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[其他] 處理器有哪些不為人知的事

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陳誠誼2015-11-10 13:44

目前,所有Android手機可以選擇的頂級處理器,包括了驍龍810、Exynos 7420、聯發科Helio X10、麒麟935以及驍龍801。雖然處理器的具體差異對於普通用戶來說很難理解,但是從實際使用感受上來說,不同的選擇還是能夠帶來比較大的差異。(我們拿這幾顆比較有名的處理器來做比較)。
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什麼是芯片
從傳統意義上來說,一台計算機的CPU就是中央處理器,而其他所有的附加組件都要圍繞CPU來運行,這些輔助的組件包括了GPU(圖形處理器)、內存控制器和專業的視頻或音頻芯片(DSP)等。事實上,當年英特爾的386、486等我們其實就有了一些印象,而包括FPU(浮點單元)也被看成是額外的組件。從那時起,越來越多的東西都可以被集成到CPU中,先是FPU,然後是各種內存控制器,現在包括GPU和DSP等都已經可以。
一個芯片,其中包括了很多不同的功能,統稱為系統芯片。對於智能手機來說,系統芯片不僅僅包括了CPU,還有GPU、內存控制器、GSM/3G/4G/LTE的DSP等等。不僅如此,另外你還會發現GPS、USB、NFC、藍牙甚至攝像頭的連接單元。
在許多方面,芯片決定了智能手機能做什麼、不能做什麼,甚至決定的設備的性能和效率。換句話說,想要了解一款智能手機,首先最重要的就是要知道它使用了什麼芯片。
目前,行動平台的芯片廠商主要由四家,分別為高通的驍龍系列、三星的Exynos系列、聯發科的MT和Helio系列以及華為子公司海思的麒麟系列。
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每個廠商都在生產不同利潤的高中低不同定位的芯片產品,尤其是在高階領域,競爭尤為激烈。不過在中低階產品中,對於某些廠商來說也非常重要。
想要具體了解什麼是芯片,那麼就要從目前2015年市面上的旗艦產品中具體了解,分別是驍龍810、Exynos 7420、聯發科Helio X10和剛剛發布的麒麟950。另外,在2013年和2014年發布的驍龍800和驍龍801由於特別經典和可靠,也是傳奇一般的存在。
核心數量
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從上面的表格可以看出,目前除了驍龍801之外,大部分的期間芯片都採用了八核心的設計,而這些處理器均使用了一種名為big.LITTLE的技術,因此並不是所有的核心都是彼此之間完全相同,一般都是由Cortex-A57和A53兩種核心組成,A57性能更強,A53更節能。
當在LITTLE上運行任務的時候,如果強度不高,首先會調取A53核心,而任務比較大型或者難度很大,就會開始調取A57核心,不過耗電量也會相應增加。如A57耗電量高達3W就足以嚇人了。因此運行一段時間就會因高熱而降頻。如果能把耗電量控制住那麼它就是一顆好核心。
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其中唯二例外的是聯發科的Helio X10和麒麟935,二者都唯一使用了Cortex-A53核心,只不過8個A53核心的主頻並不完全相同。
不過未來趨勢還將發生變化,驍龍下一代820處理器將會重新回歸四核心的設計,並且採用由高通設計師自己研發的核心來取代目前的ARM核心。另一方面,聯發科則會將核心進行到底,下一代Helio X20將會配備10個核心。顯然二者的策略完全不同。
GPU
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目前行動GPU的主要設計廠商有三家,分別為ARM、高通和Imagination。ARM的GPU就是Mali系列,包括了Exynos 7420使用的T760以及麒麟935上使用的T628。而高通旗下的GPU都是用在自家的處理器上,比如驍龍810上的Adreno 430和驍龍801上的Adreno 330。而第三個Imagination旗下的PowerVR系列最大的客戶就是蘋果,蘋果從iPhone 3Gs開始就一直都使用PowerVR的GPU。在Android陣營Imagination也有一些合作夥伴,比如聯發科Helio X10使用的就是PowerVR G6200。這是很舊的GPU了。
對於這些GPU,很難直觀的作出對比,它們均支持OpenGL ES 3.1和RenderScript,並且都支持高速傳輸速度,實​​際上真正的考驗來自於運行3D遊戲的時候。
製造工藝
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矽芯片的製造並不容易,事實上是一個非常複雜的過程,並且需要大量高價部分的機器和生產線。從矽到芯片,需要幾個星期的時間,而在製造過程中最重要的工藝被稱為“流程節點”,它定義了晶體管之間的最小距離。目前,Helio X10、麒麟935和驍龍801都是使用了28nm工藝,而驍龍810使用的20nm工藝,三星Exynos 7420使用的則是14nm工藝節點。
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可以想像,晶體管之間的距離越小,製造的難度就越大。最初英特爾的4004 CPU在1971年生產,使用的是10μm(10000nm)的工藝,而到了1989英特爾486芯片上降低到了800nm​​。而到了2001年,英特爾、IBM和TSMC等都開始使用了130nm工藝,包括奔騰3、Athlon XP以及PowerPC 7447等都是如此。
而在智慧手機芯片迎來革​​命的時候,三星Exynos 3 Single開始首次使用了45nm工藝,並且被使用到谷歌Nexus S智慧手機上。到了今天,這個數字已經被降低到了28nm和14nm(FinFET)。流程節點的關鍵之處在於,儘管距離越來越小難度越來越高,但是一旦成功後,對於電量的要求更低、散熱量也更少,這兩點對於行動設備來說尤為重要。
不過需要注意的是,流程節點不僅僅是影響一款芯片性能和功耗唯一的因素,雖然表面上14nm工藝產品要比28nm工藝芯片效率提升一倍,但還得考慮其他因素的影響。
驍龍810
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驍龍810是目前高通的旗艦級64位元處理器,總共包括了8個核心,分別為四個Cortex-A57和四個A53核心,並且使用了ARM的核心架構。當處理簡單的任務時,四個A53核心會被優先使用,而處理繁重任務的時候採用調取A57核心。另外,驍龍810還集成了Adreno 430 GPU、Hexagon V56 DSP和X10 LTE調製解調器。
驍龍810的命運其實有些坎坷,包括原來的老客戶三星在Galaxy S6和Galaxy Note 5等旗艦身上都使用了自家的Exynos 7420芯片而不是驍龍810,主要的原因就是由於CPU的散熱問題。高通試圖曾經推出了V2.1版本解決發熱問題,但是在Xperia Z5 Compact身上依然出現了拍攝4K影片時機身太燙而關閉應用的問題,可以說有一部分消費者受到了影響。
但是總體來說,驍龍810依然是一款頂級快速又可靠的芯片,目前包括Nexus 6P、OnePlus One 2、HTC One M9和LG G Flex 2等都使用的是驍龍810。
Exynos 7420
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這也是最受歡迎的處理器之一,目前三星旗下幾乎所有的旗艦機型都使用的是Exynos 7420處理器,比如Galaxy S6、Galaxy S6 Edge、Galaxy S6 Edge+和Galaxy Note 5。和驍龍810一樣,Exynos 7420同樣使用了四個Cortex-A57和四個A53核心,而不同的是GPU並非Adreno 430 GPU,而是ARM的Mali-T760 MP8。
Mali-T760 GPU擁有8個顯示核心,要比上一代T604的性能提升400%。Mali-T760的優勢是可以使用專門的技術減少頻寬,最大限度降低數據的傳遞量,從而降低電力的消耗。這些技術包括了ARM的AFBC幀緩衝器壓縮技術,可以將數據大幅壓縮後再傳遞到CPU進行處理,同時現有的框架部分已經改變。
由於製造工藝為14nm,因此相比於上一代的Exynos 5433來說,三星已經將CPU主頻提升了200MHz,GPU主頻也提升了72MHz,而這也是三星首款支持LPDDR4內存的處理器,支持32位元雙通道主頻為1552MHz,峰值頻寬最高可支持到25.6GB/s。
麒麟935
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使用麒麟處理器的智慧手機基本上均為華為旗下的產品,海思作為華為的全資子公司,最初以四核Cortex-A9為基礎,並且使用在了Ascend P7身上。從那時開始,海思開始推出32位元性能越來越強大的產品,包括32位元八核Cortex-A15和A7核心,以及64位元的Cortex-A53內核。而海思剛剛發布了最新一代的麒麟950,使用了四個Cortex-A72核心(A57的繼任者)以及四個Cortex-A53核心,並且搭配了Mali-T880 GPU。
目前的麒麟935使用了四個2.2GHz的Cortex-A53核心以及四個1.5GHz的Cortex-A53核心,GPU為Mali-T628 MP4。的產品大都
驍龍801
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驍龍801與上面幾個旗艦處理器都有些不同,首先,這是一款32位元的處理器,使用v7指令集架構(ISA),而不是64位元的v8 ISA。其次,這是一款四核而並非八核處理器。最後,它使用的是高通基於ARM修改的Krait核心而並非直接使用ARM核心。
驍龍801可以作為參考來看,驍龍800和801都是非常流行的處理器,標誌著高通最鼎盛時的表現,當時市面上幾乎所有的旗艦機型都使用了驍龍801處理器,包括Xperia Z3、LG G3、三星Galaxy S5、HTC One M8以及OnePlus等。
具體產品
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國外為了進行測試,專門選出了搭載這些處理器的機型各一款,分別是Xperia Z5 Compact(驍龍810)、三星Galaxy Note 5(Exynos 7420)、紅米Note 2(聯發科Helio X10)、華為Mate S(麒麟935)以及ZUK Z1(驍龍801)。
在測試之前,有一點需要注意的是,選擇的這些機型在所有搭載同款處理器的產品中並非是性能最優的哪一款,包括紅米Note 2和ZUK Z1等都還有表現更好的選擇。但是,具體型號之間的差異不應該影響最終的測試結果。
另外,螢幕解析率在性能測試中同樣起到非常重要的作用,而高清(FHD)和QHD解析率在CPU和GPU的表現上均有不同的影響。
性能測試
性能測試是一個整體很複雜的內容,因此每次測試的結果都無法完全複製。目前比較主流的方式是使用安兔兔和GeekBench的得分,同時還有運行遊戲時監測一下綜合性能,也找了幾款App進行第三方測試。首先,第一個測試主要是來檢驗芯片在處理大量散列SHA1的處理能力,讓後在計算1000萬個質數後的綜合表現;第二個測試時通過2D物理引擎來模擬水注入到容器和水滴時的90秒錶現,60fps的情況下最大得分是5400。
安兔兔

安兔兔是Android產品最常見的測試平台,它可以測試CPU和GPU的性能,然後給出一個綜合得分。安兔兔基本上雖然可以獲得評分,但是使用的測試指標完全是書面上的性能,並不能完全反應真實場景。在安兔兔中進行了兩項測試,首先在設備上分別運行了預裝場景,然後還有包括3D畫面30分鐘的演示,然後重新獲得成績。
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從圖表中可以看到,Exynos 7420的表現最好,而驍龍810緊隨其後,第三是麒麟935、第四是驍龍801,最後是Helio X10。在運行遊戲30分鐘後,所有芯片的性能都有所下降,只是Mate S和麒麟935降幅最小,但是總體順序並未改變。
GeekBench
在GeekBench下同樣是兩個測試,首先是常規測試和30分鐘遊戲,和安兔兔內容一樣。並且分別展示了單核和多核的不同分數。
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從單核心測試成績來看,Exynos 7420以1504分的成績排名第一,驍龍810第二。剩下的三款成績很接近,這個表現也凸顯了Cortex-A57和A53核心之間的差異。同時也證明驍龍801的Krait核心要比麒麟和Helio的A53還要快。
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在多核心測試中,由於驍龍801只有四核,有些吃虧。而Exynos 7420再一次成為了第一名,而這一次Helio X10超越驍龍810排名第二。而驍龍801和麒麟935在運行半小時遊戲後表現有所提升,但總體排名沒有變化。
CPU基準測試
與前兩個測試不同,在CPU基準測試中分別進行兩次,第一次在手機溫度沒有上升、並且沒有運行其他App的情況下進行。而後分別用每款手機拍攝1080p影片10分鐘,結果讓人非常意外。
Exynos 7420依然排名第一,驍龍810緊隨其後,接下來是Helio X10、麒麟935和驍龍801。而在拍攝10分鐘高清視影片後,Exynos 7420的分數具有有了輕微的提升,包括麒麟935也是,而其他三款處理器都有不同程度的下降。
真實場景
在真實場景中,選擇了兩個測試,首先是在沒有限制的情況下啟動遊戲,看看芯片對於Javascript基準的兼容性。Kraken是由Mozilla開發用來測試應用程序和性能的App,在應用商店中都下載了相同的版本。首先來看看啟動時間:
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索尼Xperia Z5 Compact在這個測試中用時最久,而麒麟935和Exynos 7420的成績非常接近。值得一提的是,Xperia Z5 Compact的不佳表現有可能受到了其它因素的影響,否則驍龍810的表現不應該和其他對手差距這麼大。
Kraken測試的結果如下:
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這一次測試結果還算正常,Exynos 7420最短,然後是驍龍810,第三名是驍龍801。而兩個使用Cortex-A53核心的處理器得分都超過了9000分。
散列、泡沫、表格和質數
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這一次的測試只針對CPU而不包括GPU,在這四個階段的測試中,首先在100 SHA1的4K數據後執行9000個冒泡排序。接下來是100萬次的表格運算,最後是1000萬的質數運算。
這一次Exynos 7420終於沒有獲得第一,不過第​​二名的成績也能夠讓人接受。這一次表現最好的是驍龍810,驍龍801排名第三。
水波紋模擬測試
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這個測試使用了兩組2D物理引擎來模擬水被倒入容器中的場景,雖然2D圖形會用到GPU,但是大部分的工作都有CPU承擔,如此多的水滴將考驗CPU的運算複雜性。每一滴水就是一幀,一共進行60幀測試。Exynos 7420的分數依然最高,接近5400分,而其次是驍龍801,這一次超越了驍龍810。
總結
在對其中四款64位元處​​理器評判之前,要給唯一一款32位元的驍龍801一點掌聲。雖然已經是去年的旗艦,但是在許多測試中幾乎與麒麟935和Helio X10不相上下。就像我們上面提到的一樣,驍龍801也成為了檢驗另外四款處理器性能的最佳標準。
總體來說,Exynos 7420是綜合表現最好的芯片,在所有測試中幾乎都拿下了冠軍,而緊隨其後的是驍龍810。二者均使用了相同的Cortex-A57和A53核心的組合,只是GPU配置不同。儘管驍龍810在性能上接近Exynos 7420,但是發熱問題影響了自己的發揮。在進行高清影片拍攝10分鐘之後,驍龍810的性能下降了8%左右。
而剩餘兩個成員,Helio X10和麒麟935基本上不分伯仲,在CPU測試中,麒麟935表現更好,而在GPU加入的情況下,Helio X10則在安兔兔和GeekBench上優於麒麟935 。當然如果Helio X10採用更高階的圖形處理器那麼它的表現被更令人期待。當然受到制程工藝的影響也會影響到其表現性能。綜合而言最該讚許的還是高通驍龍801,它的表現不愧是前一年旗艦,我更加期待的是高通驍龍820的到來。

在此我謝謝國外的測試,當然這篇文章我已經改過很多了,在數據上引用,我也希望大家多了解一下芯片,也對那些在黃光室辛勞工作的工程師們,以及把眾多單元結合成一部集合眾多功能的手機廠設計師的辛勞致上最敬佩的一章。雖然我曾經與你們一樣有過那樣奮鬥的日子。但我老了,總不能老窩在一處,新的科技造就新的人材。期待還在這一行裏面的人多多加油。哈哈。。。

尼爾大別在移這篇了,因為它不是新聞好嗎?拜託了。。。。。。
好吧!既然尼爾大你喜歡看英文那附英文的給你好了:http://www.androidauthority.com/snapdragon-810-vs-exynos-7420-vs-mediatek-helio-x10-vs-kirin-935-651633/


本文章最後由( 陳誠誼 )於 2015-11-10 14:08 編輯

本文章最後由( 尼爾 )於 2015-11-10 14:27 編輯

本文章最後由( 陳誠誼 )於 2015-11-10 14:49 編輯

★HTC論壇三週年生日快樂★
因為你讓我超越想像、不斷實現完美的畫面,讓我看見這一路令人驚豔的一切,我愛上HTC~
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陳誠誼2015-11-10 13:53

尼爾 發表於 2015-11-10 13:51
親愛的會員您好:
請您轉貼文章記得附上自已的心得(心得拜託不要是一行文)以及正確的文章連結,否則文章 ...

我就不是轉貼文你怎麼一直叮著我啊。請看清楚我在文章最後所說的話。不要沒見連結就認為別人一定犯錯好嗎? 本文章最後由( 陳誠誼 )於 2015-11-10 13:55 編輯

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hsiang12132015-11-10 14:20

處理器真的很重要,製作芯片的工藝也是!
801應該是高通這2年的巔峰之作(810被駡慘了)!
大大這篇又讓我更了解到處理器一些不為人知的事,受教了~~

也期待高通820能夠一雪前恥,再往下一個高峰萬進~

★HTC論壇二週年生日快樂★
因為HTC MIT,處處有創新讓我愛上HTC~


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帥哥文2015-11-10 15:00


偶爾了解一下手機零件的知識也不錯
可以對這些有所認識 下次選手機時也可以用來參考

強4登場 HTC論壇四週年‧★,:*:‧\( ̄▽ ̄)/‧:*‧°★*
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資深大大

陳誠誼2015-11-10 15:10

帥哥文 發表於 2015-11-10 15:00
偶爾了解一下手機零件的知識也不錯
可以對這些有所認識 下次選手機時也可以用來參考
...

那不止是零件,而是心臟。就好像人的器官一樣,沒了心臟可活不了。沒有了胃也不致於危及生命。

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陳誠誼2015-11-10 15:12

hsiang1213 發表於 2015-11-10 14:20
處理器真的很重要,製作芯片的工藝也是!
801應該是高通這2年的巔峰之作(810被駡慘了)!
大大這篇又讓我更了解 ...

如果要說驍龍801的成功,我想更深層的想法是應該是801ac所造成的成功。這樣被以較貼切一點。

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等級3

專業鄉民

73410122015-11-10 15:54

樓主又提供新知了,以前在學校玩電腦只386,486,畢竟不是主修電腦,出社會工作後就只會用不知配備,讀了樓主文章慢慢又找回學生時代的感覺。

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一般用戶

等級6

資深大大

陳誠誼2015-11-10 16:49

7341012 發表於 2015-11-10 15:54
樓主又提供新知了,以前在學校玩電腦只386,486,畢竟不是主修電腦,出社會工作後就只會用不知配備,讀了樓 ...

說實在我每次po這種文章,都會被尼爾搞得火氣有點大。真想不po了。每次他都認為這樣是新聞。嘆氣啊!

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等級2

新手鄉民

妮可基嫚2015-11-10 16:51

http://digi.tech.qq.com/a/20151109/060248.htm  

感覺跟這篇很類似,圖片蠻相似的感謝大大幫忙翻譯成中文,只是字好多喔 眼花~
能分篇探討就更好了~

動腦:人玩手機 不動腦:被手機玩
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