后起之秀高通的奮起直追——手機(jī)處理器系列(五)

　　高通第三代MSM8x60處理器之所以被人詬病為高頻低能，除了采用異步多核之外，基于老舊Scorpion核心架構(gòu)的研發(fā)也是重要的因素。因此在CPU核心架構(gòu)上，高通Snapdragon S4系列產(chǎn)品完全摒棄了此前的Scorpion架構(gòu)，轉(zhuǎn)而采用高通基于ARMv7指令集最新研發(fā)的Krait內(nèi)核架構(gòu)，單核最高主頻可達(dá)2.5GHz。而相比Scorpion架構(gòu)，新的Krait架構(gòu)在Scorpion的基礎(chǔ)上作了不少改進(jìn)。

　　S4系列中MSM8960型處理器塊狀圖

　　首先在架構(gòu)的前端方面，Krait顯然要更“寬”，一個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行三次fetch與decode操作。每個(gè)Decoder都相當(dāng)于ARM11的single issue能力模塊，對(duì)比前代Scorpion架構(gòu)的2-wide，3-wide的Krait架構(gòu)提高了50%。后端執(zhí)行單元方面則是簡(jiǎn)單的擴(kuò)張，從Scorpion的三個(gè)增加到了七個(gè)，可以并行執(zhí)行4條指令。而在指令執(zhí)行階段，Krait終于進(jìn)入了Cortex-A9階段，可實(shí)現(xiàn)完全亂序執(zhí)行。流水線(xiàn)方面，Krait的整數(shù)流水線(xiàn)由Scorpion的10級(jí)略微提高至11級(jí)，對(duì)比Cortex-A15的15級(jí)流水線(xiàn)，高通的設(shè)計(jì)含有更多的定制化邏輯模塊，同樣使得處理器的頻率容易提升。

　　主流的幾款核心架構(gòu)比較

　　對(duì)比Scorpion架構(gòu)，Krait還在Cortex-A15基礎(chǔ)上加入的新虛擬化指令集和40bit內(nèi)存尋址，雙核型號(hào)的二級(jí)緩存也從512KB升至1MB。ARM核心的性能通常用DMIPS（Dhrystone Millions of Instructions per Second）來(lái)衡量，從上表中我們可以看到，Krait的DMIPS/MHz性能為3.3，而同頻的Cortex-A9為2.5，速度上Krait提升約30%，比上一代Scorpion架構(gòu)提升1.6倍。

　　更低功耗實(shí)現(xiàn)更多功能

　　在多核架構(gòu)方面，高通依舊將Krait架構(gòu)設(shè)計(jì)為異步對(duì)稱(chēng)式多核處理器（aSMP），每個(gè)內(nèi)核包括二級(jí)緩存均有一個(gè)獨(dú)立的電壓和時(shí)鐘，這種設(shè)計(jì)使得每個(gè)CPU內(nèi)核都能根據(jù)所處理的工作，以最有效的電壓和頻率運(yùn)行，而在不需使用時(shí)都可以獨(dú)立關(guān)閉，使其在待機(jī)狀態(tài)下沒(méi)有功耗，這些特性使得采用aSMP架構(gòu)比同步SMP架構(gòu)在功耗方面減少25%-40%。

　　異步多核CPU架構(gòu)功耗更節(jié)省

　　總而言之，Krait的設(shè)計(jì)采用了使用新電路技術(shù)的定制設(shè)計(jì)流程以提高性能，降低功耗。這實(shí)現(xiàn)了非常有效及寬范圍的動(dòng)態(tài)時(shí)鐘和電壓調(diào)節(jié)（DCVS），可適用于不同使用模式包括從熱待機(jī)到中/ 高水平的處理要求。Krait架構(gòu)的CPU可以平滑地從低功耗、低漏電模式轉(zhuǎn)換到高速性能的模式。

　　高通王宇飛博士告訴我們，通過(guò)這一些列的改進(jìn)，Krait架構(gòu)能在非常低的功耗下實(shí)現(xiàn)更多功能，不僅整體性能方面相比Scorpion架構(gòu)提升了60%以上，而且較當(dāng)前采用ARM的CPU內(nèi)核則提高150%，并同時(shí)能將功耗降低65%。

　　Krait在整體性能方面比Scorpion架構(gòu)提升60%

　　此外，高通驍龍S4為解決屏顯耗電的難題還采取了兩項(xiàng)新技術(shù)——BRITE和GridView。前者能根據(jù)屏幕上正在顯示的內(nèi)容，動(dòng)態(tài)調(diào)整背光亮度并利用自然光，在適當(dāng)?shù)臈l件下可以降低高達(dá)50%的功耗；而GridView可以智能地以整頁(yè)生成的方式刷新界面。

　　多媒體性能提升50%

　　在多媒體性能方面，高通Snapdragon S4系列將圖形處理器升級(jí)至Adreno225，擁有130m/s多邊形生成率、760m/s像素生成率以及314mp/s 3d渲染率，性能上相比三代處理器的Adreno220提高了50%，處理能力是Adreno200的6倍。

　　Adreno225性能比Adreno220提高了50%

　　常見(jiàn)SoC芯片GPU性能參數(shù)比較

　　同時(shí)，Adreno225是擁有統(tǒng)一渲染架構(gòu)的完全可編程O(píng)penGL ES 2.0 GPU，通過(guò)提供靈活的頂點(diǎn)著色處理，使得GPU的處理能力達(dá)到最大化。另外相比Adreno220，Adreno225支持Windows8的DirectX 9.3，支持1080P HD視頻解碼以及3D顯示，全系統(tǒng)的兼容性也是Adreno225 GPU相比于同級(jí)GPU產(chǎn)品的一大優(yōu)勢(shì)。

　　而在MWC期間， 高通宣布將推出驍龍S4 MSM8960專(zhuān)業(yè)版（Pro Version）處理器，該處理器芯片采用Adreno 320 GPU。該GPU為S4注入新的多媒體功能，如計(jì)算型照相機(jī)、光場(chǎng)相機(jī)等。Adreno 320還配備了加速Windows系統(tǒng)的專(zhuān)用硬件，并全面支持頂級(jí)游戲引擎。該專(zhuān)業(yè)版針對(duì)各操作系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，包括Windows 8。
單芯片可支持全制式網(wǎng)絡(luò)

　　網(wǎng)絡(luò)制式兼容性是高通處理器芯片一貫來(lái)的優(yōu)勢(shì)所在，對(duì)此高通王宇飛博士進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，新一代SoC解決方案高集成的特性在Snapdragon S4系列處理器上也得到了很好的繼承，特別是首次完全集成的3G/4G全模式調(diào)制解調(diào)器。其中，雙核的MSM8960則是幾乎支持世界所有網(wǎng)絡(luò)制式的手機(jī)芯片，在單一芯片上集成包括2G、3G以及4G調(diào)制解調(diào)器技術(shù)，它集成的基帶芯片基于高通第二代（3GPP rel.9）LTE MODEM，與MDM9x15中的幾乎一樣，這也是蘋(píng)果為什么還沒(méi)有推出LTE版iPhone的原因（等待高通28nm基帶芯片）。

　　高通在LTE技術(shù)具有絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)

　　另外，高通Snapdragon S4處理器還集成了許多其他流行的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，包括藍(lán)牙4.0、GPS、FM以及Wi-Fi（a/b/g/n）等功能。

　　市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不輸四核Tegra 3

　　盡管在同期，Nvidia已經(jīng)搶先發(fā)布了針對(duì)手機(jī)終端芯片市場(chǎng)的Tegra 3四核處理器，并且集成了性能更為強(qiáng)大的Geforce GPU，后續(xù)上市的HTC One X（網(wǎng)購(gòu)最低價(jià) 3160.0元）也讓我們見(jiàn)識(shí)到了Tegra 3四核處理器所展現(xiàn)的強(qiáng)大性能，而高通S4系列針對(duì)手機(jī)終端芯片市場(chǎng)并未有相應(yīng)的四核產(chǎn)品。但不可忽視的是，高通S4系列處理器產(chǎn)品不僅采用更為先進(jìn)的Krait核心架構(gòu)以及業(yè)界領(lǐng)先的28nm工藝制程，而且高通所具備的LTE專(zhuān)利技術(shù)以及高通芯片的高集成度特性都是其他芯片廠(chǎng)商所不具備的優(yōu)勢(shì)。

　　這也解釋了，HTC為何在發(fā)布搭載Tegra 3四核的One X之后，在需要推出LTE定制版的One X時(shí)卻使用高通S4系列的MSM8960雙核處理器。

　　不可否認(rèn)，高通S4系列雙核處理器在綜合性能上會(huì)稍遜于Nvidia Tegra 3等四核處理器，可大多數(shù)情況下并不需要完全發(fā)揮出四核的性能。用戶(hù)都只是在進(jìn)行一些常規(guī)操作時(shí)，高通S4系列處理器的性能表現(xiàn)或?qū)⒈萒egra 3更為出色，而且功耗控制也一直是高通芯片的優(yōu)勢(shì)所在?？偠灾?，在四核處理器全面來(lái)襲時(shí)，憑借產(chǎn)品本身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及與各大手機(jī)廠(chǎng)商積累多年的合作關(guān)系，高通S4雙核系列產(chǎn)品在市場(chǎng)上仍然具有很強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。
小結(jié)

　　此外，高通王宇飛博士還進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)。目前高通已經(jīng)擁有完整的產(chǎn)品路線(xiàn)規(guī)劃，平臺(tái)已覆蓋入門(mén)級(jí)以及中高端智能手機(jī)、平板電腦及智能電視等終端，而合作伙伴可利用同一個(gè)平臺(tái)研發(fā)出全系產(chǎn)品。高通還提供更好、更穩(wěn)定的軟件來(lái)減少客戶(hù)產(chǎn)品的上市時(shí)間，減少做定制化的時(shí)候所產(chǎn)生的那些麻煩，能給客戶(hù)提供一個(gè)好的工具降低研發(fā)成本，以保證他們?cè)谧龆窝邪l(fā)的時(shí)候能夠節(jié)省成本。相信，這也是高通手機(jī)處理器芯片相比其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

　　至此，筆者已經(jīng)大致上為大家闡述了，高通在手機(jī)處理器上的產(chǎn)品布局以及各系列產(chǎn)品所獨(dú)有的特性，特別是代表目前業(yè)界最新的技術(shù)水平的S4系列處理器。不過(guò)高通競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的實(shí)力也不可小覷，德州儀器（TI）的OMAP 5系列、蘋(píng)果基于Cortex-A15核心架構(gòu)的A6以及已經(jīng)上市的NVIDIA Tegra 3和三星Exynos 4412四核處理器都擁有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，再加上Intel Medfield的來(lái)襲，2012年手機(jī)