应用处理器增强其核心性能

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对于HSPA+版 Galaxy S4中的应用处理器，据称三星将采用Exynos 5 Octa解决方案，这是采用三星自主设计的八核芯片，采用三星自家的28纳米工艺制成。这与Galaxy S III中的四核Exynos应用处理器形成对比。Galaxy S4的处理器成本估计为30.00美元，而Galaxy S III的处理器成本为17.50美元。
Galaxy S4的八核Exynos处理器使用ARM公司的big.LITTLE微处理器架构。该架构采用混合方式，通常被称为异构计算，在该方式中两个中央处理器（CPUs）：四核Cortex-A15 CPU和四核Cortex-A7 CPU集成到相同的芯片上。
“通过big.LITTLE架构，可以实现计算和功耗之间的平衡，一些计算强度低的任务，如电话和社交媒体应用，可以由更节能但速度较慢的A7核心执行。” IHS无线通信高级分析师Wayne Lam说，“当不需要A15核心的强大计算能力时，可以使高耗能的A15核心处于空闲状态，从而延长电池使用时间。当遇到计算强度高的应用，如电子游戏或视频解码时，A15核心才开始工作。”
与处理核心均匀分配的英伟达4+1 Tegra设计或高通骁龙的异步Krait核心相比，该方法独具匠心。
4G LTE版的Galaxy S4采用不同的应用处理器和基带——高通骁龙600，这是一款四核应用处理器和LTE无线通信解决方案。三星LTE版的Galaxy S III也有类似的差异。鉴于三星Exynos版Galaxy S4和高通骁龙版Galaxy S4在应用处理器上存在差异，这两款手机在软件功能和应用性能上可能存在一些差异。但是，需要得到三星的官方证实。