双核手机CPU和GPU大战 谁是性能之王.docx

1、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Snapdragon S4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Global Foundries，三星，台积电（TSMC）以及联华电子公司（UMC）

2、。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Atrix ME860；德州仪器TI的OMAP系列芯片，代表机型LG Optimus 3D，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OMAP 5（2012年下半年）以及高通的Krait CPU，其他厂商在可预

3、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Scor

4、pion PK Cortex-A8 我们通常提到的Scorpion（天蝎座）便是高通的第一个Snapdragon CPU。某种意义上讲，它就是优化版的ARM Cortex-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Snapdragon S3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

5、着双核Cortex A9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。 Samsung GALAXY S 采用Exynos 4210 1.2GHz双核CPU，摩托罗拉Atrix ME860采用Tegra2 1GHz双核处理器，LG Optimus 3D采用德州仪器OMAP 4430 1.2GHz双核CPU，HTC Sensation采用高通S3芯片MSM8260 1.2GHz版本的双核Scorpion CPU。让我们通过QA以及Linpack跑分结果截图来比较下各自的性能：Samsung GALAXY S

6、摩托罗拉Atrix ME860LG Optimus 3DHTC Sensation 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Snapdragon S3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Snapdragon S3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

7、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 Samsung GALAXY S 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1GHz ARM Cortex A9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

8、交给芯片组另外配的1MB的二级缓存完成。 Nvidia Tegra2同样配备两颗ARM Cortex-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Snapdragon S4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Snapdragon S4的基本架构，左边是调制解调器子系统（

9、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Krait CPU，一级/二级缓存，右侧是多媒体子系统（包括Adreno225 CPU，音频视频硬件解码芯片，多媒体处理中心等模块都位于此）。Snapdragon S4架构Krait与原生的ARM Cortex-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

10、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Cortex A9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Cortex A15的DMIPS/MHz分数。高通Krait的DMIPS/MHz得分提

11、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Scorpion CPU=优化版的Cortex-A8 CPU，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Krait CPU=优化的Cortex-A9 CPU，新的Snapdragon S4采用双Krait CPU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

12、成在各自的芯片组中，高通采用的GPU是Adreno系列，最新的Snapdragon S4中的GPU已经升级到了Adreno225，性能上对比旧款Adreno GPU的提升见下图，但目前市面上高通的CPU最高只到了Snapdragon S3，对应的CPU为Adreno220，配备在HTC Sensation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，Samsung GALAXY S 使用了ARM-Mali400 MP4 CPU，对应地，NVIDIA的Tegra2芯片组集成了GeForce GPU，德州仪器的OMAP44X0系列均集成了Power

13、VR SGX54X GPU。 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-Mali400 MP4 GPU的Samsung GALAXY S ，GeForce GPU的摩托罗拉Atrix ME860，PowerVR SGX540的LG Optimus 3D，以及采用高通Adreno220的HTC Sensation）。Samsung GALAXY S 分数为59.8FPS摩托罗拉Atrix ME860分数为55.8FPSLG Optimus

14、3D得分为57.8FPSHTC Sensation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：Snapdragon S3中的Adreno220在性能上已经接近最强的ARM-Mail 400 MP4 GPU，未来的Adreno225只有更强，具体如何我们会等到量产版的Snapdragon S4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3G TD-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Krait CPU的Snapdragon S4吧，新架构新制程工艺再加上升级的Adreno225 GPU，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。 原文地址: