双核手机CPU和GPU大战 谁是性能之王.docx

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双核手机CPU和GPU大战谁是性能之王

Krait撑起高通S4与三星/Nvidia/TI谁更强?

主流智能手机芯片有哪些?

想必大家还记得高通对自己芯片新的命名方式吧？

其中SnapdragonS4芯片是较高阶的一个。

市面上智能手机采用的芯片组让人眼花缭乱的，尤其是Android手机，其硬件发展迅猛无比。

到底它们有什么特点，让笔者和大家一起探讨一下，纯粹的技术分析很容易让人眼晕，当然结合实际产品会更有说服力一点。

现阶段无论是智能手机还是平板电脑，芯片都属于4X纳米制程，不同的是制造商——AMD拆分出来的半导体企业GlobalFoundries，三星，台积电（TSMC）以及联华电子公司（UMC）。

明年开始的芯片将会较多为28纳米工艺制程（更好的性能及节能表现）。

市面上采用比较多的芯片有高通的Snapdragon系列（由低到高分为S1，S2，S3，S4），主要为HTC手机，国内的中兴、华为以及小米等；Nvidia的Tegra2，代表机型摩托罗拉AtrixME860；德州仪器TI的OMAP系列芯片，代表机型LGOptimus3D，里程碑3等。

在最近，MT6573解决方案也开始涌现。

下面这个图表展示了11年已面世/12年年即将面世的各芯片厂商产品：

2011/2012年主要手机芯片厂商产品表

  其实除了德州仪器的OMAP5（2012年下半年）以及高通的KraitCPU，其他厂商在可预见的时期内并不会采用新的微架构。

更进一步，如果把目光仅仅放在2012年上半年的话，高通是唯一一家在通过采用新架构来优化每个核心表现的芯片厂商。

其他厂商都是在通过增加核心数量，例如NVIDIA，以及时钟频率来提高芯片性能。

这很容易让我们联想到PC工业，一般来说即便是增加核心数或是提高频率，也早晚会遇到难以克服的性能瓶颈。

  因为有ARM架构授权，高通能够在自制的基于ARM指令集的架构上设计芯片。

这和拥有X86架构授权但自行设计芯片的AMD比较类似。

实际上高通也是唯一一家能够这么做的芯片厂商。

自制芯片的优势很明显，就是能耗和性能表现要比原先好一些。

弊端就是需要较长的研发时间和较多的投入。

高通ScorpionPKCortex-A8

  我们通常提到的Scorpion（天蝎座）便是高通的第一个SnapdragonCPU。

某种意义上讲，它就是优化版的ARMCortex-A8。

Scorpion整体来讲是Dual-issue，in-order的CPU，目前最高规格为1.5GHz，双核心。

像小米手机，以及HTC灵感（Sensation）都是采用了高通SnapdragonS3芯片，时钟频率分别达到了1.5GHz以及1.2GHz，且为双核心，他们都是基于Scorpion的高规格MSM8260的分支。

  在2009年到2010年间，高通的Scorpion曾经是主流手机CPU架构中的佼佼者，但在今年，随着双核CortexA9架构的Tegra2以及德州仪器芯片的出现，高通芯片开始在性能表现方面遭人诟病。

为什么这么说呢？

我们可以结合之前评测过的一些产品来说话。

  SamsungGALAXYSⅡ采用Exynos42101.2GHz双核CPU，摩托罗拉AtrixME860采用Tegra21GHz双核处理器，LGOptimus3D采用德州仪器OMAP44301.2GHz双核CPU，HTCSensation采用高通S3芯片——MSM82601.2GHz版本的双核ScorpionCPU。

让我们通过QA以及Linpack跑分结果截图来比较下各自的性能：

SamsungGALAXYSⅡ

摩托罗拉AtrixME860

LGOptimus3D

HTCSensation

  结果比较明显，高通Scorpion确实在总体性能方面要落后于其他两家芯片厂商的产品，但是差距并不是那么明显，但在浮点运算上，高通的SnapdragonS3取得了第一名。

原因很简单，高通Scorpion基于Cortex-A8优化而来，其他双核芯片则是未经修改的Cortex-A9核心，但我们要知道，高通的优势集中在其他方面——例如能耗较低以及高集成度（甚至直接对通信模块加以集成）。

其实高通SnapdragonS3中的“S”正是System（系统）之意，其集成度很高。

  在即将开始的2012年，高通也许能够再复当年之勇——它将是第一个推出全新微内核架构以及量产28纳米工艺制程芯片的厂商。

高通的下一代芯片也将会第一个整合LTE通信模块，这将会时届时面世的高端手机都具备LTE高速网络能力，甚至下一代芯片对移动的3G网络TD-SCDMA直接提供支持，同时电力消耗方面也比现阶段4x纳米级解决方案好一些。

下面我们来讨论下这个Krait架构和其他芯片架构的特点对比，以及性能预期。

Krait性能预期

  SamsungGALAXYSⅡ是首款采用Orion双核处理器的Android手机，它采用了45纳米工艺制程，两个1GHzARMCortexA9核心提供了强劲动力，每个核心拥有32KB数据缓存和32KB指令缓存，性能优化交给芯片组另外配的1MB的二级缓存完成。

  NvidiaTegra2同样配备两颗ARMCortex-A9核心处理器，同时整套芯片集成了专利技术GPU芯片,1080P视频解码功耗低于100毫瓦，而同级别的芯片解码1080P视频功耗接近1W。

在图形处理方面的出色表现离不开Nvidia的专业图形处理芯片GPU。

这是Nvidia的强项。

整块Soc芯片在功耗方面比较出色。

  Krait是高通新一代Snapdragon、也就是SnapdragonS4的核心。

Krait在Scorpion的基础上加以优化，确实给了它一剂实实在在的肾上腺素。

下图是SnapdragonS4的基本架构，左边是调制解调器子系统（包括LTE、GPS、Wi-Fi等无线通信模块都位于此），中间是多核心子系统（两个KraitCPU，一级/二级缓存，右侧是多媒体子系统（包括Adreno225CPU，音频视频硬件解码芯片，多媒体处理中心等模块都位于此）。

SnapdragonS4架构

Krait与原生的ARMCortex-A8/9对比

Krait给了Scorpion一剂强心针

  高通已经建立起了3-wide，乱序引擎，设计上和过去因特尔的P6比较类似。

同时源于A8的架构又和旧款的奔腾接近，可以说Krait将会我们带入了PC上的奔腾II时代。

  注意wider前端和OoO（乱序执行）引擎，Krait因此要比因特尔的Atom芯片架构表现更好。

没错，你会在2012年的智能手机上感受到比第一批迅驰笔记本更棒的速度。

性能预期和比较：

  ARM核心的性能通常由DMIPS来计算。

作为一个比较传统的整体跑分软件，Dhrystone在过去的PC市场很流行，但后来被更典型的跑分软件所替代。

通过比较一些相似架构的芯片的得分我们可以得出一些结论：

  可以注意到高通Krait得分为3.3DMIPS/MHz，比一个同频率的CortexA9快了30%，正式版的Krait也比当今市场上绝大部分A9核心快25%左右，30-50%的性能提升期待是有可能实现的。

目前无法得到CortexA15的DMIPS/MHz分数。

高通Krait的DMIPS/MHz得分提升

  关于Krait架构的具体优化项目由于过于晦涩难懂我们就不赘述，只需要明白这些：

高通ScorpionCPU=优化版的Cortex-A8CPU，因此市面上目前的双核高通CPU要比Orion、Tegra2、OMAP44X0（这三个芯片组都采用Cortex-A9双核心CPU架构）在性能上落后一些。

高通KraitCPU=优化的Cortex-A9CPU，新的SnapdragonS4采用双KraitCPU替代原先的Scorpion，理论上同频率下整体性能要比市面上绝大部分A9核心快25-30%左右。

GPU争霸战

  最后来聊一聊芯片组中另外一个比较重要的元素，GPU。

实际上目前手机上的GPU都集成在各自的芯片组中，高通采用的GPU是Adreno系列，最新的SnapdragonS4中的GPU已经升级到了Adreno225，性能上对比旧款AdrenoGPU的提升见下图，但目前市面上高通的CPU最高只到了SnapdragonS3，对应的CPU为Adreno220，配备在HTCSensation以及小米手机等的高阶智能手机上。

简要说明Adreno系列性能上的提升

  从第一张图表中我们能看到，SamsungGALAXYSⅡ使用了ARM-Mali400MP4CPU，对应地，NVIDIA的Tegra2芯片组集成了GeForceGPU，德州仪器的OMAP44X0系列均集成了PowerVRSGX54XGPU。

  在Android手机测试中我们经常用到的一个测试软件是高通公司的Neocore，通过加载很多帧的画面，来获得一个实时的演算成绩，最新版已经可以支持其他芯片公司的产品。

再一次我们找来了四台手机（ARM-Mali400MP4GPU的SamsungGALAXYSⅡ，GeForceGPU的摩托罗拉AtrixME860，PowerVRSGX540的LGOptimus3D，以及采用高通Adreno220的HTCSensation）。

SamsungGALAXYSⅡ分数为59.8FPS

摩托罗拉AtrixME860分数为55.8FPS

LGOptimus3D得分为57.8FPS

HTCSensation得分为59.5FPS

  虽然Neocore测试未必100%精准，也未必能够完全体现出这些芯片组中GPU的实力，但也能够说明一些问题：

SnapdragonS3中的Adreno220在性能上已经接近最强的ARM-Mail400MP4GPU，未来的Adreno225只有更强，具体如何我们会等到量产版的SnapdragonS4手机问世之后对其加以测试，敬请期待。

  结语：

市面上Android手机的硬件争夺战已趋于白热化，高通芯片在集成度（包括集成通信模块、甚至下一代Snapdragon芯片直接支持LTE及移动3GTD-SCDMA），能耗，甚至网页开启速度（128bit缓存v.s.64bit缓存）上较优，即便是Scorpion架构也基本在性能和表现方面和其他Cortex-A9核心智能手机匹敌，期待一下明年将面试的双KraitCPU的SnapdragonS4吧，新架构新制程工艺再加上升级的Adreno225GPU，相信它会进一步让Android智能手机，甚至其他平台的智能手机性能飙升。

千万不要小看手机中小小的芯片，因为它正让手机真正智能，并无限接近PC。

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