四核大不同！主流手機處理器技術(shù)解析

　　手機，最初的出現(xiàn)僅僅是為了解決人們及時溝通的問題。不過隨著科技的發(fā)展，手機也逐漸被賦予了更多的功能。時至今日，使用手機上網(wǎng)、聊天、看視頻、聽音樂、導(dǎo)航、購物、圖片處理、文字辦公、收發(fā)郵件等內(nèi)容讓手機幾乎無所不能。

　　功能的增加也讓手機的性能隨之井噴式的增長。幾年前我們還在為一款單核心手機的運行頻率而糾結(jié)，到了今天，我們則開始更加關(guān)注手機的核心數(shù)量。單核心顯然已經(jīng)被大多數(shù)手機廠商所淘汰，即使是雙核心處理器也幾乎都淪落到了入門級手機產(chǎn)品當(dāng)中，而四核心手機才是時下手機市場的真正主導(dǎo)者。那么，你是否真的了解四核心手機處理器呢？

　　相信對于絕大多數(shù)手機用戶而言，選購如今的手機時僅僅會關(guān)注手機是否四核心產(chǎn)品而已，但實際上，同樣是四核心處理器，也有非常大的差距。為用戶帶來的直觀感受就是：發(fā)熱量不同、待機時間不同、實際運行速度不同、游戲娛樂體驗不同等等等等。今天，我們就要從四核心手機的架構(gòu)說起，讓大家真正的了解目前手機處理器當(dāng)中，四核心產(chǎn)品究竟有多大的差別。

　　究竟什么是ARM呢？

　　想要了解如今手機的四核心處理器，我們還是先要從ARM說起。相信對手機處理器有一定了解的人都聽說過ARM這個詞，那么什么是ARM呢？

　　ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應(yīng)用等。簡單而言，ARM就是專為手機/平板處理器設(shè)計CPU架構(gòu)的一家廠商，但他本身并不會生產(chǎn)處理器，而是將這一技術(shù)提供給芯片廠商去生產(chǎn)，包括NVIDIA、高通、德州儀器、三星、華為等，可以說，目前主流的手機處理器都是ARM設(shè)計的架構(gòu)。

　　既然是ARM設(shè)計的處理器架構(gòu)，那么他們之間又存在怎樣的區(qū)別呢？這大體可以分為兩個方面：一方面，ARM本身處理器的架構(gòu)就會分為很多種，就好比Intel的處理器架構(gòu)每年的更新?lián)Q代一樣，ARM處理器架構(gòu)每年也都會進行更新?lián)Q代；另一方面，不同芯片廠商之間的物理架構(gòu)設(shè)計也會存在很大的區(qū)別，例如NVIDIA的Tegra 3就創(chuàng)新的采用了4+1核心設(shè)計并且申請專利，其他廠商則無法效仿。

　　幾款主流處理器架構(gòu)設(shè)計

　　那么接下來，對應(yīng)如今的四核心手機處理器我們就從這兩個方面說起，首先來看看在ARM的處理器架構(gòu)設(shè)計方面，手機處理器會存在怎樣的區(qū)別。

　　在近年的手機市場當(dāng)中，ARM手機處理器大多基于ARMv7-A架構(gòu)設(shè)計而來，不過即便都采用了相似的架構(gòu)設(shè)計，但是根據(jù)性能以及發(fā)布時間來看，手機處理器同樣會存在非常大的差距。以下我們就以產(chǎn)品型號由高至低排序的方式為大家介紹ARM的幾款主流處理器架構(gòu)設(shè)計：

　　Cortex-A15處理器

　　Cortex-A15處理器是業(yè)界迄今為止性能最高且可授予許可的處理器，也是我們能夠在市場上看到的規(guī)格最高的處理器架構(gòu)，不過目前采用這種處理器架構(gòu)的產(chǎn)品寥寥無幾，目前僅有三星的Nexus 10平板電腦在使用。

　　Cortex-A15 MPCore處理器具有無序超標(biāo)量管道，帶有緊密耦合的低延遲2級高速緩存，該高速緩存的大小最高可達4MB。浮點和NEON媒體性能方面的其他改進使設(shè)備能夠為消費者提供下一代用戶體驗，并為 Web 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)用提供高性能計算。Cortex-A15處理器可以應(yīng)用在智能手機、平板電腦、移動計算、高端數(shù)字家電、服務(wù)器和無線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等設(shè)備上。

　　Cortex-A9處理器

　　Cortex-A9處理器是目前我們見到的最多的處理器架構(gòu)，目前主流四核處理器都采用了Cortex-A9設(shè)計，包括NVIDIA、三星、德州、華為等等。

　　Cortex-A9 微體系結(jié)構(gòu)既可用于可伸縮的多核處理器（Cortex-A9 MPCore多核處理器），也可用于更傳統(tǒng)的處理器（Cortex-A9單核處理器）。可伸縮的多核處理器和單核處理器支持 16、32 或 64KB 4 路關(guān)聯(lián)的 L1 高速緩存配置，對于可選的 L2 高速緩存控制器，最多支持 8MB 的 L2 高速緩存配置，它們具有極高的靈活性，均適用于特定應(yīng)用領(lǐng)域和市場。

　　Cortex-A8處理器

　　Cortex-A8處理器則更常見于單核心手機處理器當(dāng)中，是目前市場上入門級手機最常采用的產(chǎn)品，也是ARMv7-A系列當(dāng)中的首款產(chǎn)品。可以看到的產(chǎn)品包括蘋果iPhone 4、三星i9000等手機均采用這一方案。

　　Cortex-A8處理器主頻在1GHz以上，可以滿足需要在300mW以下運行的移動設(shè)備的功率優(yōu)化要求；以及需要2000 Dhrystone MIPS的消費類應(yīng)用領(lǐng)域的性能優(yōu)化要求。Cortex-A8 高性能處理器目前已經(jīng)非常成熟，從高端特色手機到上網(wǎng)本、DTV、打印機和汽車信息娛樂，Cortex-A8處理器都提供了可靠的高性能解決方案。

　　Cortex-A7處理器

　　Cortex-A7處理器的特點是在保證性能的基礎(chǔ)上提供了出色的低功耗表現(xiàn)，它可以當(dāng)做一款協(xié)核心處理器使用，同時也可以當(dāng)做一款獨立核心使用，是ARM后期推出的一款低成本解決方案。

　　Cortex-A7處理器的體系結(jié)構(gòu)和功能集與Cortex-A15 處理器完全相同，不同這處在于，Cortex-A7 處理器的微體系結(jié)構(gòu)側(cè)重于提供最佳能效，因此這兩種處理器可在big.LITTLE（大小核心伴侶結(jié)構(gòu)）配置中協(xié)同工作，從而提供高性能與超低功耗的終極組合。單個Cortex-A7處理器的能源效率是ARM Cortex-A8處理器的5倍，性能提升50%，而尺寸僅為后者的五分之一。

　　Cortex-A5處理器

　　Cortex-A5處理器是能效最高、成本最低的處理器，也就是最入門的一款處理器產(chǎn)品。Cortex-A5處理器推出時間較早，應(yīng)用產(chǎn)品大多屬于早期的中興V889D、摩托羅拉DEFY XT華為U8825D、酷派7266等。

　　Cortex-A5處理器在指令以及功能方面與更高性能的Cortex-A8、Cortex-A9和Cortex-A15處理器完全兼容，同時還保持與經(jīng)典ARM處理器（包括ARM926EJ-S、ARM1176JZ-S和 ARM7TDMI）的向后應(yīng)用程序兼容性。它更像是一款A(yù)RM用于早期處理器與如今處理器之間的過渡產(chǎn)品。

　　前文介紹了，在如今的手機市場當(dāng)中，四核心處理器大多基于ARM的Cortex-A9處理器授權(quán)而來，包括了NVIDIA的Tegra 3、三星Exynos4412的以及華為的海思k3v2。而這其中，在市場當(dāng)中應(yīng)用最為普遍或者說占據(jù)主導(dǎo)地位的則非NVIDIA的Tegra 3莫屬。

　　NVIDIA Tegra 3處理器

　　首先，我們還是先來了解一下NVIDIA推出的Tegra 3處理器。2011年底，NVIDIA首次讓Tegra 3在世人面前亮相，到2012年初，采用Tegra 3的手機已經(jīng)開始在市場當(dāng)中出現(xiàn)，造就了手機市場的第一款四核心處理器產(chǎn)品。

　　Tegra 3處理器基于40nm制造工藝，采用了自家的可變對稱式專利技術(shù)（vSMP）的核心架構(gòu)設(shè)計，擁有四個基于Cortex -A9的主核心和一個協(xié)助處理器，四個Cortex-A9處理器頻率最高可達1.5GHz，而協(xié)處理器的頻率則保持在500MHz以下。

　　協(xié)助處理器可以應(yīng)付后臺任務(wù)、郵件及社交媒體的同步等操作。但協(xié)同處理器無法滿足操作需求的時候，四個主核心會以一顆、兩顆、四顆的順序依次介入。所以基本運行狀態(tài)下，并非四核全部開啟，例如 Tegra 3在播放視頻的環(huán)境下就要比Tegra 2省電61%。

　　協(xié)同核心是利用低功耗工藝技術(shù)設(shè)計而成的，然而卻擁有同主核心相同的內(nèi)部架構(gòu)。因為它是利用低功耗工藝技術(shù)制造的，以低性能模式運行，所以它的功耗低于這些采用高速工藝技術(shù)制造的主CPU核心。在Tegra3處理器上測得的性能功耗比顯示，協(xié)核心在500MHz以下工作時可實現(xiàn)高于主核心的每瓦特性能。因此協(xié)核心的最高工作頻率不高于500MHz。

　　vSMP技術(shù)通過利用協(xié)核心最大限度降低活動待機狀態(tài)下的漏電功耗，同時利用四個主核心最大限度降低峰值工作頻率下的動態(tài)功耗，從而可大幅降低整體功耗。根據(jù)使用場合，vSMP技術(shù)能夠動態(tài)地啟用和關(guān)閉CPU核心，從而在盡可能低的功耗下實現(xiàn)想要的性能。

　　除了在核心處理器架構(gòu)上的全新設(shè)計外，在顯示核心方面，NVIDIA也將GeForce核心升級到了12核心ULP超低功耗GPU。在這方面NVIDIA可以說是熟門熟路，Tegra 3的GeForce ULP處理單元從上一代的8個提升到了這一代的12個，同時性能提升了100%以上。更為關(guān)鍵的是Tegra 3開始支持諸如PhysX、CUDA等原本是電腦平臺上才有的高級功能，實時光照、紋理生成等傳統(tǒng)效果更不在話下。

　　我們通過截圖對比就可以更加明顯的看出在擁有GeForce ULP顯示核心處理后的Android游戲畫面究竟有多大的提升了：

非Tegra 3顯示核心運行游戲畫面

Tegra 3顯示核心運行游戲畫面

　　可以看到，三倍于Tegra 2性能的Tegra 3帶來了更好的游戲畫面，運行同一款3D游戲，Tegra 3處理器的GPU可以渲染出更多的動態(tài)光影、物理特效和高分辨率的環(huán)境，提升使用手機和平板運行游戲的代入感。

　　由于NVIDIA的Tegra 3是最早上市的四核心處理器，因此目前Tegra 3也是目前四核心處理器當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的處理器，應(yīng)用產(chǎn)品包括了手機中的HTC ONE X、LG Optimus 4X、天語大黃蜂2、中興U985等等，平板方便則包括了Google Nexus 4、華碩EeePad Transformer Prime以及剛剛發(fā)布的微軟Surface RT等等?！　【C上所述NVIDIA Tegra 3才是用戶需要真正考慮的。目前，采用Tegra 3芯片的手機產(chǎn)品幾乎涵蓋了千元出頭到3、4千元價位的不同產(chǎn)品，無論是高、中、低端消費者都能夠體驗到相同的性能表現(xiàn)。

即便微軟都選擇了NVIDIA作為Window RT的首發(fā)產(chǎn)品芯片提供商