活動(dòng)待機(jī)狀態(tài)下的漏電功耗，同時(shí)利用四個(gè)主核心最大限度降低峰值工作頻率下的動(dòng)態(tài)功耗，從而可大幅降低整體功耗。根據(jù)使用場(chǎng)合，vSMP技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)地啟用和關(guān)閉CPU核心，從而在盡可能低的功耗下實(shí)現(xiàn)想要的性能。 除了在核心處理器架構(gòu)上的全新設(shè)計(jì)外，在顯示核心方面，NVIDIA也將GeForce核心升級(jí)到了12核心ULP超低功耗GPU。在這方面NVIDIA可以說(shuō)是熟門(mén)熟路，Tegra 3的GeForce ULP處理單元從上一代的8個(gè)提升到了這一代的12個(gè)，同時(shí)性能提升了100%以上。更為關(guān)鍵的是Tegra 3開(kāi)始支持諸如PhysX、CUDA等原本是電腦平臺(tái)上才有的高級(jí)功能，實(shí)時(shí)光照、紋理生成等傳統(tǒng)效果更不在話(huà)下。
我們通過(guò)截圖對(duì)比就可以更加明顯的看出在擁有GeForce ULP顯示核心處理后的Android游戲畫(huà)面究竟有多大的提升了：
非Tegra 3顯示核心運(yùn)行游戲畫(huà)面
Tegra 3顯示核心運(yùn)行游戲畫(huà)面
可以看到，三倍于Tegra 2性能的Tegra 3帶來(lái)了更好的游戲畫(huà)面，運(yùn)行同一款3D游戲，Tegra 3處理器的GPU可以渲染出更多的動(dòng)態(tài)光影、物理特效和高分辨率的環(huán)境，提升使用手機(jī)和平板運(yùn)行游戲的代入感。
由于NVIDIA的Tegra 3是最早上市的四核心處理器，因此目前Tegra 3也是目前四核心處理器當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的處理器，應(yīng)用產(chǎn)品包括了手機(jī)中的HTC ONE X、LG Optimus 4X、天語(yǔ)大黃蜂2、中興U985等等，平板方便則包括了Google Nexus 4、華碩EeePad Transformer Prime以及剛剛發(fā)布的微軟Surface RT等等。反觀(guān)三星以及華為的兩款四核心處理器，除了三星和華為自家的一兩款產(chǎn)品外，再見(jiàn)不到其他產(chǎn)品。
三星Exynos 4412
三星Exynos 4412是全球第二款出貨的四核心處理器，和Tegra 3一樣，Exynos 4412也采用了A9架構(gòu)，單核達(dá)到1.4GHz，不過(guò)三星采用了HKMG的32nm工藝制程。從制程方面來(lái)說(shuō)，已經(jīng)突破了40nm大關(guān)，從性能上相比Tegra 3有著一定的提高。而32nm帶來(lái)的最顯著的提高是能耗方面，在之前45nm的4210時(shí)代，待機(jī)能耗成為了三星的致命傷，但是將架構(gòu)更新到32nm之后，這個(gè)問(wèn)題得到了較大的改觀(guān)，按照官方的說(shuō)法，功耗被減小20%。而4412支持的內(nèi)存是雙通道LPDDR2 1066。
不得不說(shuō)，在處理器性能方面，三星絕對(duì)是目前四核處理器當(dāng)中的佼佼者，從當(dāng)年的Exynos 4210改良而來(lái)的Exynos 4412憑借著更先進(jìn)的工藝讓功耗得到了控制，而四核心的出色性能表現(xiàn)也讓手機(jī)的性能得到了最大提升。不過(guò)三星在多核心的功耗優(yōu)化方面卻沒(méi)有太大的突破，相信未來(lái)這極有可能成為Exynos 4412的一大硬傷。
另外，圖形處理器方面，三星Exynos 4412搭載的是經(jīng)過(guò)“超頻”的Mali-400MP，相比雙核上的Mali-400MP，4412上已經(jīng)將原先的核心頻率從之前的266MHz升級(jí)為400MHz，從而實(shí)現(xiàn)了圖形處理能力大約50%的提升(官方說(shuō)法)。不過(guò)這顆圖形處理器有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是兼容性一般，這主要是由于支持的紋理單一，并且不兼容許多主流特效造成的。而兼容性問(wèn)題會(huì)在一些大型游戲中得到體現(xiàn)。
目前使用三星Exynos 4412處理器的手機(jī)僅有三星GALAXY SIII、魅族MX四核版、聯(lián)想K860，售價(jià)普遍偏高，且功耗控制將會(huì)成為一大困擾。
華為 海思K3V2處理器
海思K3V2，是華為自主設(shè)計(jì)的四核處理器，也是首個(gè)國(guó)產(chǎn)手機(jī)四核心處理器，同時(shí)它也號(hào)稱(chēng)是2012年業(yè)界最小的四核處理器。當(dāng)然，海思K3V2同樣基于Cortex-A9架構(gòu)設(shè)計(jì)，其主頻可分為1.2GHz和1.5GHz兩個(gè)版本，該處理器的規(guī)格為12*12mm，其生產(chǎn)工藝是臺(tái)積電40nm。
海思K3V2 支持智能功耗性能調(diào)節(jié)( Intelligence PowerPerformance Scaling)技術(shù)，為手機(jī)節(jié)能打下了一定的基礎(chǔ)。同時(shí)，它還擁有非常豐富的外設(shè)接口以及傳感檢查功能，對(duì)手機(jī)/平板的擴(kuò)展帶來(lái)了最好的支持。
圖形顯示方面，海思K3V2采用了兩顆Vivante GC4000組成16核的GPU圖形處理器。據(jù)悉，單一一顆Vivante GC4000的圖形處理能力已經(jīng)達(dá)到了每秒可以生成2億個(gè)多邊形、填充25億個(gè)像素點(diǎn)以及峰值48GFLOPS的運(yùn)算能力，如果兩顆這樣的核心，那么其性能同樣將會(huì)非常出色。
作為首款國(guó)產(chǎn)手機(jī)四核心處理器，華為在芯片推廣方面并沒(méi)有太多的作為。目前我們能夠看到采用這款處理器的產(chǎn)品僅僅局限于華為自己的產(chǎn)品，并且僅有Ascend D1、榮耀四核愛(ài)享版兩款產(chǎn)品。
高通 MSM8x25Q系列
在今年的9月底，高通剛剛發(fā)布了一款最新的MSM 8x25Q系列處理器，這也是高通最新發(fā)布的一款手機(jī)四核心處理器產(chǎn)品。MSM 8x25Q系列處理器將會(huì)包括兩款產(chǎn)品，型號(hào)分別為面向低端的MSM8225Q和面向高端的MSM8625Q，全部基于Cortex-A5架構(gòu)設(shè)計(jì)。高通的MSM 8x25Q 可以看做是之前MSM8x25雙核處理器的升級(jí)版產(chǎn)品，為了最大限度地方便客戶(hù)縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，高通只是在內(nèi)部線(xiàn)路上稍作修改，最難搞定的射頻模塊等全部由QRD代勞，終端廠(chǎng)商完全不必?fù)?dān)心。
MSM8x25Q四核處理器支持單通道LPDDR2內(nèi)存，支持雙SIM卡設(shè)計(jì)，提升后的總線(xiàn)帶寬最高可支持720p顯示和720p編碼解碼功能。圖形處理器則依然延續(xù)了MSM8225的GPU——Adreno 203，它的三角形輸入率與像素填率率為 49M/S與294M/S，在圖形處理器上，與其他四核心產(chǎn)品完全不在一個(gè)等級(jí)。
另外，這一系列處理器均使用高通創(chuàng)銳訊AR6005及WCN2243芯片，支持Wi-Fi、藍(lán)牙4.0、FM連接。另外與MSM8225Q搭配的GPU是Adreno203，而與MSM8625Q組合的是Adreno305。
全文總結(jié)：Tegra 3!姜還是老的辣
總體來(lái)說(shuō)，高通的這一系列四核心處理器仍然處于一個(gè)非常落后的水平上，首先非常落后的Cortex-A5架構(gòu)本身就存在著執(zhí)行效能低下、功耗控制不良的問(wèn)題，加上高通技術(shù)不成熟的28nm工藝，讓MSM 8x25Q的功耗、效能成為一大問(wèn)題。另外，非常落后的顯示芯片已經(jīng)是幾年前手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置了，放在如今的四核心手機(jī)上幾乎喪失了游戲性能。
當(dāng)然，其他方面諸如不支持1080p視頻解碼、最高分辨率僅支持1280x800、前置攝像頭最高80萬(wàn)像素等等都將會(huì)是困擾用戶(hù)的問(wèn)題。
四款當(dāng)下最新的手機(jī)四核心處理器介紹完了，相信大家對(duì)手機(jī)核心已經(jīng)有了一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)。如果以性能來(lái)排序的話(huà)，三星的Exynos 4412自然首當(dāng)其沖，其次NVIDIA的Tegra 3和華為海思K3V2基本不相上下，而墊底的則是高通最新發(fā)布的MSM 8x25Q系列產(chǎn)品了。 對(duì)于如今的手機(jī)產(chǎn)品選購(gòu)而言，有了性能的排序，相信大家對(duì)產(chǎn)品選擇難度也就不高了。不過(guò)在這里，小編還是要啰嗦兩句。雖然三星Exynos 4412在性能排名上爭(zhēng)當(dāng)?shù)谝�，但是使用這款處理器的手機(jī)少之又少，作為代表的三星Galaxy S III、Galaxy Note II售價(jià)高高在上，實(shí)在難以企及，并且還有GPU兼容性的問(wèn)題同樣是需要用戶(hù)選購(gòu)時(shí)需要注意的。
Galaxy Note II的價(jià)格絕非一般人能接受
而高通方面落后的A5處理器架構(gòu)、差強(qiáng)人意的功耗控制以及老舊的GPU核心等問(wèn)題，我想大家就可以直接將其排除了。如果消費(fèi)者對(duì)于架構(gòu)較難理解，那么我們可以舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，三星、NVIDIA、華為都采用了較新的A9處理器架構(gòu)，加上四個(gè)核心，我們可以看做它的計(jì)算能力就是“A9x4核=36”的性能。而高通的則只能是“A5x4核=20”的性能，差距不言而喻。
綜上所述NVIDIA Tegra 3才是用戶(hù)需要真正考慮的。目前，采用Tegra 3芯片的手機(jī)產(chǎn)品幾乎涵蓋了千元出頭到3、4千元價(jià)位的不同產(chǎn)品，無(wú)論是高、中、低端消費(fèi)者都能夠體驗(yàn)到相同的性能表現(xiàn)。
即便微軟都選擇了NVIDIA作為Window RT的首發(fā)產(chǎn)品芯片提供商
作為一款最早推出的四核心產(chǎn)品，Tegra 3非但沒(méi)有讓后來(lái)者居上，反而讓我們想到了“姜還是老的辣”這一諺語(yǔ)。在NVIDIA的出色設(shè)計(jì)面前，后期推出的幾款四核心處理器要么太過(guò)匆忙、要么成本太高，反倒一一都敗在了Tegra 3面前。從中體現(xiàn)的不僅僅是Tegra 3的出色設(shè)計(jì)，同時(shí)也是對(duì)NVIDIA這樣大廠(chǎng)實(shí)力的體現(xiàn)。
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