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未来的移动处理器应该做成什么样子?

发布日期:2016-01-27

在过去几年里面,手机处理器从单核发展到双核、四核,八核甚至 10 核心,在从单核到双核的过程中,各个厂商对于手机处理器的认识基本一致,大家基本都很快升级到双核。

但是从双核到四核的进化中,苹果表现出来不同的看法,当其他厂商发展四核八核处理器的时候,苹果坚持了双核路线,随着工艺的进步,其他厂商提升核心数,而苹果坚持提升单核心的性能,谨慎加核心数,如今的苹果 A9 ,虽然只有双核心,却已经是单核性能最强的手机处理器。

而其他厂商在发展到八核心以后也分道扬镳。高通在尝试了八核心之后,骁龙 820 回归四核,华为海思和三星坚持了大小核的八核心,大四核,小四核,三星自己研发了大核心,MTK 则搞出来 4 4 2 的 10 核心,这些发展路线哪一个更好呢?我们来看一下。

一、不同架构下的优劣分析

手机处理器因为有续航和发热、功耗的要求,无法追求最佳性能,而是要在性能与功耗、成本之间追求一个平衡。

而手机的日常应用有重有轻,大部分时间手机不需要太高的性能,突发的高性能需求基本都是暂时性的。

从 APP 的需求而言,大多数 APP 只能支持单线程运行,也就是说只能用一个 CPU 核心,部分可以支持到 2、3、4 个,能支持到 8 个核心并用的 APP 数量极少。

目前,ARM 公版提供高性能高功耗的 A72 核心,低性能低功耗的 A53 核心,苹果有自家的 A9 核心,高通则是自家的 Kyro 架构。

在单核心最高性能上,目前的工艺下,苹果 A9 核心领先,而高通的 Kyro,与 ARM 公版的 A72 核心差不多,A72 单位 Hz 性能稍微,但是频率可以拉的更高。

而在低功耗,性能功耗比方面,则是 A53 核心遥遥领先。

当系统开启支持单核心的 APP 时候,需要 100% 的性能,这个时候大核心全速工作,各家的功耗都是 100%,都差不多,苹果的控制稍微领先一些。

但是,当系统只需要 50% 性能的时候,不同的方案就有了不同的效果,大小核心的八核方案,可以只开启小核心。这个时候,八核心方案的功耗只有 20%,而高通的四核心,苹果的双核心,需要降低大核心频率来降低功耗,大核心频率降低到 50%,功耗还是 50%。

由此可见,在大多数情况下,大小核心方案相比单纯的大核心方案功耗更低。

而当系统需要 70% 性能的时候,大核心方案要做到 70% 的功耗,大小八核方案此时已经不得不开启大核,也是 70%。而 4 4 2 的 MTK 10 核心方案,此时可以开启中间高频的 A53,把功耗做到 40%。

所以,从功耗角度看,三级分组的 10 核心有最优的效果。

但是,这个三级分组是有代价的,ARM 的大小核心切换需要一个时间,理论上这个时间很短,但是对用户来说,性能切换可能会有感觉。

而大核心方案虽然也有频率的提升降低,但是这个时间周期要比核心切换短一些,用户的感知也更小。

所以,理论上大小核心三级分组,按需切换功耗最佳,但是从用户体验的角度,大核心的方案会更好。

二、GPU 的面积矛盾

现在 GPU 核心基本上分为三家,高通买了 ATI 的技术,自成一派,苹果选用 PowerVR,而其他厂商更喜欢 ARM 的 Mail。

在显示核心上,不同的架构性能有所差异,但是归根结底,要显示性能还是要拼单元数量,谁塞进去的执行单元越多,频率拉的越高,性能就越强。

而具有讽刺意义的是,这些塞进去占了大量成本的高性能只在 3D 游戏的时候有用,日常的应用中,这些晶体管是浪费的。这方面华为保持了相当的克制,不追求过高的游戏性能。而高通则消耗了大量的资源去追求 3D 跑分,因此在安兔兔跑分中,高通的总分数字会好看不少,但实际的使用体验是另一回事。

三、消费者需要什么样的处理器

受限于电池的瓶颈,对消费者来说,处理器的 CPU 在同等性能下,功耗越低越好。在目前的技术下,三级分组是最优解。

但是,4 4 2 的方案有些浪费,2 2 2 就足够了,至于核心切换延迟问题,可以通过软件来解决,华为在麒麟 950 上对流畅问题专门做了优化,在小核心下对应用的性能需求进行预测,提前升频切核,让用户感觉不到切换以及频率变化带来的延迟,这种技术与三级分组结合起来可以达到最优效果。

对于 GPU,总的核心数量要控制,因为 GPU 占用的面积是固定成本,无论你用不用都要占。

而对性能的要求可以通过提升频率来解决,塞 6 个核心拉高频,比塞 12 个核心放低频更为经济,虽然峰值的性能功耗比 6 个核心可能不如 12 个核心,但是在日常应用中,绝大多数情况是不需要峰值性能的,而 12 个核心带来的成本是固定。

所以,比较理想的处理器是 2 2 2 的 6 核心结构,GPU 数量控制的相对较少,而 GPU 的核心可以拉高。

同样,在 2 2 2 的结构中,两个大核心的频率也可以拉高,应付短时间峰值性能需求。

这样,在日常使用中,手机的功耗可以做低,延长续航,而在高性能场景,手机也能有相对出色的表现。

小丫点评

过去几年的 CPU 性能大战,随着骁龙 810 的各种问题告一段落,移动处理器的性能到底如何控制?这是个问题。就如煮编最近体验的微软旗舰 Lumia 950XL,通过扩展坞连接显示器和键鼠,内置的大量应用体验已经接近轻办公的 PC,实力让人惊讶,但平时做手机用起来,那就是出色的暖手宝,冬天很好,到了盛夏该怎么办?

                                                                                                                         ----------转自YY手机网

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