手机、平板CPU

手机、平板 CPU    想必大家都知道，处理器是影响手机以及平板性能的最关键的因素，像德州仪器、高通、 英伟达以及三星等主流的处理器厂商，大家都已经耳熟能详。但是很多人并不知道，其实它 们大部分采用的都是同一个架构——ARM 架构。 实际上，处理器采用的架构才是影响处理器性能的关键因素。手机中采用的ARM架构， 从最早的 ARM9 到如今主流的 Cortex-A15，已经经历了多次的更新换代，每一次的升级都 带来了性能的大幅提升。 如今，可供平板制造商选择的处理器芯片越来越多，很多人在关注手机处理器的同时却 不知平板电脑上也有非常多版本的处理器，这些品牌的处理器各自都有什么优点？今天笔者 将为大家一一解答。 什么是处理器的架构？ 架构做为处理器的基础，对于处理器的整体性能起到了决定性的作用，不同架构的处理 器同主频下，性能差距可以达到 2-5 倍。可见架构的重要性。但架构究竟是什么？ ARM 架构的处理器 为了大家更好的理解，我们不妨做个比喻，架构就像是一座建筑的结构部分，而处 理器就相当于一个完整的建筑，只有有了稳定的结构作为基础，才能建造出各式各样的房子。 换句话说，架构只相当于一座建筑的框架，至于最后建造出来的房子长什么样，舒适度如何， 就是由处理器厂商自己决定了。不过有一点需要说明，假如结构的设计值是十层，容纳人数 的上限是 100 人，那么最后建好的房子也不能超过这个上限。这也就是说，采用相同架构 的处理器，性能基本上已经锁定在一定的范围之内，不会有本质的区别。所以，看处理器的 性能要先看架构。 ARM 架构 目前，手机以及平板处理器的架构主要有 ARM 和 Intel X86，我们知道 Intel X86 架构 在 PC 中占据着无法撼动的霸主地位，包括 Intel 主要的竞争对手 AMD 在内，都是使用的 X86 架构，然而在平板处理器领域，X86 只能算是初出茅庐的菜鸟，目前市场上采用 X86 架构的平板很少，但这依旧明 X86 架构的处理器也在不断的探索前行。 ARM 架构处理器的应用 ARM 架构在手机处理器领域占有 90%的市场份额，处于绝对的垄断地位。目前主流的 处理器芯片厂商几乎都是采用了 ARM 架构，比如，高通、德州仪器、英伟达、三星及苹果 等。 目前千元级的低端的平板电脑处理器一般还在采用比较陈旧的 ARM-A8 架构，现在主 流的中端平板处理器基本上都采用了 ARM Cortex-A9 架构，速率可以在 1GHz 到 1.5GHz 的范围内调节，同频下，比 ARM-A8 性能提升 3 倍以上，而功耗却大大降低。 现在最先进的处理器架构是 ARM Cortex-A15，相对于 ARM Cortex-A9，最大的区别 在于支持多核心和乱序执行，并且性能继续得到了很大的提升。目前的大部分四核处理器都 采用了 ARM Cortex-A15 架构，比如 Tegra 4、三星的 5250 以及苹果的 A6 处理器，高通 最新的 600/800 系列处理器则是采用最新的 Krait 400 架构。而高通这一处理器的架构性能 能和 ARM Cortex-A15 性能相媲美，但 800 系列的处理器要等到今年年中才能出货。   工艺制程问题 制程工艺的纳米是指 IC 内电路与电路之间的距离。更小的制程也就意味着更低的功耗 和散热，同时在同样面积的芯片上更小的制程也就能集成更多的晶体，而晶圆的数量又是决 定处理器性能的关键因素，所以，工艺制程越先进，处理器性能越强。手机处理器从较早的 90 纳米，到后来的 65 纳米、45 纳米、32 纳米一直发展到目前的 28 纳米，而 16 纳米制程 工艺将是下一代 CPU 的发展目标。 芯片的工艺制程和架构是同时发展的，一般采用更新架构的处理器也会应用更先进的工 艺制程。目前低端平板市场一般还在使用比较落后的 45 纳米制程工艺。比如全志 A10 以及 瑞芯微 29 系列这些处理器一般性能比较差，功耗也很高，但由于这些厂商之前都是给国内 的 MP4 或者 MP5 厂商代工处理器，因此这些处理器在视频解码能力上甚至要好于很多国 际大牌处理器的解码能力，采用这些处理器的平板一般价格都不会很高，但对于一些软件及 游戏的兼容性 就远远不入目前主流的高通、三星以及英伟达了。 ARM Cortex-A9 架构图 在 ARM Cortex-A8 时代，工艺制程已经提升到了 65 纳米级，比如德州仪器 OMAP34x0 系列等，甚至有些已经提升到 45 纳米级，比如德州仪器 OMAP36x0 系列、高通骁龙 S2/S3 系列和三星蜂鸟处理器等。 TI OMAP 3xxx 处理器工艺制程 到了 ARM Cortex-A9 时代，双核处理器的工艺制程一般都达到了 45 纳米级，比如德 州仪器 OMAP44x0 系列，三星猎户座处理器等，而英伟达 Tegra 2 和 Tegra 3 的工艺制程 达到了更为先进的 40 纳米。这些处理器一般应用在当时的主流平板当中，比如亚马逊的 Kindle Fire 以及摩托罗拉的 XOOM 和三星的 Galaxy 平板系列。 ARM Cortex-A15 架构图 而最新的高通骁龙 S4 系列处理器已经达到了 28 纳米的工艺制程，理论上性能比采用 A9 架构双核处理器的手机高出 60%以上，而且具有更低的功耗以及更小的芯片尺寸。 三星自家处理器 Exynos4412 解析 2012 年初，三星正式推出了自家的首款四核移动处理器 Exynos 4412。和 Tegra 3 一 样，同样采用的是 Cortex-A9 架构，核心最高频率均为 1.4Ghz。制程工艺方面，Exynos 4412 突破了 Tegra 3 40nm 大关，而三星 Exynos 4412 是全球第二款出货的四核心处理器，从性 能上相比 Tegra 3 有着一定的提高。而 32nm 带来的最显著的提高是能耗方面，在之前 45nm 的 4210 时代，待机能耗成为了三星的致命伤，但是将架构更新到 32nm 之后，这个问题得 到了较大的改观，按照官方的说法，功耗被减小 20%。而 4412 支持的内存是双通道 LPDDR2 1066。 三星 Exynos 4412 处理器 在处理器性能方面，三星绝对是目前四核处理器当中的佼佼者，从当年的 Exynos 4210 改良而来的 Exynos 4412 凭借着更先进的工艺让功耗得到了控制，而四核心的出色性能表 现也让手机以及平板的性能得到了最大提升。目前国内很多手机以及平板厂商都采用了此款 处理器，这款处理器也不再是三星一家独大。 三星 Exynos 4410 和三星 Exynos 4412 对比 在图形处理器方面，三星 Exynos 4412 搭载的是经过“超频”的 Mali-400MP，相比双核 上的 Mali-400MP，4412 上已经将原先的核心频率从之前的 266MHz 升级为 400MHz，从 而实现了图形处理能力大约 50%的提升。不过这颗图形处理器有一个很大的缺点，就是兼 容性一般，这主要是由于支持的纹理单一，并且不兼容许多主流特效造成的。而兼容性问题 会在一些大型游戏中得到体现。 最强双核 OMAP4470 解析 在市面上的众多双核处理器中，美国德州仪器 TI OMAP4470 堪称全球最强双核，主要 表现在保持低功耗的同时，最大限度地提高用户体验。OMAP4470 采用智能多内核架构， 具备 2 个 Cortex-A9 内核和 2 个实时电源效率 Cortex-M3 内核，以及 1 个最新 2D 图形处 理器与 Imagination PowerVR SGX544 增强型 3D 图形技术。其高效率智能架构与电源管理 技术包含热耗散，可在不消耗电池的情况下实现最高性能。 OMAP4470 性能更强 OMAP4470 处理器在设计的时候加入了 Android 与 Windows 8 理念，在图形性能与存 储器带宽两方面的大幅改进，为推动新产品做了铺垫。其更大进步在于 GPU 领域，其内嵌 图形核心从 OMAP4430/4460 的 PowerVR SGX540 升级为更强大的 PowerVR SGX544。 更重要的是提供了 DirectX 9 支持，从而对 ARM 版 Windows 8 有更好的支持。 OMAP4470 PowerVR 系列 GPU 具有强大的性能和良好的兼容性，使其广泛应用于各品牌手机、 平板电脑中。其中让人们熟知的则是苹果 iPhone 和 iPad 系列，从 iPhone 一代的 PowerVR MBX-Lite 到 The New iPad 的 PowerVR SGX543MP4，PowerVR 系列 GPU 一直给着苹果 强大的图形处理支持，而三星的“银河”首作 Galaxy S 也使用 PowerVR SGX540。而 OMAP4470 内置了 PowerVR SGX544，则是该 GPU 系列最顶级的型号，三角形输出率达 到 88M/s，像素填充率达到 1250M/s。目前国产的智器和亚马逊的 Kindle Fire HD 都是采 用此款处理器。 四核 28nm 制程 瑞芯微 RK3188 解析 这款处理器由国内品牌瑞芯微设计，台积电代工制造。这也是继高通 APQ8064 之后第 二款、国内首款采用 28nm 工艺的四核移动芯片，主要面向平板产品。RK3188 采用四核 Cortex-A9 核心，官方宣称运算速度比 Cortex-A7 提升 35%，除了性能强劲之外，全新 28nm 工艺还带来了更低的功耗，相比 45nm LP SoC 低功耗工艺，新工艺性能提升 55%的，功耗 节省 60% 。 瑞芯微 RK3188 处理器 RK3188 处理器采用双核 ARM Cortex-A9 架构，最高主频可达 1.4GHz，采用 40nm 制 程，支持多种内存类型，如 DDR3，DDR2 和 LPDDR2，还支持 OpenVG 1.1， OpenGl ES 1.1/2.0。 瑞芯微 RK3188 RK3188 所采用的图形系统为 ARM Mali-400 MP，该款图形系统支持采用多核 GPU，所 以瑞芯微为其搭载了 4 个 GPU。支持 1080P 多格式视频解码，并且支持立体 3D H.264 MCV 视频编码。嵌入式 HDMI 1.4a，支持 3D 显示。如今该款处理主要应用在国内一些平板厂商 的产品中如原道、台电等。由于其成本较低，因此应用在平板产品上价格不会很高。 四核 Cortex-A7 全志 A31 解析 全志 A31 是珠海全志科技股份有限推出的一款四核移动应用处理器，其可应用于平板 电脑、智能手机、智能电视等领域。采用 4 核 Cortex-A7 CPU 架构，全志 A31 芯片搭载八 核 GPU，可支持视网膜屏流畅运行，并且运行高分辨率下的屏幕程序及游戏也将变得毫无 压力。内置 Imagination 8 核 Power VR SGX544 图形显示芯片，八颗显示引擎，使像素填 充率达 3000M/S，三角形渲染也同样达 100M/S，游戏渲染的画质进一步提升，锯齿更少， 画面更加细腻。 全志 A31 架构 A31 还展现了全志第四代视频处理技术，支持最高达 4096×2304 像素分辨率的 4K 视 频解码，4K 播放器还支持多视频悬浮显示；视频引擎接口更加开放，开放的 OpenMax 接口。 ARM Cortex-A7 架构处理器的体系结构和功能集与 Cortex-A15 架构处理器完全相同， 不同之处在于，Cortex-A7 处理器的微体系结构侧重于提供最佳能效,它在每个时钟周期内 只能有序执行两条,在这方面它要落后于支持乱序执行且在一个时钟周期内可以执行四条指 令的 Cortex-A9 以及 Cortex-A15 架构处理器。 Cortex-A7 CPU 架构 全志 A31 拥有功耗管理系统。其内置智能电源管理芯片 AXP221，A31 在其配合下可 实现电源动态管理，同时，A31 还配备了一颗专门用于超低功耗管理的核心，实现了超长续 航。A31 集成 4 lanes MIPI CSI 接口，最大支持 1200 万像素摄像头，目前国内多数平板品 牌采用该四核芯片，因为其更低的成本使得很多厂商推出更多售价较低的四核平板。 华为海思 K3V2 处理器 海思 K3V2，是华为自主设计的四核处理器，也是首个国产手机四核心处理器，同时它 也号称是 2012 年业界最小的四核处理器。当然并不是说起制程而是处理器整个大小。海思 K3V2 同样基于 Cortex-A9 架构设计，其主频可分为 1.2GHz 和 1.5GHz 两个版本，该处理 器的规格为 12×12mm，其生产工艺是台积电 40nm。 海思 K3V2 处理器 海思 K3V2 支持智能功耗性能调节（ Intelligence PowerPerformance Scaling）技术， 为手机节能打下了一定的基础。同时，它还拥有非常丰富的外设接口以及传感检查功能，对 手机/平板的扩展带来了最好的支持。 Vivante GC4000 参数对比 图形显示方面，海思 K3V2 采用了两颗 Vivante GC4000 组成 16 核的 GPU 图形处理 器。作为首款国产手机四核心处理器，华为在芯片推广方面并没有太多的作为。目前我们能 够看到采用这款处理器的产品仅仅局限于华为自己的产品，如华为的 MediaPad 10 FHD 和 MediaPad 10 Link。 高通处理器解析 产品 Sna 异步 220 持 1 MSM 显示 移动 设计 高通骁龙 S 品。提高集成 apdragon S3 步的处理方式 图形处理器 080p 视频播 MSM8660/ M8260 相同 示屏终端设计 在 MWC20 动通信行业的 计和技术，从 Snapdragon 成度并提升性 3 为 1.2-1.5G 式，在能耗方 器，支持使用 播放，最高可 /8260 采用了 ，不同之处在 计的处理器。 011 高通上推 的处理性能提 从而满足智能 S3 处理器， 性能。芯片组 GHz 双核 Sc 方面比其他的 Open GLES 可支持 1600 高通骁龙 S 了双核 Scorp 在于 AQP80 高通骁龙 S 推出了代号为 提高到新的水 能连接、高性 是运算速度 平台包括 MS corpion 处理 双核处理器会 S 2.0 和 Ope 万像素摄像头 Snapdragon pion 处理器， 060 没有集成 napdragon S 为 Krait(环蛇) 平。Snapdr 能和低功耗的 度高达 1.5GH SM8260/866 理器，依然采 会有比较明显 en VG 1.1 技 头。整体性能 n S3 介绍图 主频 1.2-1 成基带模块， S3 产品系列 )的 Snapdrag ragon S4 处理 的。 Hz 的全球首款 60 和 APQ8 用了 45nm 工 显的优势。S 技术的 3D/2D 能上提升了将 .5GHz。 A 该平台是专 列 gon 第四代移 理器采用了最 款移动异步双 8060。高通骁 工艺，由于采 S3 集成 Adre D 图形引擎， 将近 1 倍。 AQP8060 性 专为平板电脑 移动处理器。 最新的移动架 双核 骁龙 采用 eno 支 能和 脑和大 将 架构 高通骁龙 Snapdragon S4 高通骁龙 Snapdragon S4 采用 28nm 制程工艺，最高达 2.5GHz 的全新四核、双核及 单核芯片组。此系列包括单核 MSM8930、双核 MSM8960 和四核 APQ8064，每个内核最 高运行速度可达 2.5GHz，较当前基于 ARM 的 CPU 内核全面性能提高 150%，并将功耗降 低 65%。目前高通 S3 处理器在平板上应用较多，而其 S4 系列的处理器目前只在少数 Windows 8 平板上应用，这些平板的普及率并不是很高，因此市场上采用高通处理器的平 板并不多见。 全球首款四核 Tegra 3 解析 首先，我们还是先来了解一下 NVIDIA 推出的 Tegra 3 处理器。2011 年底，NVIDIA 首次让 Tegra 3 在世人面前亮相，到 2012 年初，采用 Tegra 3 的平板已经开始在市场当中 出现，目前已经非常普及，而 NVIDIA 在 2013 年的 CES 上发布的 Tegra 4 处理器性能更 加出众同时还采用了 Cortex-A15 的架构，但由于并没有应用在产品上再次我们并不加以解 析。 Tegra 3 处理器基于 40nm 制造工艺，采用了自家的可变对称式专利技术（vSMP）的 核心架构设计，拥有四个基于 Cortex -A9 的主核心和一个协助处理器，四个 Cortex-A9 处 理器频率最高可达 1.5GHz，而协处理器的频率则保持在 500MHz 以下。 Tegra 3 处理器 Tegra 3 有着第 5 个核心。而其 5 个 CPU 核心在内部结构上完全一致，均为 Cortex-A9 架构。不过，其中四个采用高性能制程制造，为更高频率运行优化。而最后一个协核心则为 低功耗制程（LP）打造，漏电流更低，为低频率运行优化，最高频率仅 500MHz。 Tegra 3 处理器的主要核芯 除了在核心处理器架构上的全新设计外，在显示核心方面，NVIDIA 也将 GeForce 核心 升级到了 12 核心 ULP 超低功耗 GPU。在这方面 NVIDIA 可以说是熟门熟路，Tegra 3 的 GeForce ULP 处理单元从上一代的 8 个提升到了这一代的 12 个，同时性能提升了 100%以 上。更为关键的是 Tegra 3 开始支持诸如 PhysX、CUDA 等原本是电脑平台上才有的高级 功能，因此我们可以看到有关 Tegra 3 的专属游戏在实际体验的效果上十分出色。 NVIDIA 的 Tegra 3 是最早上市的四核心处理器，目前 Tegra 3 也是目前四核心处理器 当中应用最为广泛的处理器，平板包括了Google Nexus 7、华硕EeePad Transformer Prime 以及刚刚发布的微软 Surface RT 等等。 总结：以上便是笔者为大家介绍的七大主流平板处理器的解析，相信大家看过之后会对 平板电脑本身有一个重新的认识，同时也会明白为何市场上会有那么多低价的平板，而高价 位的产品价格为何那么高，这都是为以后大家的选购有一定的好处，反观整个平板处理器市 场，可以看到国内的厂商在比较注重产品的性价比，因此处理器的成本价格更加符合国内的 消费情况，但性能不够出众，而国际品牌在研发上花费时间和成本较大，虽然价格较高但整 体的性能出众。以笔者看来在区别产品差异化的同时也要注重产品的品质，更要发展产品的 多样性，这样给消费者的选择也会更多。