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无论桌面还是移动,处理器无疑是驱动所有结构工作的核心动力;在移动领域除了ARM这个家长在为需要高性能低功耗的嵌入式领域设计规范之外,高通、NV、三星以及新晋Intel都积极的在此规范之上、依靠自己在计算、通信、图形各个领域的经验长处打磨着专属自己的处理器平台。
几年的争斗催生了移动领域以远大于PC领域的前进速度诞生着新品,当然其中有的叱咤风云有的黯然离场有的后来居上;对不同平台的选择也直接影响到你在用手机时所看重的应用场景——究竟是偏重多核的性能、寡核的功耗表现,还是GPU的游戏表现——于是如今的移动市场又被怎样的格局划分,或许应该成为你所应该知道的一部分。 四核八核辈出 主流手机处理器格局浅析
雄霸90%以上份额的ARM阵营
俗话说一流的公司卖标准,在手机芯片领域ARM就是以这样的身份存在的;除了刚刚商用并不算久的Intel Atom平台(智能手机领域的Atom),我们所见到的智能手机处理器几乎都源自ARM所设立的标准。ARM公司通过出售芯片技术授权,建立起新型的微处理器设计、生产和销售商业模式,并将其授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商(后面提到的高通、NV等),每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。也就是说不卖产品,只卖配方。 ARM各代架构演进(图片来自ARM)
相比PC平台,移动领域所需要的计算并不复杂,因此ARM的优势就在于利用精简指令集RISC在有限的手机硬件上实现性能和功耗的双丰收;这也正是一直沿袭CISC复杂指令集的Intel在移动领域所望其项背的地方,Atom也在一直被质疑功耗对于手机平台来说过大。 ARM指令集、微架构分布(图片来自ARM)
整个ARM的体系非常之庞大,智能手机所涉及到的主要是基于ARMv7A指令集设计的Cortex-A5、A7、A9以至A15架构。目前A15的双核处理器由三星首次推出,而四核首次露面则是NVIDIA的Tegra4,代表着目前最高性能的A15还未大面积出现。而对于未来ARM也已经公布了基于ARMv8 64位指令集的第一套处理器“Cortex-A50系列”,并且剑指企业级服务器领域。
四系列覆盖 高通骁龙处理器
高通的骁龙系列如今应该是个机友圈家喻户晓的名字,即使你对此一无所知,那么去年末今年初“5英寸四核1080p”旗舰机的大肆轰炸也应该让你知道所有的平台都采用的是高通骁龙Krait架构的S4Pro APQ8064。
不同于多数厂商采用的标准ARM Cortex架构,Krait是高通在ARMv7-A指令集的基础上自主设计的、采用28纳米工艺的全新处理器微架构。能够实现每个内核最高运行速度可达2.5GHz,较高通第一代的Scorpion CPU微架构在性能上提高60%以上,并将功耗降低65%。 Krait架构与Cortex各代比较(图片来自AnandTech)
高通骁龙平台特色
异步架构与All-in-One整合
如今骁龙所独有的Krait架构的特点在于将微架构设计为异步对称式多核处理器系统(aSMP),相比当前的同步SMP架构,在aSMP中每个内核都拥有独立的时钟、电压和二级缓存,这使每个CPU内核都能够根据处理的工作类型,以最有效的电压和频率运行,从而获得最佳功耗。 同步架构与骁龙异步架构功耗水平区别(图片来自高通)
此外,高通平台的特色还在于SoC出色的All-in-One整合能力和为低端市场提供的QRD方案——其中整合能力表现为将CPU、GPU、3G/4G移动基带、gpsOne引擎、视频解码支持、显示屏支持、摄像头支持等统一整合到SoC当中。 骁龙800系列处理器集成(图片来自Qualcomm)
高通参考设计平台QRD
参考设计平台QRD则面向的是OEM厂商,它包含手机必备的的硬件元器件和软件应用程序等,OEM拿到QRD方案后能在很短时间内完成手机的研发,以此研发成本、缩短研发周期;对于千元级别智能机的快速出货与扩大占有率有很大帮助。
多模多频段网络支持
高通在无线通信领域方面的优势也是其有力的武器,特别是多模多频段的3G以致4G网络的兴起,所支持的频段越多,越容易受到经常漫游各地的消费者的钟爱。高通前些日子发布的RF360支持的网络制式包括了FDD-LTE、TD-LTE、WCDMA、CDMA、TD-SCDMA、EV-DO、CDMA1x、GSM以及EDGE。基本涵盖了目前主流的网络制式。 高通RF360基带芯片(图片来自Qualcomm Gobi)
高通骁龙重点产品对比
高通平台目前在中高端智能手机领域非常普遍,200/400/600/800系列的划分直接对应了从入门到旗舰级别的各个类型平台。在新的系列命名之前广为流行的还是骁龙S4系列,从Play到Prime分别定位低中高端,除Play系列采用Cortex-A5架构之外,其他均采用自由的Krait架构,并且均为先进的28nm制程。 高通骁龙S4各个系列演进路线(图片来自Qualcomm) 骁龙S4各系列处理器(图片来自高通)
而且去年底以来Android阵营的旗舰机都采用了骁龙S4或600系列的处理器,甚至蔓延到了Windows Phone 8系统以及新诞生的Blackberry10系统,诺基亚920、HTC8X等以及黑莓Z10均以骁龙MSM8960作为处理器。
高通骁龙未来规划与升级
高通也在今年对旗下产品重新命名,更带来了产品线的全面升级。点击图片可查看详细参数规格 高通200/400/600/800新系列(图片来自Qualcomm)
按照目前高通骁龙系列处理器的分类,活跃在目前市场的除了HTC One、LGOptimus G Pro等旗舰机所采用的骁龙600平台之外,去年底推出的MSM8X30(骁龙400系列)是定位中端甚至千元这个更加普及的市场的产品,但是就此前我们的性能测试来看跑分也在一万左右,可以很好地胜任日常需求并且在多模网络的支持方面有着独到的优势;骁龙200系列也是为入门市场而推出的Cortex-A5架构的四核处理器,目前拥有8225Q、8625Q,以应对联发科四核MT6589的冲击。
高端领域骁龙600的三星S4、HTC One等刚刚涌现,骁龙800这个大杀器差不多要到下半年才能够出现,最高主频可达2.3GHz的四核CPU以及Adreno330 GPU的组合绝对不可小觑。
高通骁龙平台代表手机 高通骁龙平台代表手机(图片来自高通)
高通的地盘奇大,明星机型因此众多;不过其在中国市场打开名声很大程度要归功于小米手机的影响力;跑分神器让人了解了当初MSM8260的性能长处,小米手机2更是采用了S4 Pro级别也就是后来驱动很多5英寸四核1080p进行的APQ8064。除此以外,诺基亚的Windows Phone从800开始就以骁龙S2的8255作为处理器,到920时代仍然沿用双核8960。 HTC Butterly
骁龙系列最近一次的爆发,当然要数去年底HTC Butterly的推出所引起的各品牌5英寸、四核、1080p屏幕旗舰机的层出不穷,随后OPPO Find 5、索尼Xperia Z、LG Optimus G Pro等等纷纷以非常相似的硬件配置登场,而它们背后正是骁龙S4 Pro处理器的支持。
独特4+1结构 NVIDIATegra处理器
如果说高通的传统在于无线通信,那么NVIDIA是大家熟知的PC时代的图形专家;Tegra是NVIDIA于2008年洞察到移动领域的巨大潜力,而适时推出的基于ARM构架通用处理器品牌。 NVIDIA Tegra平台演进(图片来自NVIDIA)
NVIDIA Tegra平台特色
“4+1”协处理器
自从Tegra3起,NVIDIA开始在Tegra处理器当中采用为功耗考虑的独特“4+1结构”,特色在于在“动态待机”(即运行后台进程)和音乐、视频播放这种低负载任务时,全部四个主核心皆关闭节能,仅留下协核心运行。而在运行需要更高性能的应用时,则按需逐个开启主核心,同时关闭协核心。 Tegra3 “4+1”结构工作机制(图片来自NVIDIA)
Geforce ULP
另外Gefroce ULP的加入让Tegra平台从2代开始拥有独享的NVIDIA专用游戏专区TegraZone,专门的优化使得Tegra平台游戏具备分辨率更高的纹理、高动态范围(HDR)照明、各种镜头光晕和更加绚丽的爆炸效果。 Tegra专属游戏优化(图片来自NVIDIA)
NVIDIA Tegra重点产品对比
Tegra2已经渐渐离我们远去;不过采用双核Cortex A9架构、最高主频可达1.2GHz的Tegra2平台还是给我们留下了不少代表作为,诸如LGOptimus 2X,摩托罗拉Artix 4G、Xoom,宏碁A500,华硕Eee Pad TF101,戴尔Streak 10 Pro等等。
时至2011年移动领域首款四核处理器Tegra3诞生,Tegra3(代号“Project Kal-El”)采用了独特的4+1结构,内置一个协处理核心,NVIDIA将这种架构称为vSMP(可变对称多处理,Variable Symmetric Multiprocessing)。Tegra3变种及演进:
T30L:四核1.2GHz,单核最高1.3GHz,GPU频率416MHz,用于Nexus7、华硕的TF300T平板
T30:四核1.4GHz,单核最高1.5GHz,GPU频率520MHz,用于HTC One X,LG Optimus 4XHD
T33:四核1.6GHz,单核最高1.7GHz,GPU频率520MHz,用于HTC One X+、华硕 TF700T平板 四核A15 72核心GPU的Tegra4(图片来自NVIDIA)
继承着每年一个里程碑的历史,全球首个四核Cortex-A15架构的处理器Tegra4在今年CES上面发布,采用了和Tegra3同样的4+1设计,配有72颗GeForce GPU核心,使用28nm制程,据称在显示性能方面是Tegra3的六倍。虽然没有成品的推出,但是开发平台泄露的种种数据表明Tegra4无论综合性能还是图形性能都有十分的潜力。
NVIDIA Tegra平台未来规划 Tegra Logan/Parker(图片来自NVIDIA)
除了Tegra4,NVIDIA也在今年3月公布了远至2015年的移动平台路线图。其中代号为Logan(或者Tegra 5)的平台将采用Kepler架构GPU,引入CUDA 5.0并且弥补Tegra 4并不支持OpenGL 3.0的遗憾而直接支持OpenGL 4.3。据悉Tegra 5将会带来并行计算、曲面细分、计算着色器、几何着色器等等全套高级特性。
除此以外还有首次露面的代号为“Parker”的Tegra 6平台,CPU部分为NVIDIA自己打造的基于ARMv8 64位架构定制的内核,也就是之前Denver Project的产物;GPU部分则为Maxwell,支持统一虚拟内存,意味着CPU、GPU将会构成融合的异构计算体系。
NVIDIA Tegra平台代表手机 摩托罗拉Atrix 4G 首款Tegra3 HTCOne X
除了Tegra2时代的摩托Atrix 4G以及Xoom平板等,伴随Tegra3处理器出现的首款四核并以拍照为特色的HTC One X让更多人认识到这一平台;随后中兴U950、U986,LG Optimus 4X HD等智能手机,以及谷歌的Nexus7平板,微软的Windows RT系统平板Surface也采用了这一平台。可能你会听到某些产品采用“5核”这样的宣传策略,其实就是指的Tegra3。 |