寫在驍龍820和Exynos 8890之前：手機(jī)cpu淺談(轉(zhuǎn)) 圖片
寫在驍龍820和Exynos 8890之前：手機(jī)cpu淺談
在這之前先說兩句手機(jī)odm公司，也叫手機(jī)方案公司。因為最近在微博上總看到紅米note3代工丑聞之類的相關(guān)新聞。作為odm公司的一員，我想告訴大家的是如今手機(jī)市場，除了各家最高端的產(chǎn)線，剩下的基本都出自方案公司。就拿小米來說，小米4和小米note是小米公司設(shè)計的，而紅米所有系列都是出自龍旗，魅族的魅藍(lán)，華為榮耀和htc desire系列也都如此。這種現(xiàn)象不是如今才出現(xiàn)的，而是一直都是這樣的產(chǎn)業(yè)布局，大家部分消費者如今才知道而已。至于大家關(guān)心方案公司設(shè)計和代工的手機(jī)質(zhì)量問題，真的是多慮了。首先這些都是要經(jīng)過品牌公司的檢測，不可能讓不可靠的產(chǎn)品毀牌子；再者，大的odm公司比如聞泰、華勤和龍旗，這些公司無論是經(jīng)驗產(chǎn)線還是出貨量都是非常優(yōu)秀的，只不過他們不做自己的品牌專心做方案而已。
一． 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
好了odm公司扯得有點遠(yuǎn)，現(xiàn)在讓我們聊聊手機(jī)cpu吧。cpu產(chǎn)業(yè)有兩種運作方式，一種是英特爾這類公式，自己設(shè)計自己生產(chǎn)。這樣的好處在于，電路設(shè)計跟工藝結(jié)合的緊密，對性能自己很好把控并且由于這種技術(shù)閉環(huán)能夠打壓其他公司。還有一種就是設(shè)計和生產(chǎn)是分開進(jìn)行的，比如高通，聯(lián)發(fā)科，三星以及我們的海思，他們的內(nèi)核來自ARM公司，而基本都采用的是臺積電的工藝。當(dāng)然，三星比較特殊，有自己的產(chǎn)線。而大家可以看到，手機(jī)cpu基本都是第二種產(chǎn)業(yè)方式，而這種方式離不開的就是ARM公司。
ARM的來歷和介紹就不多說了，大家都可以谷歌的到，反正就是很牛很久的公司。有多牛呢，可能很多微電子專業(yè)的同學(xué)最夢寐以求的工作就是去一家soc公司做研發(fā)，然而這些公司都是買ARM的授權(quán)，再進(jìn)行二次開發(fā)的。簡單來說ARM設(shè)計的cpu內(nèi)核比如有ARM 7 9 15等，這些東西通常以,硬件描述語言代碼的形式賣給客戶比如三星、華為、高通之類的下游公司，然后這些下游公司再進(jìn)一步設(shè)計最后生產(chǎn)出不同的產(chǎn)品。由于下游公司的思維方式不同，設(shè)計能力不同，所以同樣的授權(quán)下性能差異很大。
二． 生產(chǎn)工藝
設(shè)計說完了再來說說工藝。拿到了授權(quán)并且進(jìn)行了開發(fā)，產(chǎn)品是設(shè)計出來了，但是還需要一個好的產(chǎn)線把產(chǎn)品生產(chǎn)出來。就像蘋果設(shè)計出來的iphone再完美，也需要富士康這樣品控嚴(yán)格，管理優(yōu)秀的產(chǎn)線生產(chǎn)出來。而cup工藝中最優(yōu)秀的應(yīng)該是英特爾，然而我們之前說過了，英特爾有技術(shù)閉環(huán)，并不給別家代工。做代工比較好的主要有：臺積電（TSMC），臺聯(lián)（UMC），歐洲的意法半導(dǎo)體（ST）和三星（samsung）和大陸的中芯國際（SMIC）。最大的應(yīng)屬臺積電（TSMC）了，最新的量產(chǎn)工藝是16nm制程，優(yōu)秀的品控和良品率可以說是業(yè)界一家獨大，牢牢占據(jù)晶圓代工廠榜首位置。最近iphone的芯片門中和三星的14nm制程工藝對比就可以看的出其優(yōu)秀的產(chǎn)線和代工經(jīng)驗占盡優(yōu)勢。其次就是最近如火中天的三星了，最新的量產(chǎn)工藝制程是14nm，能量產(chǎn)出14nm的目前只有英特爾和三星。14nm制程的量產(chǎn)可以說讓三星在soc工藝中迎頭趕上，硬是在TSMC口中奪走一半的蘋果訂單，更是在Exynos 7420與驍龍810的巔峰對決中占盡優(yōu)勢，s6系列的強(qiáng)勢銷量扭轉(zhuǎn)讓三星手機(jī)部門的頹勢，除了優(yōu)秀影像功能和AMOLED的成熟，恐怕Exynos 7420更是功不可沒。大陸的中芯國際（SMIC）去年訂單量排名第五，雖然看起來成績不錯，但其實不到TSMC的10/1，據(jù)說前一陣和華為，高通聯(lián)合發(fā)開14nm制程，預(yù)計2020年量產(chǎn)，不過這個速度應(yīng)該還是和現(xiàn)在一樣只能占到中低端市場了。
三. 指令集架構(gòu)與核心架構(gòu)
知道cpu是怎么生產(chǎn)出來的了，那我們再來談?wù)刢pu。cpu我們接觸到的無非就是pc端的和手機(jī)端的。pc端的很簡單大家也都知道，就兩家：英特爾和AMD，pc端cpu用的復(fù)雜指令集（CISC）。手機(jī)端更簡單，沒錯，就是ARM！手機(jī)端使用的是精簡指令集（RISC）。大家還記得我們教科書里說過的龍芯嗎？很多人一直疑惑為什么龍芯不商用呢，性能不好也是可以慢慢趕上的嘛。這里要打擊一下大家的愛國情懷了，其實龍芯是不可能在pc端商用的，因為它所用的指令集MIPS嚴(yán)格意義上來說并不屬于復(fù)雜指令集，而屬于手機(jī)的精簡指令集（RISC），所以龍芯只能在linux系統(tǒng)環(huán)境下用在一些簡單服務(wù)器里邊。
所以說，無論是高通，三星，聯(lián)發(fā)科還是海思，并不能說是完全自主開發(fā)的芯片，因為他們都是建立在RAM的基礎(chǔ)上設(shè)計的。但是這里還有一點區(qū)別：
1. 指令集架構(gòu)
典型的有ARMV5 ARMV6 ARMV7以及最新的64位ARM指令集ARMV8等等，這個類似于臺式機(jī)上的IA32，他是一個指令集，僅僅定義了機(jī)器指令，寄存器結(jié)構(gòu)等等軟件開發(fā)者可以看到的最底層的東西，是軟硬件的接口。
2. 核心架構(gòu)
典型的有CortexA5，A7，A8，A9，A15，高通的蝎子，環(huán)蛇，以及早期的ARM9，ARM11等等。 他們對應(yīng)于某一種指令集架構(gòu)的具體核心實現(xiàn)方式，比如CortexA8，A9,A15以及高通的環(huán)蛇，蝎子都是基于ARMV7指令集架構(gòu)的不同核心架構(gòu)處理器。 ARM11則是分別基于ARMV6的指令集架構(gòu)。
ARM公司將自己研發(fā)的指令集叫做ARM指令集，同時它還研發(fā)具體的微架構(gòu)如Cortex系列并對外授權(quán)。大部分公司不僅采用了ARM指令也采用了ARM的微架構(gòu)。但是，一款CPU使用了ARM指令集不等于它就使用了ARM研發(fā)的微架構(gòu)。這個大部分中的例外就是高通了。
高通能在手機(jī)端cpu市場長盛不衰就是因為能夠繞過ARM研發(fā)出自主產(chǎn)權(quán)的微架構(gòu)。高通多次宣稱在相同工藝基礎(chǔ)上，高通自主微架構(gòu)在性能上往往領(lǐng)先同時代主流ARM標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，比如Scorpion性能領(lǐng)先于Cortex-A8，Krait領(lǐng)先于Cortex-A9。雖然個人認(rèn)為相同工藝下還是ARM架構(gòu)性能優(yōu)于高通架構(gòu)的，但是要知道高通擁有核心架構(gòu)設(shè)計能力就已經(jīng)是其他任何廠商望塵莫及的了。64位處理器高通和其他廠商一樣采用的是ARMCortex-A57+A53微架構(gòu)，但是明年量產(chǎn)的驍龍820將首次采用高通64位自主微架構(gòu)“Kryo”。這樣一來，高通相對于其他廠商在核心架構(gòu)上卻可以節(jié)省大量核心架構(gòu)授權(quán)費用，使其更具有成本優(yōu)勢，并且由于高通的大出貨量和高端市場的控制力能形成能優(yōu)勢壁壘。高通的強(qiáng)大出貨量使其成為相對的主流市場，那么前端軟件開發(fā)者在高通處理器上會做更多地軟件優(yōu)化。而其他廠商出貨量相對較少，并且和高通有著不同的核心架構(gòu)，這樣就很難被顧及，而高通就是利用這樣的優(yōu)勢壁壘將自己的優(yōu)勢一點點擴(kuò)大。這是很多人困惑，為什么Exynos 7420各方面完勝驍龍810可是在很多大型游戲上卻沒有驍龍810流暢的原因。 當(dāng)然明年三星的64位芯片Exynos8890將采用苦心研發(fā)多年的自主微架構(gòu)，代號為貓鼬(Mongoose)，性能及市場表現(xiàn)值得我們期待。
四. cpu的性能
前面說了這么多，這些都是導(dǎo)致cpu性能差異化的根本原因。很多消費者在判斷一款芯片性能的時候只看到廠價宣傳的頻率和核心數(shù)，其實架構(gòu)和工藝決定著一款cpu的性能極限。驍龍810對于不可一世的高通來說無疑是巨大的失敗，四核ARM Cortex A57和四核ARM Cortex-A53總共8個核心，大核主頻達(dá)到2GHz，小核主頻為1.6GHz，這些參數(shù)剛出來是確實讓人覺得驍龍810是個性能怪獸，然而實際中的發(fā)熱問題讓這塊cpu淪為雞肋。高通給出的原因是由于采用的ARM Cortex A57核心架構(gòu)出現(xiàn)了發(fā)熱問題，可是我們看看同樣采用這套64位核心架構(gòu)的Exynos 7420卻性能穩(wěn)定。其中最重要的原因就是三星采用了自家最新的14nm工藝，而高通采用的而是20nm工藝。Cortex A57性能固然強(qiáng)悍，可是高通卻沒有駕馭得了。在各個手機(jī)廠商搭載了這顆cpu的旗艦手機(jī)一個個相繼淪為暖手寶的時候，高通只能無奈的推出了驍龍808，也就是減少了兩個Cortex A57大核心采用6核方案緩解發(fā)熱問題。我在實驗室測過無數(shù)搭載驍龍810的機(jī)器，，沒有一個是8核全開過的，大部分機(jī)器平時只開4個小核，玩大型游戲的時候軟件才會打開兩個大核心，而剩下兩顆大核只是擺設(shè)，沒有見任何一家大廠商用過。而在三星和高通的巔峰對決之外，MTK很聰明的用了8個Cortex-A53小核心推出自己的旗艦Helio X10繼續(xù)鞏固著自己的中低端市場份額，讓驍龍615銷量慘淡。Helio X10的穩(wěn)定性好，性能夠用，這也是很多國內(nèi)千元機(jī)市場的首選cpu。
說到這，大家應(yīng)該能夠感覺得到工藝和架構(gòu)對于cpu的影響不亞于核心數(shù)和頻率了。再舉個栗子吧，如今主流手機(jī)CPU都是六核，八核，聯(lián)發(fā)科甚至開始研發(fā)十核了，為什么性能和pc端cpu還是有一定的差距呢？沒錯，指令集不一樣，核心架構(gòu)不一樣是最根本的原因。復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC）和X86、X64的微架構(gòu)與手機(jī)完全不同。手機(jī)多核其實應(yīng)該叫多CPU,將多個CPU芯片封裝起來處理不同的事情，就是大家所說的膠水核心，也就是被強(qiáng)行粘在一起的意思。在待機(jī)或者空閑的時候，八核的手機(jī)也只能用到一至兩個核心。而電腦則不同，PC的多核處理器是指在一個處理器上集成了多個運算核心，通過相互配合、相互協(xié)作可以處理同一件事情，是多個并行的個體封裝在了一起。用一句話概括，就是并行處理，雙核就是單車道變多車道。這不是說優(yōu)劣的問題，而是定位的不一樣。手機(jī)CPU要功耗低、廉價。所以采用ARM架構(gòu)的CPU，運算能力大大低于電腦CPU的運算能力，同等頻率CPU浮點運算能力相差在幾千到上萬倍。
五. 手機(jī)GPU
其實這篇主要想說cpu的，不太想GPU不然又要扯太遠(yuǎn)。但是手機(jī)的cpu和GPU很難分開，就大概說一下現(xiàn)狀好了。
GPU也就是圖形核心，所有與3D圖形有關(guān)的運算都與它有關(guān)，關(guān)系最直接的就是3D游戲的流暢度——即使CPU再強(qiáng)，如果GPU很弱，你玩3D游戲都不可能流暢。目前，市面上主流的移動GPU由三家公司生產(chǎn)：英國Imagination和ARM以及美國高通。而著名顯卡芯片商美國NVIDIA公司則已悄然退出手機(jī)GPU市場，從這我們也可以看出pc與手機(jī)的市場差異。
Imagination公司在我看來是手機(jī)GPU市場實力最具實力的公司，然而可惜的是他已被蘋果收購（蘋果占大股）。我們在最新iphone上用到的GPU就是他家最強(qiáng)GPU，個人感覺比安卓陣營的旗艦都要好。當(dāng)然我們在安卓市場也可以看到他的身影：PowerVRG6200。但是并不是該公司的最強(qiáng)產(chǎn)品了，Helio X10集成的就是PowerVR G6200。
ARM的Mali目前可以說是安卓陣營的主流GPU了。隨著前一陣首次搭載Mali-T880的麒麟950發(fā)布，Mali-T760時代應(yīng)該要過去了。Exynos 7420應(yīng)該是代表作了，比較穩(wěn)定，但整體性能稍遜于Adreno 430。
除NVIDIA幾乎為平板專用外，安卓陣營廣泛采用的GPU中，目前最強(qiáng)勁的當(dāng)屬整合于驍龍810的adreno 430，其3D跑分已達(dá)15017分。雖然整體性能,不如蘋果A9，但新產(chǎn)品adreno530即將到來，值得大家期待。
六． 展望（驍龍820/三星8890/ Helio X20/麒麟950）
各廠商明年的主打旗艦芯參數(shù)都已經(jīng)出來了，從中可以看到各家芯片的差異化。除了關(guān)于高通Kyro和三星貓鼬自主內(nèi)核的更具體細(xì)節(jié)還有所隱藏，我們先看看采用ARM公版設(shè)計的HelioX20和麒麟950。
海思、聯(lián)發(fā)科繼續(xù)采用ARM的big.LITTLE架構(gòu)設(shè)計，就是以高性能與低功耗CPU內(nèi)核混合為基礎(chǔ)，目的是針對不同的任務(wù)平衡功耗和性能。不同的是海思繼續(xù)采用4顆A72+4顆A53的8核心設(shè)計，而聯(lián)發(fā)科仍堅持“多核”戰(zhàn)略，甚至在Helio X20中進(jìn)擊的采用了10核心設(shè)計，將低、中、高三組不同檔次內(nèi)核組合到一起，能夠在不同場景中從低功耗內(nèi)核快速平穩(wěn)切換到高性能內(nèi)核。不過聯(lián)發(fā)科很小心的只加入了兩顆A72大核心，剩下八顆都為A53小核心，秉承了MTK不刻意追求性能堆積的思路。
高通在經(jīng)歷了驍龍810的滑鐵盧之后使用自家的首個64位核心架構(gòu)Kyro。驍龍820中使用了4個架構(gòu)幾乎相同，但不同頻率的內(nèi)核組成兩組異構(gòu)CPU集群來滿足不同的使用場景。由于驍龍820并沒有協(xié)處理器，所以高通為此準(zhǔn)備了重新設(shè)計的Hexagon 680 DSP，作用相當(dāng)于完全獨立的“協(xié)處理器”。
三星終于也走向了自主定制高性能CPU內(nèi)核的道路，最新的Exynos 8890 SoC芯片芯片中有4個是定制內(nèi)核。三星表示，在定制內(nèi)核的幫助下，Exynos 8890相比Exynos7420性能提升30%，能效也提升了10%。不過與高通不同的是，三星的芯片仍采用了ARM的big.LITTLE設(shè)計方案，即4個定制的高性能CPU內(nèi)核加上4個低功耗的Cortex-A53內(nèi)核。
毫無疑問，與海思和MTK不同的是，高通和三星都在為單核性能提升而努力，而且也都在設(shè)計更適合智能手機(jī)的芯片，無論是性能還是能耗方面，真的輸贏還說不準(zhǔn)，因為他們都采用了定制的高性能CPU內(nèi)核，而非ARM直接提供的Cortex-A72內(nèi)核，能效的收益應(yīng)該比公版更加客觀。
GPU方面，聯(lián)發(fā)科的Helio X20和海思的麒麟950均此是ARM公版GPU，而且也都定制了四核設(shè)計。三星沒有公布Exynos 8890中 Mali-T800的核心數(shù)量，不過初步測試有可能是Mali-T880MP12，也就是12個圖形核心，性能肯定要比聯(lián)發(fā)科和海思好上不少。真正采用自家GPU的在這之中只有高通了。根據(jù)高通的表述，新一代型號為Adreno 530的GPU，與Adreno430相比可提供高達(dá)40%的圖形處理性能、計算能力和功率利用率，同時還能降低40%的功耗。
工藝制程方面，Exynos 8890無疑繼續(xù)著領(lǐng)先優(yōu)勢，將繼續(xù)享受三星14nm工藝帶來的利好。高通在落后一年多時間之后也宣布驍龍820講采用14nm工藝，不出意外應(yīng)該也是三星產(chǎn)線。麒麟950采用臺積電成熟的16nm產(chǎn)線，在iphone的A9上臺積電的這條產(chǎn)線已經(jīng)展現(xiàn)實力。而MTK將繼續(xù)采用主流的20nm工藝制程。
可以預(yù)見的是，麒麟950在GPU方面與其他廠商縮小了差距，但其主要陣地依然是華為自家旗艦。性能堆砌并不是海思的特長，但華為專注于優(yōu)化和整合讓我們對海思的未來胸有成竹。Helio X20的定位和Helio X10一樣，優(yōu)秀的多核心計算能力和能耗控制對日使用來說無比重要，不出意外的話應(yīng)該是明年各手機(jī)廠商終端機(jī)的標(biāo)配芯。
不可預(yù)見的就是Exynos 8890與驍龍820的對決?？梢钥吹?strong style="outline: 0px;">三星在基帶和GPU這些自己的弱勢方面有了長足的進(jìn)步，加上三星縱深整合產(chǎn)業(yè)鏈的能力強(qiáng)大無比，相信Exynos7420只是三星成功的第一步。第一次采用自主架構(gòu)的Exynos 8890只能在S7上得到檢驗了。驍龍820也將首次采用高通的64位核心架構(gòu)Kryo，回歸自己的4核設(shè)計。在經(jīng)歷了驍龍810的公版設(shè)計水土不服后，相信Kryo的成功會讓高通吃下一顆定心丸。性能方面并不好說但和公版相比應(yīng)該差不了多少，但可以肯定的是能耗方面一定比驍龍810好上不少。性能突出，如果能耗也能穩(wěn)定，還有adreno530的加持，相信高通會強(qiáng)勢回歸的。但三星14nm工藝產(chǎn)線明年應(yīng)該產(chǎn)能很緊張，自家Exynos 8890肯定會優(yōu)先照顧，蘋果的大訂單也不會輕易丟掉，就不知道會不會影響到驍龍820的產(chǎn)量了。
七. 尾巴
好了，每天晚上寫一點，不知不覺謝了這么多，希望大家能夠有所收獲。本人還是手機(jī)行業(yè)的初學(xué)者，以上內(nèi)容可能有不正確的結(jié)論或言論，歡迎大家指正。后面有時間還會和大家聊一聊手機(jī)屏幕那些事，期待我們下一次的搞機(jī)之約。
轉(zhuǎn)自：什么值得買
;){kind=link}