你不知道的手机芯事：神U不应该只看核心数

　　上一期的“手机芯事”给大家解读了去年手机芯片的基本格局变化，其中，在阐述高通和联发科时，我们简单谈到为什么减少了核心的骁龙820更务实，而看似更多核的联发科X10算不上高端。今天我们将进一步阐释，一颗好的手机芯片到底该是什么样的。我们在面对各种核心数的营销轰炸时，如何理性的选择最合适自己的产品是一个重要的课题。
　　CPU重要但不是全部
　　CPU(中央处理器)是大家最耳熟能详的参数，从名字中就能看出它对芯片的重要性，甚至于不少人直接把它等同于整颗芯片。实际上，手机芯片更确切的叫法是片上系统(SoC)，CPU只是其中的一部分，负责控制运算，直接决定着手机的运行流畅与否。
　　判断一颗CPU性能如何，普通消费者大多被各种无节操的营销和线下一知半解的销售员带偏了，只关心有多少颗核和多高的主频，然而这些只是构成最终性能表现的一部分，最核心的决定性因素是架构!
　　目前主流SoC无论出自何手，采用的几乎全是ARM公司的精简指令集架构，区别在于有实力的厂商只采用该公司的ARMv7/v8指令集，自己会再进行架构上的设计，比如苹果和高通就是典型代表。自从A6开始，苹果就开始自行设计CPU架构，一年后的A7更是凭借Cyclone架构成为首款64位的移动处理器，领先业界一年;而高通在32位时代则靠基于ARMv7指令集打造的Krait架构树立了自己江湖一哥的地位，最新的骁龙820则基于ARMv8打造了新架构Kryo。
　　


　　另一种方案就是直接购买使用ARM设计好的公版架构，我们常见的Cortex-A7/A8/A9/A53/A57/A72就是ARM设计好的架构名称。其中字母A后是一位数的为32位的ARMv7指令集，两位数的就是64位的ARMv8指令集，联发科、海思就是采用公版方案。
　　举个形象的列子，第一种方案就好比ARM打好了地基，厂商可自由选择怎么建房子，好处是灵活性强，性能、功耗往往控制得比公版架构好，但对金钱、时间、技术都有较高要求。第二种方案相当于ARM不光打好了地基，还把图纸也画好了，厂商买了之后只需要按照图纸施工就可以，能大大降低整颗SoC芯片开发的时间和成本。
　　


　　不同的架构直接决定了性能的基础，比如市面上千元机里常见的处理器虽然有八个核心、主频超过2GHz，但由于多采用A53低功耗架构，性能方面还不如双核的高性能架构A72，特别在单线程运算能力上更是相形见绌。这也就是为什么，苹果至今坚持双核选择，但性能却一直遥遥领先的根本原因。
　　其实，这和电脑处理器是一样的，英特尔著名的Tick-Tock战略就是不同年份专注于架构和制程工艺两方面交替提升，最终实现性能的逐年上涨。所以除了架构外，再重要的就是制程工艺了。
　　


　　制程工艺是指芯片内电路与电路之间的距离，目前主流的工艺是28nm和20nm，最先进的是16/14nm，先进的工艺能减低处理器的耗能和热量，缩小芯片面积，提升性能。理解了这一点，就知道为什么同样是4颗A57+4颗A53的big.LITTLE大小核架构，20nm工艺的骁龙810发热、功耗备受诟病，而14nm的三星Exynos 7420却表现优异的原因。
　　


　　如果再讲细一点，半导体的制程工艺还可分2D结构的MOSFET(金氧半场效晶体管)和3D结构的FinFET(鳍式场效晶体管)，FinFET架构主要是改动了控制电流的闸门，能大幅改善电路控制并减少漏电流。
　　


　　即便是同样的制程工艺，也可能因为技术改进产生迭代。比如去年苹果A9的代工门风波，理论上更先进的14nm表现却不如台积电的16nm，原因在于三星是从28nm直接跳到14nm LPE工艺，而台积电则按部就班的从28-20-16nm顺序过度，技术相对成熟，良率与漏电控制更好。但三星显然已经吸取了教训，近期推出了第二代14nm LPP工艺，比一代LPE工艺性能提升15%、功耗降低15%，台积电今年也推出了改良版的16nm FinFET+，所以看似相同的工艺也回因为具体版本不同而产生差异。
　　


　　经过上面的叙述，相信大家已经大体知道如何去判断CPU的好坏，总结起来就是架构和工艺比核心和主频更重要，而高性能架构大幅优于低功耗架构，工艺越先进处理器越强。
　　游戏核心——GPU
　　好的CPU只是做好一颗高端芯片的第一步，它虽然让整机运行流畅稳定，但在手机娱乐属性越来越强的今天，特别是年轻人喜欢用手机来代替掌机玩游戏的当下，GPU无疑是更不可忽视的部分。
　　GPU中文译为图形处理器，关系到图形渲染能力的强弱，直接决定了游戏是否能流畅运行。目前主流的移动GPU厂商有ARM、高通、Imagination Technologies(以下简称Imagination)、NVIDIA四家，其中高通的Adreno和NVIDIA的Maxwell GPU只用在自己的骁龙、Tegra芯片上，所以对外出售的只有ARM Mali、Imagination PowerVR两个系列。
　　


　　虽然经常有三星、苹果在自研GPU的传闻，但至今为止各芯片厂商都只能购买ARM或Imagination提供的方案集成在芯片中，比如华为海思、三星Exynos采用ARM Mali系列，Imagination PowerVR则多用在苹果A系和联发科芯片中。
　　

                               
                                                               
                               
                　　由于不同厂商采用的架构不同，比如有统一渲染、分离渲染等区别，所以单凭架构或核心并不能判断移动GPU的性能强弱，业界通常做法是看其三角形输出率和像素填充率，当然自从各类评测软件诞生后，比较就变得更直观了。如果大家记不住各种排名也没关系，了解清楚各厂商的命名规则心中就大致有数了。
　　


　　通常来说，移动GPU的命名都是有字母加数字构成，如Adreno 530、Mali-T880、PowerVR GT7600等，其中第一位数字一般表示代数，数字越大代数越新;第二位数字代表定位，数字越大性能越强。以上三款GPU就是已经商用的最新最高端型号。不过，ARM的Mali GPU有点特别，除了要看型号外，还得注意核心数(命名最后的MPx，x是多少就代表多少核心)，比如麒麟950和Exynos 8890虽然都用了最新的Mali-T880，但麒麟950只有4个核心，而Exynos 8890却有12个核心，性能自然不可同日而语。
　　通信中枢——基带
　　手机最核心的作用还是通讯，对于这一点，CPU和GPU再强也无能为力，最终还得看基带。
　　基带直接决定了手机支持什么样的网络制式，我们用手机打电话、上网、发短信等等，都是通过上层处理系统下发指令给基带部分，并由基带部分处理执行。可以说，基带是整颗芯片中技术含量最高的部分，德州仪器、意法爱立信、NVIDIA等厂商多就因为SoC中没有整合基带或者技术落后被市场淘汰出局。
　　


　　判断基带的优劣最直观一点就是看它支持的制式和频段多少，一般号称全网通的手机就是采用了高端的基带，从4G的LTE到3G的WCDMA/CMDA/TD-SCDMA再到2G的GSM/EDGE全部制式支持，用户只需购买手机插卡即可使用，不用去费心考虑支不支持、换卡怎么办的问题。
　　除了制式支持外，4G时代基带的另一个重要特性是LTE的UE接入能力等级，也就是UE能够支持的传输速率，一般用Cat x表示，x的数字越大上传下载的速度就越高。麒麟950遗憾的一点就是用了只支持Cat 6的老基带Balong 720，没用采用最新支持Cat 12/13的Balong 750。
　　


　　说到基带，这是高通强项，高通在多年前的第一代骁龙处理器S1中就集成了基带，简化了手机的研发难度，加快了周期。最新的骁龙820集成的X12 LTE基带不仅支持全网通，而且LTE接入能力达到了目前最高的Cat 12/13。
　　多媒体性能
　　以上三个大件稍微关注电子领域的消费者多少还是知道一些的，相较之下，SoC中的其他多媒体性能反而不怎么显眼，这里我们分类给大家介绍一下。
　　首先是视频编码器，它关乎着手机最终支持多少格式的编码解码方案，比如ARM的Mali-V550和骁龙820都支持4K分辨率H.265 HEVC格式视频的编解码。有的SoC中还会集成音频解码器，比如联发科。
　　


　　再来的是显示控制器，它影响着最终手机能上多高分辨率、多少帧率的屏幕，前两天ARM才发布的Mali-DP650就能轻松带起4K分辨率、60FPS帧率的屏幕，除了用在移动设备上外用在4K电视上也没有问题。
　　


　　最后是关乎拍照录像的图像处理器(ISP)，它负责处理影像传感器传回的数据，影响着白平衡、对焦、曝光、噪点抑制、人脸识别、运动补偿等各种基础高级的影像功能。该领域最出名的要数受三星、锤子青睐的富士通Milbeaut方案，但单独加入ISP会加剧功耗、发热、设计的复杂情况，所以目前厂商更倾向于在SoC集成ISP，比如高通、海思、苹果的芯片都是集成的自研技术。
　　


　　总结
　　除了CPU、GPU、基带、多媒体四方面，SoC中还有着非常多的组成部分，比如协处理器、电源管理、I/O连接等，看似不受重视，却最终决定了手机能不能快速充电、支不支持最新的LPDDR4/UFS 2.0运存方案、WiFi是否稳定等等情况。所以，普通消费者在选购手机时，不能只看CPU有几个核，而应该综合考虑，看看图形、通信、多媒体性能几何，别被厂商营销牵着鼻子走。就今年而言，已经登场的高端芯片有海思麒麟950，即将登场的是高通骁龙820、三星Exynos 8890和联发科Helio X20，大家在选购产品时可以特别留意。