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同是四核大不同!主流手機處理器技術解析
手機，最初的出現(xiàn)僅僅是為了解決人們及時溝通的問題。不過隨著科技的發(fā)展，手機也逐漸被賦予了更多的功能。時至今日，使用手機上網(wǎng)、聊天、看視頻、聽音樂、導航、購物、圖片處理、文字辦公、收發(fā)郵件等內(nèi)容讓手機幾乎無所不能。
功能的增加也讓手機的性能隨之井噴式的增長。幾年前我們還在為一款單核心手機的運行頻率而糾結(jié)，到了今天，我們則開始更加關注手機的核心數(shù)量。單核心顯然已經(jīng)被大多數(shù)手機廠商所淘汰，即使是雙核心處理器也幾乎都淪落到了入門級手機產(chǎn)品當中，而四核心手機才是時下手機市場的真正主導者。那么，你是否真的了解四核心手機處理器呢?
相信對于絕大多數(shù)手機用戶而言，選購如今的手機時僅僅會關注手機是否四核心產(chǎn)品而已，但實際上，同樣是四核心處理器，也有非常大的差距。為用戶帶來的直觀感受就是：發(fā)熱量不同、待機時間不同、實際運行速度不同、游戲娛樂體驗不同等等等等。今天，我們就要從四核心手機的架構說起，讓大家真正的了解目前手機處理器當中，四核心產(chǎn)品究竟有多大的差別。
究竟什么是ARM呢?
想要了解如今手機的四核心處理器，我們還是先要從ARM說起。相信對手機處理器有一定了解的人都聽說過ARM這個詞，那么什么是ARM呢?
ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關技術及軟件。技術具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應用等。簡單而言，ARM就是專為手機/平板處理器設計CPU架構的一家廠商，但他本身并不會生產(chǎn)處理器，而是將這一技術提供給芯片廠商去生產(chǎn)，包括NVIDIA、高通、德州儀器、三星、華為等，可以說，目前主流的手機處理器都是ARM設計的架構。
既然是ARM設計的處理器架構，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方面：一方面，ARM本身處理器的架構就會分為很多種，就好比Intel的處理器架構每年的更新?lián)Q代一樣，ARM處理器架構每年也都會進行更新?lián)Q代;另一方面，不同芯片廠商之間的物理架構設計也會存在很大的區(qū)別，例如NVIDIA的Tegra 3就創(chuàng)新的采用了4+1核心設計并且申請專利，其他廠商則無法效仿。
幾款主流處理器架構設計
那么接下來，對應如今的四核心手機處理器我們就從這兩個方面說起，首先來看看在ARM的處理器架構設計方面，手機處理器會存在怎樣的區(qū)別。
在近年的手機市場當中，ARM手機處理器大多基于ARMv7-A架構設計而來，不過即便都采用了相似的架構設計，但是根據(jù)性能以及發(fā)布時間來看，手機處理器同樣會存在非常大的差距。以下我們就以產(chǎn)品型號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設計：
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上看到的規(guī)格最高的處理器架構，不過目前采用這種處理器架構的產(chǎn)品寥寥無幾，目前僅有三星的Nexus 10平板電腦在使用。
Cortex-A15 MPCore處理器具有無序超標量管道，帶有緊密耦合的低延遲2級高速緩存，該高速緩存的大小最高可達4MB。浮點和NEON媒體性能方面的其他改進使設備能夠為消費者提供下一代用戶體驗，并為 Web 基礎結(jié)構應用提供高性能計算。Cortex-A15處理器可以應用在智能手機、平板電腦、移動計算、高端數(shù)字家電、服務器和無線基礎結(jié)構等設備上。
Cortex-A9處理器
Cortex-A9處理器是目前我們見到的最多的處理器架構，目前主流四核處理器都采用了Cortex-A9設計，包括NVIDIA、三星、德州、華為等等。
Cortex-A9 微體系結(jié)構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)。可伸縮的多核處理器和單核處理器支持 16、32 或 64KB 4 路關聯(lián)的 L1 高速緩存配置，對于可選的 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，均適用于特定應用領域和市場。 Cortex-A8處理器
Cortex-A8處理器則更常見于單核心手機處理器當中，是目前市場上入門級手機最常采用的產(chǎn)品，也是ARMv7-A系列當中的首款產(chǎn)品�？梢钥吹降漠a(chǎn)品包括蘋果iPhone 4、三星i9000等手機均采用這一方案。
Cortex-A8處理器主頻在1GHz以上，可以滿足需要在300mW以下運行的移動設備的功率優(yōu)化要求;以及需要2000 Dhrystone MIPS的消費類應用領域的性能優(yōu)化要求。
Cortex-A8 高性能處理器目前已經(jīng)非常成熟，從高端特色手機到上網(wǎng)本、DTV、打印機和汽車信息娛樂，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處理器的特點是在保證性能的基礎上提供了出色的低功耗表現(xiàn)，它可以當做一款協(xié)核心處理器使用，同時也可以當做一款獨立核心使用，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)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，也就是最入門的一款處理器產(chǎn)品。Cortex-A5處理器推出時間較早，應用產(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，同時還保持與經(jīng)典ARM處理器(包括ARM926EJ-S、
ARM1176JZ-S和 ARM7TDMI)的向后應用程序兼容性。它更像是一款ARM用于早期處理器與如今處理器之間的過渡產(chǎn)品。
前文介紹了，在如今的手機市場當中，四核心處理器大多基于ARM的Cortex-A9處理器授權而來，包括了NVIDIA的Tegra 3、三星Exynos4412的以及華為的海思k3v2。而這其中，在市場當中應用最為普遍或者說占據(jù)主導地位的則非NVIDIA的Tegra 3莫屬。當然，如今手機市場上的四核心產(chǎn)品并非這三款，實際上還有一款來自高通最新推出的MSM 8X250Q系列產(chǎn)品，但這款產(chǎn)品比較特殊，僅采用了Cortex-A5架構設計。接下來，我們就將這四款四核心處理器一一為大家進行介紹。
NVIDIA Tegra 3處理器
首先，我們還是先來了解一下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的手機已經(jīng)開始在市場當中出現(xiàn)，造就了手機市場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稱式專利技術(vSMP)的核心架構設計，擁有四個基于Cortex -A9的主核心和一個協(xié)助處理器，四個Cortex-A9處理器頻率最高可達1.5GHz，而協(xié)處理器的頻率則保持在500MHz以下。
協(xié)助處理器可以應付后臺任務、郵件及社交媒體的同步等操作。但協(xié)同處理器無法滿足操作需求的時候，四個主核心會以一顆、兩顆、四顆的順序依次介入。所以基本運行狀態(tài)下，并非四核全部開啟，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設計而成的，然而卻擁有同主核心相同的內(nèi)部架構。因為它是利用低功耗工藝技術制造的，以低性能模式運行，所以它的功耗低于這些采用高速工藝技術制造的主CPU核心。在Tegra3處理器上測得的性能功耗比顯示，協(xié)核心在500MHz以下工作時可實現(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技術通過利用協(xié)核心最大限度降低活動待機狀態(tài)下的漏電功耗，同時利用四個主核心最大限度降低峰值工作頻率下的動態(tài)功耗，從而可大幅降低整體功耗。根據(jù)使用場合，vSMP技術能夠動態(tài)地啟用和關閉CPU核心，從而在盡可能低的功耗下實現(xiàn)想要的性能。 除了在核心處理器架構上的全新設計外，在顯示核心方面，NVIDIA也將GeForce核心升級到了12核心ULP超低功耗GPU。在這方面NVIDIA可以說是熟門熟路，Tegra 3的GeForce ULP處理單元從上一代的8個提升到了這一代的12個，同時性能提升了100%以上。更為關鍵的是Tegra 3開始支持諸如PhysX、CUDA等原本是電腦平臺上才有的高級功能，實時光照、紋理生成等傳統(tǒng)效果更不在話下。
我們通過截圖對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游戲畫面究竟有多大的提升了：
非Tegra 3顯示核心運行游戲畫面
Tegra 3顯示核心運行游戲畫面
可以看到，三倍于Tegra 2性能的Tegra 3帶來了更好的游戲畫面，運行同一款3D游戲，Tegra 3處理器的GPU可以渲染出更多的動態(tài)光影、物理特效和高分辨率的環(huán)境，提升使用手機和平板運行游戲的代入感。
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中應用最為廣泛的處理器，應用產(chǎn)品包括了手機中的HTC ONE X、LG Optimus 4X、天語大黃蜂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，單核達到1.4GHz，不過三星采用了HKMG的32nm工藝制程。從制程方面來說，已經(jīng)突破了40nm大關，從性能上相比Tegra 3有著一定的提高。而32nm帶來的最顯著的提高是能耗方面，在之前45nm的4210時代，待機能耗成為了三星的致命傷，但是將架構更新到32nm之后，這個問題得到了較大的改觀，按照官方的說法，功耗被減小20%。而4412支持的內(nèi)存是雙通道LPDDR2 1066。
不得不說，在處理器性能方面，三星絕對是目前四核處理器當中的佼佼者，從當年的Exynos 4210改良而來的Exynos 4412憑借著更先進的工藝讓功耗得到了控制，而四核心的出色性能表現(xiàn)也讓手機的性能得到了最大提升。不過三星在多核心的功耗優(yōu)化方面卻沒有太大的突破，相信未來這極有可能成為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“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升級為400MHz，從而實現(xiàn)了圖形處理能力大約50%的提升(官方說法)。不過這顆圖形處理器有一個很大的缺點，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。而兼容性問題會在一些大型游戲中得到體現(xiàn)。
目前使用三星Exynos 4412處理器的手機僅有三星GALAXY SIII、魅族MX四核版、聯(lián)想K860，售價普遍偏高，且功耗控制將會成為一大困擾。
華為 海思K3V2處理器
海思K3V2，是華為自主設計的四核處理器，也是首個國產(chǎn)手機四核心處理器，同時它也號稱是2012年業(yè)界最小的四核處理器。當然，海思K3V2同樣基于Cortex-A9架構設計，其主頻可分為1.2GHz和1.5GHz兩個版本，該處理器的規(guī)格為12*12mm，其生產(chǎn)工藝是臺積電40nm。
海思K3V2 支持智能功耗性能調(diào)節(jié)( Intelligence PowerPerformance Scaling)技術，為手機節(jié)能打下了一定的基礎。同時，它還擁有非常豐富的外設接口以及傳感檢查功能，對手機/平板的擴展帶來了最好的支持。
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)達到了每秒可以生成2億個多邊形、填充25億個像素點以及峰值48GFLOPS的運算能力，如果兩顆這樣的核心，那么其性能同樣將會非常出色。
作為首款國產(chǎn)手機四核心處理器，華為在芯片推廣方面并沒有太多的作為。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)布的一款手機四核心處理器產(chǎn)品。MSM 8x25Q系列處理器將會包括兩款產(chǎn)品，型號分別為面向低端的MSM8225Q和面向高端的MSM8625Q，全部基于Cortex-A5架構設計。高通的MSM 8x25Q 可以看做是之前MSM8x25雙核處理器的升級版產(chǎn)品，為了最大限度地方便客戶縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，高通只是在內(nèi)部線路上稍作修改，最難搞定的射頻模塊等全部由QRD代勞，終端廠商完全不必擔心。
MSM8x25Q四核處理器支持單通道LPDDR2內(nèi)存，支持雙SIM卡設計，提升后的總線帶寬最高可支持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)品完全不在一個等級。
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
總體來說，高通的這一系列四核心處理器仍然處于一個非常落后的水平上，首先非常落后的Cortex-A5架構本身就存在著執(zhí)行效能低下、功耗控制不良的問題，加上高通技術不成熟的28nm工藝，讓MSM 8x25Q的功耗、效能成為一大問題。另外，非常落后的顯示芯片已經(jīng)是幾年前手機的標準配置了，放在如今的四核心手機上幾乎喪失了游戲性能。
當然，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80萬像素等等都將會是困擾用戶的問題。
四款當下最新的手機四核心處理器介紹完了，相信大家對手機核心已經(jīng)有了一個大概的認識。如果以性能來排序的話，三星的Exynos 4412自然首當其沖，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。 對于如今的手機產(chǎn)品選購而言，有了性能的排序，相信大家對產(chǎn)品選擇難度也就不高了。不過在這里，小編還是要啰嗦兩句。雖然三星Exynos 4412在性能排名上爭當?shù)谝�，但是使用這款處理器的手機少之又少，作為代表的三星Galaxy S III、Galaxy Note II售價高高在上，實在難以企及，并且還有GPU兼容性的問題同樣是需要用戶選購時需要注意的。
Galaxy Note II的價格絕非一般人能接受
而高通方面落后的A5處理器架構、差強人意的功耗控制以及老舊的GPU核心等問題，我想大家就可以直接將其排除了。如果消費者對于架構較難理解，那么我們可以舉個最簡單的例子，三星、NVIDIA、華為都采用了較新的A9處理器架構，加上四個核心，我們可以看做它的計算能力就是“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才是用戶需要真正考慮的。目前，采用Tegra 3芯片的手機產(chǎn)品幾乎涵蓋了千元出頭到3、4千元價位的不同產(chǎn)品，無論是高、中、低端消費者都能夠體驗到相同的性能表現(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非但沒有讓后來者居上，反而讓我們想到了“姜還是老的辣”這一諺語。在NVIDIA的出色設計面前，后期推出的幾款四核心處理器要么太過匆忙、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的出色設計，同時也是對NVIDIA這樣大廠實力的體現(xiàn)。
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