終極指南:2013年手機(jī)CPU的現(xiàn)狀與未來
首先我們來看一看高通。之所以首先觀察高通，是因?yàn)橄鄬Χ愿咄ǖ漠a(chǎn)品是變化幅度最小的，因此我們可以借用的歷史數(shù)據(jù)就最多。在《四核處理器?上》成文時(shí)，高通的最新產(chǎn)品是S4 Pro APQ8064。而在我們撰寫本文時(shí)，高通重新命名了它的產(chǎn)品線，S4 Pro有了繼任者驍龍600。這是一顆和APQ8064區(qū)別很小的芯片，最大的提升在于內(nèi)存從雙通道LPDDR2 533變成了雙通道LPDDR3 1066，因此我們不打算深究這顆芯片。
高通的重頭戲，以及下半年乃至明年的主打，將是驍龍800。它擁有改進(jìn)后的Krait 400核心，主要改動(dòng)是調(diào)整了內(nèi)部緩存架構(gòu)，降低異步設(shè)計(jì)帶來的影響。同時(shí)，驍龍800引入了HPM工藝，主頻達(dá)到了2.3GHz，成為手機(jī)SoC中的一個(gè)超過2GHz大關(guān)的產(chǎn)品。除此之外，驍龍800還集成了新的Adreno 330 GPU，性能與規(guī)模再次翻倍。
驍龍800核心照片
相信看過之前的文章后，現(xiàn)在的你已經(jīng)不會(huì)被上面充滿誘惑力的宣傳所擊倒。是的，我們再次重復(fù)一遍：絕對性能的提升沒有意義，決定用戶體驗(yàn)的是體效值，或者說每瓦特性能。那么驍龍800的每瓦特性能有沒有提升呢？
首先我們來看一看CPU部分。由于緩存的增強(qiáng)，Krait 400核心的執(zhí)行效率必然會(huì)得到一定的提升，但是Krait核心從本質(zhì)上來說依然是一個(gè)“增肥”版的Cortex A9，它所面對的最大問題其實(shí)是由于指令隊(duì)列的不足，導(dǎo)致架構(gòu)的IPC受限。
Krait的后端就像是規(guī)模巨大的工廠，而經(jīng)過持續(xù)的升級，Krait的前端已經(jīng)從小港口變成了大型碼頭——但是連接它們的依然只是一條省道。這樣的架構(gòu)也許可以在理論測試中獲得極高的成績，但是在實(shí)際變幻莫測的應(yīng)用代碼面前，往往無法發(fā)揮應(yīng)有的效率，根據(jù)某些第三方測試，在諸如視頻解碼、文件壓縮與解壓縮等應(yīng)用中，Krait 300核心的同頻性能有時(shí)會(huì)不如Cortex A9甚至A7。這雖然不足以定性的給這個(gè)架構(gòu)下結(jié)論，至少也可以說明一部分的問題。
文件壓縮速度，驍龍600的Krait 300內(nèi)核同頻性能甚至不如Cortex A7
因此，綜合來看，Krait系列核心的能耗，恐怕是比較悲觀的——上篇中我們做過相應(yīng)的比較，得到的數(shù)據(jù)也傾向于支持這樣一個(gè)結(jié)論。APQ8064的執(zhí)行效率并不如Cortex A9，Krait 400核心雖然經(jīng)過了兩次升級，但是考慮到Krait 300的實(shí)際表現(xiàn)，我們認(rèn)為其執(zhí)行效率至多只能達(dá)到略高于A9的水平。也就是說，Krait 400架構(gòu)效率上并沒有大幅超越Cortex A9。
那么產(chǎn)品效率呢？在這之前筆者需要稍微岔開一些話題。不知道你是否發(fā)現(xiàn)，我們在對比效率的時(shí)候往往都會(huì)和Cortex A9相比，準(zhǔn)確來說是和SAMSUNG Exynos 4412相比。為何要用它作為基準(zhǔn)？這并不是因?yàn)槠幕蚴菍τ谌怯兄~外的好感，原因很簡單，那就是根據(jù)之前我們對手機(jī)極限功耗的定義，在那樣的功耗限制之下，Exynos 4412是體效值與絕對性能之間最接近的產(chǎn)品：Exynos 4412的核心，工作在1.4GHz時(shí)單顆功耗約為440mW，1.6GHz約為600mW，總功耗即為1.8W與2.4W。因此Exynos 4412是一個(gè)極好的標(biāo)準(zhǔn)——如果有產(chǎn)品的效率比4412高，它就可以發(fā)揮出比4412更加優(yōu)越的實(shí)際性能，否則就只能在降頻中工作。
來自Anandtech的測試，驍龍S4 APQ8064單個(gè)核心的功耗大約是700mW
在驍龍800以外的產(chǎn)品中，高通采用的是28LP SiON/Poly工藝，這會(huì)導(dǎo)致漏電增加，繼而降低能耗比。在上篇中我們引用外媒Anandtech的結(jié)論，得知28LP工藝的驍龍APQ8064，運(yùn)行在1.5GHz的頻率下，單個(gè)核心的功耗大約是700mW。
而到了驍龍800，高通終于引入了先進(jìn)的HKMG技術(shù)，將工藝更換為了28HPM。那么，這個(gè)工藝是否能提升驍龍800的能耗比？根據(jù)TSMC對于28HPM的工藝描述，我們認(rèn)為這個(gè)答案同樣也許是比較悲觀的，因?yàn)?8HPM本質(zhì)上是用來提升性能的工藝，它的主要目的是讓驍龍800得以運(yùn)行在使用28LP的驍龍600所無法達(dá)到的高頻下，但是處理器本身的漏電并不會(huì)因此而減小。
臺積電四種28納米工藝的區(qū)別
我們粗略估計(jì)，運(yùn)行在2.3GHz下的Krait 400核心，即便只考慮頻率的提升，單個(gè)核心滿載的功率也將超過1W，四核心的總功耗則會(huì)遠(yuǎn)超2.5W的散熱功耗上限。至于能耗比，在低頻段，驍龍800的能耗比也許可以略超龍600，但是總體來說我們并不認(rèn)為驍龍800在CPU部分的能耗比會(huì)大幅領(lǐng)先于Cortex A9，也就是說驍龍800的體效值將明顯小于極限性能。
按照我們之前的分析，驍龍800在手機(jī)上的長期性能表現(xiàn)就將不會(huì)比Cortex A9提升太多（短期性能表現(xiàn)，例如基準(zhǔn)測試，會(huì)因?yàn)樵O(shè)備的熱容以及溫度滯后效應(yīng)而大幅提升，但是只要工作足夠長——不超過三分鐘——的時(shí)間后，性能將會(huì)降低到Cortex A9水平）。
使用工具監(jiān)控驍龍APQ8064的CPU頻率變化，運(yùn)行2分鐘以后，CPU頻率降低到了1GHz以下
使用工具監(jiān)控驍龍600的CPU頻率變化，Krait 300核心根本無法維持全速工作
那么GPU部分呢？這方面的問題可能會(huì)比CPU更加嚴(yán)重。高通Adreno 300系列GPU的超低能耗比已經(jīng)是眾人皆知的問題，其嚴(yán)重程度遠(yuǎn)超CPU。由于GPU相對于CPU而言是低頻大規(guī)模電路，因此它對于漏電的敏感程度要遠(yuǎn)高于CPU，對于頻率的敏感程度則不如CPU。驍龍800所集成的Adreno 330相對于Adreno 320而言規(guī)模提升了一倍，因此功耗的提升幅度自然也不會(huì)小到哪里去，我們假定Adreno 330可以借助HPM工藝，完全避免功耗的提升，它的能耗比能有多高？
對于這個(gè)問題，我們可以通過一個(gè)粗略的測試來判斷。Galaxy S4和配備了驍龍600的手機(jī)，在3Dmark中的得分基本是相同的，但是根據(jù)耗電量得出的整機(jī)功耗估值方面，Galaxy S4所具備的SGX544MP3 GPU的功耗幾乎只有Adreno320的15%甚至更低，換句話說就是SGX544MP3的能耗比幾乎是Adreno330的7倍——實(shí)際上，根據(jù)粗略測試的結(jié)果，Adren 320的功耗已經(jīng)達(dá)到了大約6W，不論這個(gè)數(shù)字是否精確，Adren 320早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了2.5W，甚至4.15W的散熱功耗極限。性能翻倍dreno 330即使維持功耗不變，也將和CPU一樣，在實(shí)際工作中也將永遠(yuǎn)不可能發(fā)揮出其最大性能，它的體效值同樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論最大性能。
最終，我們對于驍龍800的預(yù)期表現(xiàn)是比較悲觀的。我們認(rèn)為，在CPU部分，配備驍龍800的產(chǎn)品，并不能讓用戶得到遠(yuǎn)超四核心Cortex A9——如宣傳、測試以及參數(shù)上那樣——的實(shí)際體驗(yàn)，而GPU方面則更會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如SGX544MP3，不論理論測試有多么強(qiáng)大。驍龍800并沒能有效提升能耗比，因此裝有驍龍800的產(chǎn)品，其體效值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于宣傳的性能，作為結(jié)果，消費(fèi)者購買的大部分參數(shù)和數(shù)字，將會(huì)永遠(yuǎn)停留在紙面上——當(dāng)然，還有基準(zhǔn)測試軟件里。
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