蓋棺定論 2013年手機處理器終極指南

2023-10-21 01:48:06 1

泡泡網CPU頻道8月13日你一定很厭煩Android平臺上無窮無盡的硬體大戰，但我們很遺憾的告訴你：在谷歌對Android發展方向做出戰略性調整之前，硬體規格是評價Android設備好壞的重要標準，對於部分用戶而言甚至是唯一標準。歷代熱銷的Android手機型號，無一不具備同時代手機中領先的硬體規格；即便是iPhone和iPad，為了實現一流的體驗，也配備了地球上最龐大的嵌入式GPU。可以這麼說：一臺硬體規格強悍的手機不一定是好的Android手機，但一臺好的Android手機，必然是一臺硬體規格強悍的手機。

科技的發展總是日新月異的，只不過短短一年半，手機就已經到了坐四望八的時代。面對網上眾多一知半解和「專家們」的誤讀，我們特意準備了兩篇文章，上一篇對已經問世的四核平臺作回顧和分析，下一篇再來展望今年和明年將要到來的新平臺。與此同時，我們也會對這個行業的現狀、將要遇到的難題以及未來發展的趨勢做一些分析和預測，希望能幫大家撥開謎霧，真正了移動處理器的昨天、今天和明天。

群雄並起四核平臺微架構初探

由於種種原因，德州儀器選擇了在雙核轉四核的時代退出了移動領域SoC的競爭。對於一家如此老牌的企業而言，這實在是顯得有些奇怪，箇中原因可能也只有德州儀器自己才能告訴我們了。作為結果，曾經的四大天王變成了三足鼎立，整個2012年，市場上只能見到三星、高通和nVIDIA的「三國演義」了。當然，我們也不應該忽略MTK，畢竟後者在今年初也推出了定位入門級的低端四核Cortex A7並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為主，因此就不對MTK做過多介紹，關於MTK的架構設計我們將會在完成架構分析和性能驗證後再開新篇。希望各位不要介意。

德州儀器曾經的路線圖，OMAP5清晰可見

既是先鋒也是先烈 NVIDIA Tegra3

截止去年為止，nVIDIA的行事風格一直都是「天下武功唯快不破」。甚至早在2011年底，Tegra3就已經走入了實際產品，而去年第一批搭配四核處理器的手機更是無一例外清一色Tegra3。相比Tegra2，前者的架構改動並不大，只是將CPU子系統從雙核Cortex A9增加到了四核Cortex A9，集成的GPU也依是較老的GeForce ULP系列，頂點維持不變，像素和光柵化等組件得到了增強。只是作為一個四核CPU，內存維持了單通道LPDDR2的設計，顯得比較莫名其妙。

現在看來，導致Tegra3成為一代最弱四核的一個主要原因，還是落後的工藝。但是這並不能過多責怪nVIDIA，畢竟後者和臺積電打了多年交道，深知臺積電的特色，因此主動放棄了28nm。事實上臺積電一直到2012年下半年才總算可以勉強量產28nm晶片，證明了nVIDIA的遠見。不過40nm的功耗卻不是可以迴避掉的問題，所以nVIDIA特別設計了4＋1核心的奇特架構，這也成了nVIDIA產品的設計特色之一，一直延續到了今年的Tegra4和Tegra4i，與ARM的big.Little技術相映成輝。

眾所周知，Tegra2因為缺少NEON協處理器，在雙核時代被人吐槽的不輕，Tegra3總算沒有再犯同樣的錯誤。不過Tegra3卻存在著一個由4＋1架構帶來的新問題，那就是由於主核和伴核共享同一片1MB的二級緩存，而兩者的頻率之間最多可以差到3倍，因此Tegra3的二級緩存被設計為按照一個固定的時間返回核心所請求的數據——對於主核而言，二級緩存的等待周期會多一些，而對於伴核而言則少一些。這樣的設計不可避免的會讓二級緩存工作在一個比較「慢」的狀態（尤其是對主核心而言），進而影響整體性能。而實際上由於伴核的工作條件比較受限，並不是隨時隨地都可以切換，因此很多時候Tegra3也不得不以高功耗的主核心去應付低負載，也許會對功耗產生負面影響。這些影響，也最終決定了Tegra3的用戶體驗與評價。

謹小慎微步步為營三星Exynos4 Quad

說起Exynos4 Quad，也許Exynos 4412這個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顯得相當樸素：基本上，你可以把它看作是「獵戶座」處理器的工藝升級外加四核版。但是即便如此，這款產品的實際表現卻幾乎成為一代標杆，原因除去上一代獵戶座在規格和性能上已經足夠優秀以外，更重要的還是先進的工藝——這成為了Exynos4412的殺手鐧，甚至在現在看來，Exynos 4412也有可能是迄今為止最為平衡的一款SoC。

當然這麼說也不太準確，Exynos4 Quad也有一些比較小的改進，比如四顆核心的頻率和電壓具備完全獨立的門控（聽起來有些像高通異步架構的特性，不過實際中還是必須跑同頻）、改進了內存控制器與CPU核心的連接方式、codec升級了視頻編碼的流暢度、引入了完善的溫度控制和過熱保護等等。都不是什麼大提升，姑且算作錦上添花。

與高通相比，三星對於工藝的宣傳要低調的多——這是很奇怪的情況，在高通的營銷攻勢下，很多人以為28nm「是非常先進的工藝」。在某種程度上說這也不算是錯的，但實際情況是，Exynos 4412的製造工藝——32nm HKMG——要遠比高通的28nm先進得多，甚至可以說有著「代」一級的差異。這也許會令人費解，我們留到後面再詳細介紹。

也正是因為工藝的進步，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，並沒有更換。這在當時自然不是什麼問題，但是到今天開來，這就成了Exynos 4412最大的短版。

架構為王高通驍龍S4 Pro APQ8064

與NVIDIA不同，高通果斷選擇了28nm工藝，帶來的結果就是APQ8064這款產品與預期的上市時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品作為過渡。當然高通也有自己的苦衷，APQ8064實在是太大了，即便使用了28nm工藝，核心面積也只能堪堪控制在100mm2上下。造成這個的原因是高通同時升級了CPU和GPU的核心架構。從Scorpion升級到了Krait「環蛇」，後者同樣也是高通在ARM v7-A指令集上自行發展的核心設計，就像ARM官方以Cortex A命名的核心設計一樣。在早期的宣傳中，高通一直試圖讓消費者以為Krait是與Cortex A15同級的產品，當然隨著時間的流逝，在實際表現的面前，這種說法的信奉者越來越少，以至於高通也不再提及了，不過至於究竟是怎樣的情況，我們還是需要在後文中作進一步的分析，才可以給出一個大致的結論。

Adreno320 GPU則是另一個亮點。與前任Adreno 22x相比，Adreno320對於微架構做了較為大幅的優化，改善了內部緩存的連接方式，增加了片內EDRAM高速緩存（最終產品中是否出現似乎沒有確認），最重要的是，Adreno320的規模再次得到了翻倍，擁有16組4+1D SIMD US。如果以規模論，這會是移動GPU領域除去SGX554MP4以外最為龐大、性能最強、也最為耗電的GPU，在Android領域更加是全無敵手。