被忽悠了很多年!手機處理器核心數真有那麼重要麼..

手機是幾核的?在比較兩款手機區別時,這是我們最常問的一個問題。

CPU核心數量的多寡的確是衡量手機性能的重要指標,但卻不是最準確的指標。

去年底,高通發布驍龍820時同時承認八核晶片只是他們的一種行銷噱頭。用核心數量來評判晶片性能幾乎是無意義的。讓無數人噴飯,可冷靜下來想想,如果說CPU數量不會同手機性能直接掛鉤,那手機性能究竟由什麼決定呢?

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皇帝新衣裡說實話的小孩

2015年底,高通發布了驍龍820,在業界瘋狂追求手機處理器數量的當時,820擁有2個高性能Kryo核心和另外兩個省電的Kryo核心,總共就四個核心的驍龍820一登場便飽受爭議。而當高通承認八核晶片只是他們的一種行銷噱頭,用核心數量來評判晶片性能幾乎是無意義的,無疑在整個消費市場引發了極大地震。由於數據傳輸速率對於用戶體驗存在重大影響,這也就成為了測試手機性能的更好方式。 當然對於這種處理方案,希望高通能夠給到更多的數據,這樣才能讓消費者信服。

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CPU重要但不是全部

CPU(中央處理器)是大家最耳熟能詳的參數,從名字中就能看出它對晶片的重要性,甚至於不少人直接把它等同於整顆晶片。實際上,手機晶片更確切的叫法是片上系統(SoC),CPU只是其中的一部分,負責控制運算,直接決定著手機的運行流暢與否。

判斷一顆CPU性能如何,普通消費者大多被各種無道德的行銷和線下一知半解的銷售員帶偏了,只關心有多少顆核和多高的主頻,然而這些只是構成最終性能表現的一部分,最核心的決定性因素是架構!

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目前主流SoC無論出自何手,採用的幾乎全是ARM公司的精簡指令集架構,區別在於有實力的廠商只採用該公司的ARMv7/v8指令集,自己會再進行架構上的設計,比如蘋果和高通就是典型代表。自從A6開始,蘋果就開始自行設計CPU架構,一年後的A7更是憑借Cyclone架構成為首款64位的移動處理器,領先業界一年;而高通在32位時代則靠基於ARMv7指令集打造的Krait架構樹立了自己江湖一哥的地位,最新的驍龍820則基於ARMv8打造了新架構Kryo。

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另一種方案就是直接購買使用ARM設計好的公版架構,我們常見的Cortex-A7/A8/A9/A53/A57/A72就是ARM設計好的架構名稱。其中有32位的ARMv7指令集和64位的ARMv8指令集,聯發科、海思就是採用公版方案。

舉個形象的列子,第一種方案就好比ARM打好了地基,廠商可自由選擇怎麼建房子,好處是靈活性強,性能、功耗往往控制得比公版架構好,但對金錢、時間、技術都有較高要求。第二種方案相當於ARM不光打好了地基,還把圖紙也畫好了,廠商買了之後只需要按照圖紙施工就可以,能大大降低整顆SoC晶片開發的時間和成本。

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不同的架構直接決定了性能的基礎,比如市面上千元機裡常見的處理器雖然有八個核心、主頻超過2GHz,但由於多採用A53低功耗架構,性能方面還不如雙核的高性能架構A72,特別在單線程運算能力上更是相形見絀。這也就是為什麼,蘋果至今堅持雙核選擇,但性能卻一直遙遙領先的根本原因。其實,這和電腦處理器是一樣的,英特爾著名的Tick-Tock戰略就是不同年份專注於架構和制程工藝兩方面交替提升,最終做到性能的逐年上漲。所以除了架構外,再重要的就是制程工藝了。

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制程工藝是指晶片內電路與電路之間的距離,目前主流的工藝是28nm和20nm,最先進的是16/14nm,先進的工藝能減低處理器的耗能和熱量,縮小晶片面積,提升性能。理解了這一點,就知道為什麼同樣是4顆A57+4顆A53的big.LITTLE大小核架構,20nm工藝的驍龍810發熱、功耗備受詬病,而14nm的三星Exynos 7420卻表現優異的原因。

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如果再講細一點,半導體的制程工藝還可分2D結構的MOSFET(金氧半場效晶體管)和3D結構的FinFET(鰭式場效晶體管),FinFET架構主要是改動了控制電流的閘門,能大幅改善電路控制並減少漏電流。

即便是同樣的制程工藝,也可能因為技術改進產生迭代。比如去年蘋果A9的代工門風波,理論上更先進的14nm表現卻不如台積電的16nm,原因在於三星是從28nm直接跳到14nm LPE工藝,而台積電則按部就班的從28-20-16nm順序過度,技術相對成熟,良率與漏電控制更好。但三星顯然已經吸取了教訓,近期推出了第二代14nm LPP工藝,比一代LPE工藝性能提升15%、功耗降低15%,台積電今年也推出了改良版的16nm FinFET+,所以看似相同的工藝也回因為具體版本不同而產生差異。

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經過上面的敘述,相信大家已經大體知道如何去判斷CPU的好壞,總結起來就是架構和工藝比核心和主頻更重要,而高性能架構大幅優於低功耗架構,工藝越先進處理器越強。

決定遊戲性能的是GPU

好的CPU只是做好一顆高端晶片的第一步,它雖然讓整機運行流暢穩定,但在手機娛樂屬性越來越強的今天,特別是年輕人喜歡用手機來代替掌機玩遊戲的當下,GPU無疑是更不可忽視的部分。

GPU中文譯為圖形處理器,關係到圖形渲染能力的強弱,直接決定了遊戲是否能流暢運行。目前主流的移動GPU廠商有ARM、高通、Imagination Technologies(以下簡稱Imagination)、NVIDIA四家,其中高通的Adreno和NVIDIA的Maxwell GPU只用在自己的驍龍、Tegra晶片上,所以對外出售的只有ARM Mali、Imagination PowerVR兩個系列。

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雖然經常有三星、蘋果在自研GPU的傳聞,但至今為止各晶片廠商都只能購買ARM或Imagination提供的方案集成在晶片中,比如華為海思、三星Exynos採用ARM Mali系列,Imagination PowerVR則多用在蘋果A系和聯發科晶片中。

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由於不同廠商採用的架構不同,比如有統一渲染、分離渲染等區別,所以單憑架構或核心並不能判斷移動GPU的性能強弱,業界通常做法是看其三角形輸出率和像素填充率,當然自從各類評測軟體誕生後,比較就變得更直觀了。如果大家記不住各種排名也沒關係,了解清楚各廠商的命名規則心中就大致有數了。

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通常來說,移動GPU的命名都是有字母加數字構成,如Adreno 530、Mali-T880、PowerVR GT7600等,其中第一位數字一般表示代數,數字越大代數越新;第二位數字代表定位,數字越大性能越強。以上三款GPU就是已經商用的最新最高端型號。不過,ARM的Mali GPU有點特別,除了要看型號外,還得注意核心數(命名最後的MPx,x是多少就代表多少核心),比如麒麟950和Exynos 8890雖然都用了最新的Mali-T880,但麒麟950只有4個核心,而Exynos 8890卻有12個核心,性能自然不可同日而語。

打電話靠的是基帶性能

手機最核心的作用還是通訊,對於這一點,CPU和GPU再強也無能為力,最終還得看基帶。

基帶直接決定了手機支持什麼樣的網路制式,我們用手機打電話、上網、發簡訊等等,都是通過上層處理系統下髮指令給基帶部分,並由基帶部分處理執行。可以說,基帶是整顆晶片中技術含量最高的部分,德州儀器、意法愛立信、NVIDIA等廠商多就因為SoC中沒有整合基帶或者技術落後被市場淘汰出局。

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判斷基帶的優劣最直觀一點就是看它支持的制式和頻段多少,一般號稱全網通的手機就是採用了高端的基帶,從4G的LTE到3G的WCDMA/CMDA/TD-SCDMA再到2G的GSM/EDGE全部制式支持,用戶只需購買手機插卡即可使用,不用去費心考慮支不支持、換卡怎麼辦的問題。

除了制式支持外,4G時代基帶的另一個重要特性是LTE的UE接入能力等級,也就是UE能夠支持的傳輸速率,一般用Cat x表示,x的數字越大上傳下載的速度就越高。麒麟950遺憾的一點就是用了只支持Cat 6的老基帶Balong 720,沒用採用最新支持Cat 12/13的Balong 750。

多媒體性能看SoC綜合表現

多媒體性能本身分為很多部分,首先是影片編碼器,它關乎著手機最終支持多少格式的編碼解碼方案,比如ARM的Mali-V550和驍龍820都支持4K分辨率H.265 HEVC格式影片的編解碼。有的SoC中還會集成音頻解碼器,比如聯發科。

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再來的是顯示控制器,它影響著最終手機能上多高分辨率、多少幀率的螢幕,前兩天ARM才發布的Mali-DP650就能輕鬆帶起4K分辨率、60FPS幀率的螢幕,除了用在移動設備上外用在4K電視上也沒有問題。

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最後是關乎拍照錄像的圖像處理器(ISP),它負責處理影像傳感器傳回的數據,影響著白平衡、對焦、曝光、噪點抑制、人臉識別、運動補償等各種基礎高級的影像功能。該領域最出名的要數受三星、錘子青睞的富士通Milbeaut方案,但單獨加入ISP會加劇功耗、發熱、設計的複雜情況,所以目前廠商更傾向於在SoC集成ISP,比如高通、海思、蘋果的晶片都是集成的自研技術。

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為什麼手機處理器沒有奇數核心

其實不單單是手機處理器,其實包括電腦處理器也基本上是偶數的核心,偶爾出現一些奇數的核心處理器也大多是通過從硬體層面上屏蔽一個核心,組成3核,這個單獨屏蔽出來的核心用於待機來降低功耗,而這樣其實實際上也是4核心的處理器。

從技術層面來說,晶片一般都是矩形構造,晶片在製造時,也是需要橫豎方向切割,矩形屬於正交線結合出來的天然圖形,當電路規模化後,矩形這種本身就是有規律,有結構的天然圖形,在電路布局方面能夠幫助人們在龐大的電信號之間,可以找到規律合理的控制並改造電路。而當處理器進行設計之時,基本上都是畫出一個核心,經過幾次鏡像變成多核,也包括其中的控制電路,時鐘電路都是完全對稱的。也就導致了多核處理器的核心時序是完全相同的。

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而且一個處理是方形的,核心一般也都是方形的。舉個例子來說,把一個方形的切成同樣大小的2等份、4等份….很好協調,但是若是切成同樣等份的奇數就很難協調了。這個是導致核心是偶數的一個可能性。當然不排除一些原聲的奇數核心處理器。這個也是出於考慮到在功耗與性能之間的選擇,為了達到平衡性才做出來的這種處理器。而且還有一個原因就是處理器廠商會把2個核心封裝在一起,組成一個模塊。而晶片是由這些模塊組合而成。也就導致晶片成為偶數的另一個可能性。

第二個可能性就是因為成本、市場需求、性能等原因。

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