手机主流处理器CPU参数及性能的总论暨高通联发科ARMWord文档下载推荐.docx
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然而，这部分理性如今却在逐渐消失。
一个被业内视为默认规则，而听起来又异常奇怪的现象是：
2012年之后的旗舰智能手机，没有几台能让CPU做到长时间满负荷工作不降频。
厂商不断地往手机里塞入更快、更强大的硬件，与此同时，却不得不限制它们的工作频率与工作时间。
你看到的产品手册上赫然写着“四核1.7GHz”，但实际使用中你永远无法得到这样的性能。
这方面的例子比比皆是，从Nexus4冷柜跑分暴涨30%，到K3V2的GPU频率缩水6成，大多数旗舰手机都无法发挥出它应有的性能。
来自Anandtech的著名测试：
把Nexus4扔进冰箱，结果跑分提升了20%以上！
根据第三方测试，目前的旗舰手机能以最高频率工作的时间少则数十秒，多的也只有几分钟，之后便不得不降低频率以缓解发热。
消费者听着“性能提升xx%”的宣传，花费高额费用抱着“四核1.7GHz”的手机回家，却只能享受30秒的快乐，这难道不是一种讽刺？
往一台手机里安装根本无法全速运行的“强大”处理器，与开头提到的往奇瑞上安装1000马力的发动机有什么区别呢？
下面的表格是一个实例：
LG为OptimusGPro配备了强大的骁龙600处理器，但持续高负载工作3分钟后，实际性能却不如搭载了上一代APQ8064芯片的SONYXperiaZ。
配置更高的新产品，在实际使用中却输掉了“性价比”，我们得到了配置，却没有得到性能。
你也许会说，反正价格没有更贵，能不能全速没啥损失，但这样的观点也是错误的。
记住：
你永远是在为手机的标称性能埋单，而不是为实际性能埋单。
八核手机即使只能发挥出四核手机的性能，它的价格也是“八核”级别的。
硬件上所有的成本最终都会以各种形式转嫁在消费者身上。
问题是：
我们为什么要为发挥不出来的性能埋单呢？
这样的趋势在2013年乃至更远的未来并没有缓解的迹象。
作为消费者，我们必须要明确自己的立场：
这种趋势是错误的，我们有必要制止它进一步恶化！
否则我们所付出的金钱将只能换来几个纸面上的数字，而“安装飞机发动机的自行车”迟早有一天要到来。
然而，指出错误很简单，纠正错误却很困难。
如果无法得到一个对于正确的评价标准，那么对于未来的分析也就没有意义，这就启发我们去寻找一些不会被技术所改变的东西，作为衡量正确与错误的标准。
接下来，我们将提出一个相对客观的评价标准，并以之为准绳，对2013-2014年市面上主流的手机处理器进行逐个分析。
“不可逾越之墙”
什么是技术所无法改变的事物？
对于智能手机而言，一是客观存在的物理定律，二是人的生理需求。
因为本文的主题是处理器，因此我们把目光集中在处理器系统上。
可以确定的是，只要技术还没有进步到手机可靠意念操作，那么人体对设备温度的可以接受上限就是确定的；
而只要手机还符合物理定律，在一定温度下它所能散发的热量也是固定的（不考虑主动散热，例如内置风扇），这就勾勒出了一条“生死线”——在舒适的前提下，一个确定尺寸的手机，所采用的硬件功耗，或者说处理器系统的功耗是有极限的，只要超越这条线，就必须要降低工作频率，否则将会无法阻止温度的上升，性能自然也就无从谈起。
因此我们认为，“手机的极限功耗不应该超过其最大可散热功耗”可以作为衡量产品的准绳。
长久以来，业界都习惯于用配置和价格的关系作为评价标准，但是如果联系到配置与性能脱节的现实，这个标准已经濒临失效，因此我们需要提出一个新的评判标准，不妨姑且将其称为“体效值”。
何谓体效值？
我们将体效值定义为设备体积与能耗系数的乘积，它代表了一台手机所可以连续提供的极限性能。
将这个参数与理论最大性能联合评价，能得出以下的结论：
如果系统的体效值小于最大性能，那么这套系统就必然是错误的，因为存在着浪费。
但是如果体效值大于最大性能，那么这套系统有可能陷入“性能不够用”的疑问。
最佳情况是体效值和最大性能一样，这意味着这套系统所蕴含的性能可以全部发挥，做到了设计可以得到的极限。
你可以把“体效值”简单理解为“每瓦特性能”。
手机绝对性能的测量相对简单，因此体效值中最关键的部分是“体”，即手机体积所能容纳的最大功率。
这方面目前没有明确的行业标准，因此我们需要做一些假设。
首先，我们假设在现在以与将来的一段时间内，手机将主要依靠外壳进行被动散热，不会像电脑一样引入风扇等主动散热手段。
其次，我们将人体感温度舒适上限设为40度，而耐受极限设为50度。
最后，我们将手机工作时环境温度设为25度，并且假定没有气流存在。
无外界对流时，手机的热量散发主要依靠空气的自然对流与本身的辐射。
假定手机的温度为介于舒适上限与耐受极限之间的45度，那么与环境温度的差值即为20度。
相对于手机这个体积的设备而言，四个边侧面的散热贡献可以忽略不计，主要的散热面为前后两个面。
计算时假定手机为垂直放置。
下面计算开始，首先计算对流散热量，我们选择iPhone5作为标准对象。
iPhone5的尺寸为123.8×
58.6×
7.6毫米，因此正面的面积为0.0073平方米。
垂直放置的情况下，iPhone5一个正面的传热系数为4.65W/（m2•℃），也就是说这样一个表面可以靠对流散发的热量是0.68W，由于有两个表面，因此靠机身自然对流可以散发的热量为1.36W。
考虑到还有侧边的存在，我们可以认为这个功率是1.5W。
接下来计算辐射热量。
由于iPhone5的材质是铝合金和玻璃，氧化铝合金的辐射率大约在0.3左右，而玻璃的辐射率大约是0.85，因此整体辐射率取0.6，那么在外壳温度整体为45度的时候，靠辐射可以散发的热量经过计算大约是1.16W。
也就是说，一台通体45度，垂直置于静态25度的环境中的iPhone5，可以散发的热量极限是2.66W。
实际环境中，考虑到用户体验，手机不会也不可能做到整机均匀发热，这无疑会降低手机的散热能力，但由于人体与手机的接触也可以带走一定的热量，因此两者互有增减，相信整体的散热功率不会与计算数值差距过大。
因此，大约2.66W就是iPhone5所能承受的最大整机功率（这里直接使用了整机功率，这是因为目前电子产品除了天线部分以外，消耗的电能绝大部分都转化成了热量，耗电量和发发热量基本相等）。
再来看看GalaxyS4。
由于计算的方式是一样的，因此过程就不给出了，唯一的不同是，作为塑料外壳的GalaxyS4，在热辐射效率上要远高于铝合金的iPhone5，具体来说在0.9左右（看来塑料机还是有一些好处的）。
结果直接给出，GalaxyS4在同等条件下的散热量为4.15W。
GalaxyS4旗舰安卓手机的代表，因此更大尺寸的机器我们就不计算了。
结果显而易见，对于iPhone5这种尺寸的手机而言，系统的极限功率是2.66W，而GalaxyS4尺寸的产品则为4.15W。
体积处于两者之间的产品，散热能力则介于它们之间。
至此，体效积中的体就已经有了结论。
因为这个参数是不会因为技术提升而改变的，所以它可以作为我们判定未来新技术与新可能的良好标准。
也就是说，对于一台5寸手机而言，我们可以得到的最大性能就是4.15W×
每瓦特性能，不论这台手机的理论性能有多么强大。
换句话说，只要一台5寸手机的整机最大功耗超过了4.15W，那么我们就一定可以判定：
它的性能无法发挥。
进一步的，对于一台手机而言，屏幕所占据的功耗大约从4寸的1.2W到5寸的1.8W不等，因此我们可以得出，极限散热功耗中，留给CPU、GPU、内存等计算系统的功耗上限，对于iPhone5尺寸的手机而言是1.5W左右，对于GalaxyS4尺寸的手机而言是2.5W左右。
需要说明的是，在计算散热量时，我们所关注的对象是手机外表面，至于内部是如何传热的，对结果不会有影响。
可能你会存在疑问，某手机内含热管，某手机拥有石墨散热膜，散热要好得多——这是错误的，辅助散热措施只是增加了手机内部的热传导效率，最终效果是提高手机整体的温度均匀性，而我们在计算的时候已经假定了这个数值是100%，也就是内部热传递设计为完美状态的极限结果。
至此，我们可以对智能手机“核战争”带来的问题给出一个精确的描述：
由于近年来手机配置的疯狂提升，导致手机的最大性能已经超越了体效值。
这个前提下，任何理论性能的提升都是纸面的，功耗已经成为了一堵不可逾越的墙。
在可以预见的未来，如果我们希望继续提升手机的性能，那就只能在能耗系数上下功夫。
带着这个结论，让我们来重新审视一番市面上的主流手机处理器。
产品审查：
高通骁龙800
首先我们来看一看高通。
之所以首先观察高通，是因为相对而言高通的产品是变化幅度最小的，因此我们可以借用的历史数据就最多。
在《四核处理器•上》成文时，高通的最新产品是S4ProAPQ8064。
而在我们撰写本文时，高通重新命名了它的产品线，S4Pro有了继任者骁龙600。
这是一颗和APQ8064区别很小的芯片，最大的提升在于内存从双通道LPDDR2533变成了双通道LPDDR31066，因此我们不打算深究这颗芯片。
高通的重头戏，以与下半年乃至明年的主打，将是骁龙800。
它拥有改进后的Krait400核心，主要改动是调整了内部缓存架构，降低异步设计带来的影响。
同时，骁龙800引入了HPM工艺，主频达到了2.3GHz，成为手机SoC中的一个超过2GHz大关的产品。
除此之外，骁龙800还集成了新的Adreno330GPU，性能与规模再次翻倍。
文件压缩速度，骁龙600的Krait300内核同频性能甚至不如CortexA7
相信看过之前的文章后，现在的你已经不会被上面充满诱惑力的宣传所击倒。
是的，我们再次重复一遍：
绝对性能的提升没有意义，决定用户体验的是体效值，或者说每瓦特性能。
那么骁龙800的每瓦特性能有没有提升呢？
首先我们来看一看CPU部分。
由于缓存的增强，Krait400核心的执行效率必然会得到一定的提升，但是Krait核心从本质上来说依然是一个“增肥”版的CortexA9，它所面对的最大问题其实是由于指令队列的不足，导致架构的IPC受限。
Krait的后端就像是规模巨大的工厂，而经过持续的升级，Krait的前端已经从小港口变成了大型码头——但是连接它们的依然只是一条省道。
这样的架构也许可以在理论测试中获得极高的成绩，但是在实际变幻莫测的应用代码面前，往往无法发挥应有的效率，根据某些第三方测试，在诸如视频解码、文件压缩与解压缩等应用中，Krait300核心的同频性能有时会不如CortexA9甚至A7。
这虽然不足以定性的给这个架构下结论，至少也可以说明一部分的问题。
因此，综合来看，Krait系列核心的能耗，恐怕是比较悲观的，即APQ8064的执行效率并不如CortexA9，Krait400核心虽然经过了两次升级，但是考虑到Krait300的实际表现，我们认为其执行效率至多只能达到略高于A9的水平。
也就是说，Krait400架构效率上并没有大幅超越CortexA9。
那么产品效率呢？
在这之前笔者需要稍微岔开一些话题。
不知道你是否发现，我们在对比效率的时候往往都会和CortexA9相比，准确来说是和SAMSUNGExynos4412相比。
为何要用它作为基准？
这并不是因为偏心或是对于三星有着额外的好感，原因很简单，那就是根据之前我们对手机极限功耗的定义，在那样的功耗限制之下，Exynos4412是体效值与绝对性能之间最接近的产品：
Exynos4412的核心，工作在1.4GHz时单颗功耗约为440mW，1.6GHz约为600mW，总功耗即为1.8W与2.4W。
因此Exynos4412是一个极好的标准——如果有产品的效率比4412高，它就可以发挥出比4412更加优越的实际性能，否则就只能在降频中工作。
在骁龙800以外的产品中，高通采用的是28LPSiON/Poly工艺，这会导致漏电增加，继而降低能耗比。
在上篇中我们引用外媒Anandtech的结论，得知28LP工艺的骁龙APQ8064，运行在1.5GHz的频率下，单个核心的功耗大约是700mW。
而到了骁龙800，高通终于引入了先进的HKMG技术，将工艺更换为了28HPM。
那么，这个工艺是否能提升骁龙800的能耗比？
根据TSMC对于28HPM的工艺描述，我们认为这个答案同样也许是比较悲观的，因为28HPM本质上是用来提升性能的工艺，它的主要目的是让骁龙800得以运行在使用28LP的骁龙600所无法达到的高频下，但是处理器本身的漏电并不会因此而减小。
台积电四种28纳米工艺的区别
我们粗略估计，运行在2.3GHz下的Krait400核心，即便只考虑频率的提升，单个核心满载的功率也将超过1W，四核心的总功耗则会远超2.5W的散热功耗上限。
至于能耗比，在低频段，骁龙800的能耗比也许可以略超龙600，但是总体来说我们并不认为骁龙800在CPU部分的能耗比会大幅领先于CortexA9，也就是说骁龙800的体效值将明显小于极限性能。
按照我们之前的分析，骁龙800在手机上的长期性能表现就将不会比CortexA9提升太多（短期性能表现，例如基准测试，会因为设备的热容以与温度滞后效应而大幅提升，但是只要工作足够长——不超过三分钟——的时间后，性能将会降低到CortexA9水平）。
使用工具监控骁龙APQ8064的CPU频率变化，运行2分钟以后，CPU频率降低到了1GHz以下
那么GPU部分呢？
这方面的问题可能会比CPU更加严重。
高通Adreno300系列GPU的超低能耗比已经是众人皆知的问题，其严重程度远超CPU。
由于GPU相对于CPU而言是低频大规模电路，因此它对于漏电的敏感程度要远高于CPU，对于频率的敏感程度则不如CPU。
骁龙800所集成的Adreno330相对于Adreno320而言规模提升了一倍，因此功耗的提升幅度自然也不会小到哪里去，我们假定Adreno330可以借助HPM工艺，完全避免功耗的提升，它的能耗比能有多高？
使用工具监控骁龙600的CPU频率变化，Krait300核心根本无法维持全速工作
对于这个问题，我们可以通过一个粗略的测试来判断。
GalaxyS4和配备了骁龙600的手机，在3Dmark中的得分基本是一样的，但是根据耗电量得出的整机功耗估值方面，GalaxyS4所具备的SGX544MP3GPU的功耗几乎只有Adreno320的15%甚至更低，换句话说就是SGX544MP3的能耗比几乎是Adreno330的7倍——实际上，根据粗略测试的结果，Adren320的功耗已经达到了大约6W，不论这个数字是否精确，Adren320早已远远超过了2.5W，甚至4.15W的散热功耗极限。
性能翻倍dreno330即使维持功耗不变，也将和CPU一样，在实际工作中也将永远不可能发挥出其最大性能，它的体效值同样远远小于理论最大性能。
最终，我们对于骁龙800的预期表现是比较悲观的。
我们认为，在CPU部分，配备骁龙800的产品，并不能让用户得到远超四核心CortexA9——如宣传、测试以与参数上那样——的实际体验，而GPU方面则更会远远不如SGX544MP3，不论理论测试有多么强大。
骁龙800并没能有效提升能耗比，因此装有骁龙800的产品，其体效值将远远小于宣传的性能，作为结果，消费者购买的大部分参数和数字，将会永远停留在纸面上——当然，还有基准测试软件里。
Tegra4与Tegra4i
虽然都属于Tegra4家族，但是实际上Tegra4和Tegra4i的核心并不一样：
前者基于CortexA15，而后者基于改进版CortexA9。
对于后者我们不会多加论述，我们将主要关注前者。
如同Tegra3，Tegra4也引入了nVIDIA自行设计的vSMP4+1技术。
因此对于Tegra4的效率分析，将会分为两个部分：
4核部分与附加单核部分。
首先是4核部分。
Tegra4的所有核心都是典型的CortexA15架构，工艺使用了TSMC28HPL，因此对于这一部分的分析我们可以找到一个极好的参照物，那就是Nexus10所配备的Exynos5250。
后者是一枚双核CortexA15、32nmHKMGLP工艺、工作频率1.7GHz的SoC。
根据已有的测试结果，Exynos5250的CPU功耗为4W，也就是说单核功耗为2W。
这项对于Exynos4412的440/600mW而言是一个相当大的数值，这也意味着CortexA15的性能必须要四倍于CortexA9，才可以维持效率的一致。
NV做到了吗？
很明显，也很遗憾，没有。
CortexA15的性能提升幅度远远没有功耗提升幅度大，两者之间的差距导致了CortexA15的每瓦特性能相对于CortexA9来说有着至少一半的下降。
那么回头来看看Tegra4。
由于核心是一样的，我们只需要对比工艺。
TSMC28HPL相对于三星32nmHKMGLP，究竟有没有性能和漏电方面的提升我们很难判断，但是大体上两者属于同一时代的同一水准工艺，相信差距并不会过大，我们假设台积电的28LP工艺总体能耗比三星降低30%——这已经几乎是同一代工艺可以存在的最大差距——这也远不足以抵消CortexA15和CortexA9近乎200%的差距，更何况Tegra4的主频高达1.9GHz，这进一步降低了它的功耗可以低于2W/核心的可能性。
这也就意味着，即便只有一颗核心工作，Tegra4的功耗就已经逼近了4寸手机的散热功耗极限，而四核同时工作，如果不加限制，CPU部分的总功耗必将轻松突破8W。
Tegra4功耗有多大NV很清楚，所以给自家的Shield游戏机装上了风扇！
既然能耗比如此之低，那么技术有何改变、理论性能有何提升、在哪里提升就完全没有意义了。
在手机上，Tegra4的四枚CortexA15所能发挥出的长期性能，除了极少数情况下，可以几乎肯定的说，将远不如一个设计优秀的四核CortexA9处理器。
那么辅助的拌核部分呢？
NV没有公布拌核的细节资料，我们假设它工作在1GHz，由于HPL工艺带来的低漏电，预计可以让这枚核心的功耗降低到0.6W左右，大约等同于一颗1.6GHz的CortexA9。
在这个工作条件下，CortexA15的能耗比和CortexA9比较接近，因此它们具备了接近的体效值。
但是此时的Tegra4，绝对性能只有四核CortexA9的四分之一，体效值远远高于绝对性能，这也就意味着此时的Tegra4会因为过慢而无法满足用户需求。
综上所述，Tegra4不论在哪个模式下，所能提供的最大性能都难以超越四核心CortexA9处理器，把这样一颗处理器做进手机唯一的意义也许只有一个——想方设法让手机坚持满载运行三分钟，跑出一个惊世骇俗的基准测试分数，给手机发烧友作茶余饭后跑分攀比的资本，就好比购买超级跑车上下班，除了炫耀以外没有任何意义。
至于Tegra4的GPU部分，由于目前资料较少，所以无法给出分析对比。
当然我们也需要明白，Tegra4的悲剧并不全是由于Tegra4本身或是nVIDIA的技术实力导致的，究其根本，元凶还是CortexA15核心过低的能耗比。
这也决定了不仅是nVIDIA，其他任何试图在产品中引入标准CortexA15架构的厂家，例如未来的华为海思K3V3，最终都将难逃“性能超不过A9”的魔咒。
对于手机等便携式设备而言，CortexA15毫无疑问是一个失败的设计，也无怪乎高通和苹果在几年前就决定放弃这个架构，自行以CortexA9为基础发展自己的强化核心。
这也从另一个方面看出，至少在目前可以看到的ARM产品中，CortexA9依然是可以提供最强实际性能的产品，即便它已经问世超过了2年。
最后提一下Tegra4i。
相信NVIDIA规划这样一个产品，也是因为NV实际上非常明白CortexA15是一颗怎样的核心。
因此，我们甚至可以理解为，Tegra4i才是针对手机市场所推出的高性能产品。
改进的CortexA9r3p1核心可以带来最多15%的同功耗性能提升，也就是更高的体效值与实际性能。
但是Tegra4i却如同骁龙800一般选择了HPM工艺，并且因为需要集成基带而无法在2013年上市，这对于Tegra4i和NVIDIA而言无疑是彻头彻尾的悲剧，尤其是如今CortexA12箭在弦上的情况下。
如果说CortexA15可以看作ARM在被成功冲昏了头脑之后的大跃进，那么后者就可以看作是ARM在大跃进失败后的反省之作，肩负了CortexA9正统继任者的使命。
对于它，我们在后面予以讨论，这里暂不多言。
三星Exynos5Octa
最后来谈一谈技术最为复杂，同时争议也最大的三星Exynos5Octa（Exynos5410）。
这个芯片最大的特色就是整合了ARM的big.LITTLE技术，内部集成了8个核心——四个CortexA15为一组，四个CortexA7为一组，从而成为了手机上第一枚超越四核的片上系统。
也许你会提出质疑，NV的Tegra3和Tegra4实际上也拥有5个核心，为什么它不能算作是五核SoC呢？
原因很简单，因为Tegra多出来的那一枚核心其实设计上是作为四个主核心其中之一的映射，在实际工作中系统是识别不出这一颗核心的。
但Exynos5Octa不同，它的八颗核心在某些情况下是可以同时运行的，因此可以称之为八核SoC，虽然实际情况下这样的工作模式不一定会被用上，关于这点，即Exynos5Octa是否是伪八核，同样也是围绕这颗芯片的众多争议中最大的一个，对此后面我们会详细讨论。
除了big.LITTLE以外，Exynos5Octa本质上是一颗非常典型的处理器，它拥有标准的CortexA15核心、标准的ARM系统IP，支持的规格与系统配置也一如三星以往的风格，顶级而不顶尖。
LPDDR31600的内存支持与12.8GB/s的理论带宽在手机SoC中实为翘楚，而PowerVRSGX5
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