智能手机CPU.docx

智能手机CPU.docx

《智能手机CPU.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能手机CPU.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

智能手机CPU

一、RISC与CISC

谈到手机处理器，就不得不说是到ARM公司。

英国ARM（AdvancedRISCMachines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。

技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。

适用于多种领域，比如嵌入控制消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。

该公司占有目前手机处理器90%的市场份额；上网本处理器30%的市场份额和平板电脑处理器70%的市场份额。

20世纪90年代，ARM公司的业绩平平，处理器的出货量徘徊不前。

由于资金短缺，ARM做出了一个意义深远的决定：

自己不制造芯片，只将芯片的设计方案授权给其他公司，由它们来生产（比如现在的高通，德州仪器，三星，华为，ＮＶＩＤＡ等等。

总的来说ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。

这里说到的“基于RISC技术”这里说明一下：

RISC（reducedinstructionsetcomputer，精简指令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起源于80年代的MIPS主机（即RISC机），RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。

RISC微处理器不仅精简了指令系统，采用超标量和超流水线结构；它们的指令数目只有几十条，却大大增强了并行处理能力。

因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执行操作也会更慢。

而电路复杂程度的增加，进一步加大了电路的总功耗，这样一来，处理器的功耗问题就尤为突出了。

相对于RISC，还有CISC。

CISC是复杂指令系统计算机（ComplexInstructionSetComputer）的简称。

CISC计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能，因此，处理特殊任务效率较高。

使用RISC的CPU这样一来电路相对复杂，处理器面积较大，处理器功耗很高，还有就是使用RISC的处理器就意味着使用更大的数据储存空间来应付大容量的指令数据。

对于手机而言，RISC处理器显然不适用。

这也是为什么现在手机处理器基本上都是基于RISC的（也就是ＡＲＭ公司的芯片设计方案，常见的ARM11，cortexA8，cortexA9，cortexA7和cortexA15等）。

当然后来Intel（因特尔）也发布了基于x86架构的手机（联想XK800,采用AtomZ2460cpu）。

这里的x86或80x86是英特尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。

x86架构是重要的可变指令长度的CISC（复杂指令集计算机）。

在较新的微架构中，x86处理器会把x86指令转换为更像RISC的微指令再予执行，从而获得可与RISC比拟的超标量性能，而仍然保持向前兼容。

有intel的单核手机性能相当ARM的双核只说正是应为采用了CISC。

但是采用CISC意味着功耗等问题，intel正在努力解决这个问题，相信将来会有一批X86架构的手机出现。

二、主流的CPU架构

目前主流的还是基于ARM11,CortexA8和CortexA9的处理器。

下面简单介绍一些这几个架构。

ARM11系列微处理器是ARM公司近年推出的新一代RISC处理器，它是ARM新指令架构——ARMv6的第一代设计实现，该处理器相对而言处于中低端。

ARM公司在经典处理器ARM11以后的产品改用Cortex命名，Cortex系列属于ARMv7架构，这是ARM公司最新的指令集架构。

ARM系列目前最新最先进的指令集，对应的就是ARMCortex-A8/A9系列（A9应该算是改进型ARMV7指令集）。

相比较：

Cortex-A8：

指令集ARMv7-A，13级整数流水线，超标量双发射，2.0DMIPS/MHz，标配Neon，不支持多核

Cortex-A9：

指令集ARMv7-A，8级整数流水线，超标量双发射，乱序执行，2.5DMIPS/MHz，可选配Neon/VFPv3，支持多核

相比较而言，A9支持双核（当然也有高通的Scorpion核心---A8双核，比较特殊下面会提到，但是不如A9的双核），主要的差距在A9支持乱序执行。

乱序执行是指CPU允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。

这样将根据个电路单元的状态和各指令能否提前执行的具体情况分析后，将能提前执行的指令立即发送给相应电路。

这样即使有当前有任务出现卡顿的情况，也可以跳过去执行下一条命令，大幅度提升了CPU的执行效率。

下面在补充一下Neon这个东西。

NEON是ARM芯片里的多媒体信号处理技术ARM®NEON™ 通用SIMD引擎可有效处理当前和将来的多媒体格式，从而改善用户体验。

NEON技术可加速多媒体和信号处理算法（如视频编码/解码、2D/3D图形、游戏、音频和语音处理、图像处理技术、电话和声音合成），配备了Neon的CPU对多媒体信号的处理更加强大，这一点可以从Nvida的Tegra2处理器可以看出来。

Tegra2处理器就是阉割了Neon模块，在播放视频等方面就显得比较薄弱，对于高清视频播放的时候就会偶尔出现卡顿现象。

三、主流的智能手机CPU

目前应用到只能手机上的CPU主要有一下几个生产厂商：

1、德州仪器2、高通3、三星4、英伟达5、华为6、因特尔7、意法爱立信

一、德州仪器（TI）

德州仪器 （TI）​公司的开放式多媒体应用平台OMAP（OpenMultimediaApplicationPlatform）是一种为满足移动多媒体信息处理及无线通信应用开发出来的高性能、高集成度嵌入式处理器。

目前市场上手机主要有德州仪器的OMAP3XXX和OMAP4XXX两个系列

OMAP™3处理器

第一款采用TI的OMAP™3架构的器件OMAP3430多媒体应用处理器可提供比基于ARM11的处理器多至三倍的性能增益，同时使得3G手持终端具有可与笔记本电脑媲美的生产力以及先进的娱乐功能。

作为业界第一个将采用65nmCMOS工艺设计的应用处理器，OMAP3430在降低内核电压并增加了降低功耗的特性的同时比以前的OMAP处理器系列具有更高的工作频率。

OMAP3430的代表产品为摩托罗拉 里程碑、XT711，三星i8910，诺基亚N900，palmpre等。

可以运行在800MHz的处理器OMAP3440的代表产品则为摩托罗拉 XT720，Archos5等。

而OMAP36x系列采用了更先进的45nm制造工艺，其中OMAP3630主频720MHz，OMAP3640主频1GHz。

德州仪器OMAP36x系列的代表产品有摩托罗拉DroidX、Droid2/里程碑2、Defy/ME525、Defy+，ARCHOS7，诺基亚N9等。

处理器型号

制造工艺

最大频率

CPU

DSP

GPU

IVA™

分辨率

OMAP3410

65nm

600MHz

ARMCortex-A8

TMS320C64x

无

IVA2

QVGA

OMAP3420

65nm

600MHz

ARMCortex-A8

TMS320C64x

PowerVRSGX530

IVA2

VGA

OMAP3430

65nm

600MHz

ARMCortex-A8

TMS320C64x

PowerVRSGX530

IVA2+

XGA

OMAP3440

65nm

800MHz

ARMCortex-A8

TMS320C64x

PowerVRSGX530

IVA2+

XGA

OMAP3610

45nm

720MHz

ARMCortex-A8

TMS320C64x

无

IVA2

XGA/WXGA

OMAP3620

45nm

720MHz

ARMCortex-A8

TMS320C64x

PowerVRSGX530

IVA2

XGA/WXGA

OMAP3630

45nm

720MHz

ARMCortex-A8

TMS320C64x

PowerVRSGX530

IVA2+

XGA/WXGA

OMAP3640

45nm

1.0GHz

ARMCortex-A8

TMS320C64x

PowerVRSGX530

IVA2+

XGA/WXGA

OMAP™4处理器

　　OMAP™4处理器专为智能手机、平板电脑和其它具有丰富多媒体功能的移动设备而设计，使用IVA3硬件加速器，能够实现全高清1080p、多标准视频编码/解码，更快、更高品质的图像和视频捕捉功能，具有高达2000万像素的仿单反（SLR-like）成像能力。

具有对称多处理（SMP）功能的双核ARM®Cortex™-A9MPCore™。

集成的POWERVR™SGX540图形加速器，可驱动3D游戏和3D用户界面。

　　2011年推出的OMAP4430是德州仪器公司的首个双核处理器型号，采用双核心ARMCortex-A9MP处理器，相比CortexA8内核整体提升了1.5倍的性能。

OMAP4430在同级双核里被喻为性能最优秀的处理器，拥有Tegra2没有的NEON模块，拥有比E4210更小的发热量，拥有比MSM8260更优秀的构架，所以拥有“怪兽级”双核处理器之称。

OMAP4430的代表产品有LGOptimus3D，摩托罗拉里程碑3、XT883，三星i9100G，黑莓PlayBook，东芝AT200，智器T19等。

　　同是2011年上市的OMAP4460在OMAP4430的基础之上提升了CPU和GPU的主频，其他方面则基本一致，都拥有双通道LPDDR2内存控制器。

OMAP4460的代表产品有摩托罗拉 DroidRAZR，GALAXYNexus，华为AscendP1S，夏普Aquos104SH，智器T20等。

2012年上市的OMAP4470同样采用双核心ARMCortex-A9MP处理器，同时还集成了两颗266MHz的ARMCortex-M3核心，主频更高达1.8GHz。

图形核心也从OMAP4430/4460的PowerVRSGX540更换为更强大的PowerVRSGX544。

处理器型号

制造工艺

最大频率

CPU

GPU

视频性能（3D）

OMAP4430

45nm

1.0GHz

Dual-CoreARMCortex-A9

PowerVRSGX540@304MHz

720p立体3D

OMAP4460

45nm

1.5GHz

Dual-CoreARMCortex-A9

PowerVRSGX540@384MHz

1080p立体3D

OMAP4470

45nm

1.8GHz

Dual-CoreARMCortex-A9

PowerVRSGX544@384MHz

1080p立体3D

OMAP™5处理器

OMAP5高级多核架构包含各种内核，其中包括ARM®通用处理器、多个图形内核和多种专用处理器，用于平衡可编程性、性能和功耗。

　　提供的两款OMAP5产品旨在满足客户的不同需求。

这两款设备都采用TI定义的低功耗28纳米制造工艺，同时拥有两个ARMCortex-A15MP内核处理器均具有高达2GHz的速度，两个ARMCortex-M4处理器可实现低功耗负载和实时响应。

OMAP5430适用于要求最小尺寸的产品（例如智能手机），支持双通道、LPDDR2堆叠封装（PoP）内存。

OMAP5432适用于移动计算和消费产品，它们要求更低成本，没有极端的尺寸限制，支持双通道DDR3/DDR3L内存。

处理器型号

制造工艺

最大频率

CPU

GPU

内存支持

OMAP5430

28nm

2.0GHz

双核ARMCortex-A15MP

POWERVR™SGX544-MPx

2xLPDDR2

OMAP5432

28nm

2.0GHz

双核ARMCortex-A15MP

POWERVR™SGX544-MPx

2xDDR3/DDR3L

二、高通

美国高通公司以其CDMA（码分多址）数字技术为基础，开发并提供富于创意的数字无线通信产品和服务。

Snapdragon（中文品牌骁龙）是高通公司推出的面向移动市场的高度集成化的处理器系列平台，覆盖高中低各层次终端产品，全球大多数知名移动终端厂商都是“骁龙”的客户,目前市场上常见的手机CPU有高通骁龙S1、S2、S3和S4的四个系列。

SnapdragonS1

　　S1系列的芯片包括QSD8650/8250，MSM7627/7227，以及MSM7625/7225，从主频从528MHz到1GHz不等，在日常使用的情况和强度下够用。

早期的高通解决方案的机型比如基本上市面上的千元级别的Android智能手机都采用SnapdragonS1芯片组（以MSM7627/7227为主）。

MSM76XX和MSM72XX的主要区别在于制式——前者是CDMA，或者是GSM/WCDMA。

　　QSD8x50是高通在2008年第四季度推出的第一代Snapdragon产品。

QSD8x50系列处理器使用最高频率达到1GHz的Scorpion单核心CPU，集成Adreno200GPU，最高支持3GHSPA网络。

全球首款采用1GHz处理器的智能手机东芝TG01搭载的处理器正是SnapdragonQSD8250。

　　Snapdragon一代处理器基于Scorpion核心，此后的Snapdragon二三代产品都是基于Scorpion核心。

Scorpion使用指令集ARMv7-A，是高通获得指令集授权后在ARMCortex-A8基础上设计的。

13级整数流水线，超标量双发射，部分乱序执行，2.1DMIPS/MHz。

Scorpion具有部分Cortex-A9的特性，如乱序执行，管线化的VFP，支持多核。

此外，Scorpion的NeonSIMD引擎（高通称之为VeNum）宽度为128bit，是A8和A9的两倍，能提供更强劲的浮点运算支持，并且在不需要的时候可以关闭一半变成64bit以节省能源。

总体上，Scorpion是具有部分Cortex-A9特性的Cortex-A8，高频率节能浮点加强版。

　　MSM7227处理器尽管也属于S1系列，但是他是一款现在仍然大量被新款机型使用的定位中低端的处理器，其性能甚至不如QSD8250，但是他的低成本使其成为高通中低端市场同德州仪器，联发科等在千元智能机竞争中的有力争夺者。

使用这一代处理器的代表机型有：

 HTC NexusOne,HTCEvo，HTCDesire（G7），DellStreakMINI5，东芝TG01，索尼爱立信X10i，联想乐Phone等。

S1系列处理器：

处理器型号

制造工艺

CPU

GPU

Modem

DSP

QSD8650[1]

65nm

1GHzScorpion

Adreno200

CDMA/UMTS

HexagonQDSP6600MHz

QSD8250

65nm

1GHzScorpion

Adreno200

UMTS

HexagonQDSP6600MHz

MSM7627

600MHzARM11 

800MHzARM11（T）

Adreno200

CDMA/UMTS

HexagonQDSP5320MHz

MSM7227

600MHzARM11 

800MHzARM11（T）

Adreno200

UMTS

HexagonQDSP5320MHz

MSM7627A

0.8-1.0GHzCortexA5

Adreno200

CDMA/UMTS

HexagonQDSP5350MHz

MSM7227A

0.8-1.0GHzCortexA5

Adreno200

UMTS

HexagonQDSP5350MHz

MSM7625

528MHzARM11

Softwarerendered2Dsupport 

BREW2D 

SVGTiny1.2software

CDMA/UMTS

HexagonQDSP5320MHz

MSM7225

528MHzARM11

Softwarerendered2Dsupport 

BREW2D 

SVGTiny1.2software

UMTS

HexagonQDSP5320MHz

MSM7625A

0.6-0.8GHzCortexA5

Adreno200

CDMA/UMTS

HexagonQDSP5350MHz

MSM7225A

0.6-0.8GHzCortexA5

Adreno200

UMTS

HexagonQDSP5350MHz

SnapdragonS2

　　2010年高通推出Snapdragon第二代处理器，包括MSM7x30,MSM8x55和QSD8x50A，编号不同，实际上3款处理器共享架构设计，都使用的是45nm制程的Scorpion单核心CPU，它们的区别在于时钟频率不同，三款处理器的主频分别为800MHz,1.0GHz和1.3GHz。

该系列均标配Adreno205GPU，这款GPU的综合性能大大好于第一代Snapdragon处理器所用的Adreno200GPU。

　　使用MSM7x30的代表机型有：

HTCG2，HTCDesireZ等。

使用MSM8x55的代表机型有T-Mobile的HTCmyTouchHD，HTCDesireHD，诺基亚Lumia800等。

使用QSD8x50A的代表机型有HTCMondrian，这是款内置WindowsPhone7操作系统的机型。

处理器型号

制造工艺

CPU

GPU

Modem

DSP

MSM8655

45nm

1~1.4GHzScorpion

Adreno205

CDMA/UMTS

HexagonQDSP5256MHz

MSM8255

45nm

1~1.4GHzScorpion

Adreno205

UMTS

HexagonQDSP5256MHz

APQ8055

45nm

1~1.4GHzScorpion

Adreno205

NoModem

HexagonQDSP5256MHz

MSM7630

45nm

0.8GHzScorpion

Adreno205

CDMA/UMTS

HexagonQDSP5256MHz

SnapdragonS3

　　高通公司在2010年台北国际电脑展上正式推出了其第三代Snapdragon手机芯片产品，新款产品采用双核设计，继续使用45nm制造工艺，和一二代相同的Cortex-A8架构设计。

全系型号均辅以Adreno220GPU，性能相比之前的Adreno205提升了9倍。

　　新一代的Snapdragon手机芯片具备有强大的网络应用和多媒体性能，支持使用OpenGLES2.0和OpenVG1.1技术的3D/2D图形引擎，支持1080P高清视频编解码和24位色WXGA分辨率显示输出，整合低功耗GPS芯片和音频引擎芯片。

　　使用MSM8260的代表机型有：

HTCSensation，HTCSensationXE，索尼LT26i（XperiaS），小米M1等。

处理器型号

制造工艺

CPU

GPU

Modem

DSP

MSM8660

45nm

1.2-1.5GHzdualScorpion

Adreno220

CDMA/UMTS

HexagonQDSP6400MHz

MSM8260

45nm

1.2-1.5GHzdualScorpion

Adreno220

UMTS

HexagonQDSP6400MHz

APQ8060

45nm

1.2-1.5GHzdualScorpion

Adreno220

NoModem

HexagonQDSP6400MHz

SnapdragonS4

SnapdragonS4处理器采用了最新的移动架构设计和技术，从而满足智能连接、高性能和低功耗的要求。

　　● 首次使用28纳米处理技术：

SnapdragonS4处理器是业内首批采用最新28纳米处理技术的移动处理器，在频率调节、功耗和尺寸压缩方面具有先天的优势。

　　● 首个完全集成的3G/4G：

S4处理器包含了业界首个完全集成的LTE世界模/多模调制解调器。

　　● 使用ARM®指令集、软件和生态系统：

SnapdragonS4处理器是业内首款专为先进处理技术而设计、并使用ARM指令集架构（ISA）的处理器。

　　SnapdragonS4处理器使性能和功耗达到完美的平衡，是一个完整的解决方案：

　　● 卓越的CPU性能：

多核CPU的频率范围为每核1.5GHz~2.5GHz，支持异步对称式多核处理器（aSMP），使性能和功耗达到最佳平衡。

　　● 卓越的调制解调器性能：

业界首款完全集成的LTE世界模/多模的调制解调器，支持范围最广的频率和频段——包括对现有标准如EV-DO和HSPA等多种制式的全面支持。

　　● 卓越的图形性能：

支持高性能可编程AdrenoGPU，提供最高质量的视频和游戏机品质的游戏。

　　● 卓越的功耗控制：

这一功耗高度优化的系统来源于最佳品质组件的紧密集成以及高效、低功耗引擎（如高通公司完全可编程的HexagonDSP）的使用。

连接选项还包括集成的GPS、蓝牙、Wi-Fi和FM。

借助下一代SnapdragonS4处理器，消费者将可以体验到高速互联网完全集成于他们的移动设备所带来的丰富优势。

SnapdragonS4处理器将卓越性能及低功耗与创新技术相结合，开启了移动新时代。

　　Krait处理器是高通Snapdragon的第二代心脏，也是所有SnapdragonS4SoC的核心，它在Scorpion的基础上作出了不少改进。

在架构的前端方面，Krait显然要更“宽”，一个时钟周期可以执行三次fetch与decode操作。

每个Decoder都相当于ARM11的singleissue能力模块，对比前代Scorpion的2-wide，能力也提高了50%。

后端执行单元方面则是简单的扩张，从Scorpion的三个增加到了七个，可以并行执行4条指令。

而在指令执行阶段，Krait终于进入了Cortex-A9阶段，可实现完全乱序执行。

流水线方面，Krait的整数流水线由Scorpion的10级略微提高至11级，对比Cortex-A15的15级流水线，高通的设计含有更多的定制化逻辑模块，同样使得处理器的频率容易提升。

此外，Krait对比Scorpion，还