后起之秀高通的奋起直追——手机处理器系列(五)

　　高通第三代MSM8x60处理器之所以被人诟病为高频低能，除了采用异步多核之外，基于老旧Scorpion核心架构的研发也是重要的因素。因此在CPU核心架构上，高通Snapdragon S4系列产品完全摒弃了此前的Scorpion架构，转而采用高通基于ARMv7指令集最新研发的Krait内核架构，单核最高主频可达2.5GHz。而相比Scorpion架构，新的Krait架构在Scorpion的基础上作了不少改进。

　　S4系列中MSM8960型处理器块状图

　　首先在架构的前端方面，Krait显然要更“宽”，一个时钟周期可以执行三次fetch与decode操作。每个Decoder都相当于ARM11的single issue能力模块，对比前代Scorpion架构的2-wide，3-wide的Krait架构提高了50%。后端执行单元方面则是简单的扩张，从Scorpion的三个增加到了七个，可以并行执行4条指令。而在指令执行阶段，Krait终于进入了Cortex-A9阶段，可实现完全乱序执行。流水线方面，Krait的整数流水线由Scorpion的10级略微提高至11级，对比Cortex-A15的15级流水线，高通的设计含有更多的定制化逻辑模块，同样使得处理器的频率容易提升。

　　主流的几款核心架构比较

　　对比Scorpion架构，Krait还在Cortex-A15基础上加入的新虚拟化指令集和40bit内存寻址，双核型号的二级缓存也从512KB升至1MB。ARM核心的性能通常用DMIPS（Dhrystone Millions of Instructions per Second）来衡量，从上表中我们可以看到，Krait的DMIPS/MHz性能为3.3，而同频的Cortex-A9为2.5，速度上Krait提升约30%，比上一代Scorpion架构提升1.6倍。

　　更低功耗实现更多功能

　　在多核架构方面，高通依旧将Krait架构设计为异步对称式多核处理器（aSMP），每个内核包括二级缓存均有一个独立的电压和时钟，这种设计使得每个CPU内核都能根据所处理的工作，以最有效的电压和频率运行，而在不需使用时都可以独立关闭，使其在待机状态下没有功耗，这些特性使得采用aSMP架构比同步SMP架构在功耗方面减少25%-40%。

　　异步多核CPU架构功耗更节省

　　总而言之，Krait的设计采用了使用新电路技术的定制设计流程以提高性能，降低功耗。这实现了非常有效及宽范围的动态时钟和电压调节（DCVS），可适用于不同使用模式包括从热待机到中/ 高水平的处理要求。Krait架构的CPU可以平滑地从低功耗、低漏电模式转换到高速性能的模式。

　　高通王宇飞博士告诉我们，通过这一些列的改进，Krait架构能在非常低的功耗下实现更多功能，不仅整体性能方面相比Scorpion架构提升了60%以上，而且较当前采用ARM的CPU内核则提高150%，并同时能将功耗降低65%。

　　Krait在整体性能方面比Scorpion架构提升60%

　　此外，高通骁龙S4为解决屏显耗电的难题还采取了两项新技术——BRITE和GridView。前者能根据屏幕上正在显示的内容，动态调整背光亮度并利用自然光，在适当的条件下可以降低高达50%的功耗；而GridView可以智能地以整页生成的方式刷新界面。

　　多媒体性能提升50%

　　在多媒体性能方面，高通Snapdragon S4系列将图形处理器升级至Adreno225，拥有130m/s多边形生成率、760m/s像素生成率以及314mp/s 3d渲染率，性能上相比三代处理器的Adreno220提高了50%，处理能力是Adreno200的6倍。

　　Adreno225性能比Adreno220提高了50%

　　常见SoC芯片GPU性能参数比较

　　同时，Adreno225是拥有统一渲染架构的完全可编程OpenGL ES 2.0 GPU，通过提供灵活的顶点着色处理，使得GPU的处理能力达到最大化。另外相比Adreno220，Adreno225支持Windows8的DirectX 9.3，支持1080P HD视频解码以及3D显示，全系统的兼容性也是Adreno225 GPU相比于同级GPU产品的一大优势。

　　而在MWC期间， 高通宣布将推出骁龙S4 MSM8960专业版（Pro Version）处理器，该处理器芯片采用Adreno 320 GPU。该GPU为S4注入新的多媒体功能，如计算型照相机、光场相机等。Adreno 320还配备了加速Windows系统的专用硬件，并全面支持顶级游戏引擎。该专业版针对各操作系统进行了优化，包括Windows 8。
单芯片可支持全制式网络

　　网络制式兼容性是高通处理器芯片一贯来的优势所在，对此高通王宇飞博士进一步强调，新一代SoC解决方案高集成的特性在Snapdragon S4系列处理器上也得到了很好的继承，特别是首次完全集成的3G/4G全模式调制解调器。其中，双核的MSM8960则是几乎支持世界所有网络制式的手机芯片，在单一芯片上集成包括2G、3G以及4G调制解调器技术，它集成的基带芯片基于高通第二代（3GPP rel.9）LTE MODEM，与MDM9x15中的几乎一样，这也是苹果为什么还没有推出LTE版iPhone的原因（等待高通28nm基带芯片）。

高通在LTE技术