三星全系處理器深度解析教學內容

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。三星全系處理器深度解析-2012年7月19日13:32三星全系處理器深度解析2012年7月19日13:33受益于Android平臺的快速發(fā)展，三星手機在近些年所取得的成就可謂有目共睹。據相關機構的最新數據顯示，三星手機已經超越老牌廠商諾基亞成為全球出貨量最大的品牌，同時與蘋果聯手占據了全球手機行業(yè)利潤的90%。而在這些光鮮亮麗的數據背后，三星電子自主研發(fā)生產的手機處理器起著至關重要的作用，而其旗艦GALAXYS系列智能手機能夠在全球范圍內銷量屢破記錄，很大程度上也得歸功于三星手機處理器的出色的性能表現。

2、早期產品伴隨蘋果iPhone的熱銷而成名雖然三星在手機處理器行業(yè)的資歷不如之前所介紹的三家巨頭，但三星在隨后的幾年中憑借著強大的技術優(yōu)勢，在短短幾年中也取得了令人矚目的成就，推出了包括蜂鳥以及獵戶座等廣受好評的明星級手機處理器。然而，真正讓三星手機處理器開始走進大眾視野，還得歸功于蘋果iPhone手機。三星處理器同樣基于ARM內核架構研發(fā)或許很多人不知道，蘋果iPhone前期的產品所搭載的正是三星所研發(fā)生產的手機處理器，其中S5L8900型處理器被應用于2007年蘋果發(fā)布的第一代iPhone及2008年推出的iPhone3G。與其他幾大處理器行業(yè)的巨頭一樣，三星也是通過購買ARM公司相關授權，

3、繼而在所提供的內核架構基礎上進行定制修改，從而形成自己的處理器芯片。其中，這款早期的三星S5L8900處理器就是基于ARM11內核架構所研發(fā)的，采用現在看來早已落伍的90nm工藝制程技術，核心頻率為412MHz(最高可達620MHz)，集成16KB一級緩存且不帶二級緩存單元，擁有的可運行內存(RAM)也僅為128M。而在圖形處理方面，三星S5L8900搭載的則是同樣采用90nm工藝制程的PowerVRMBX-Lite型GPU，該款GPU支持硬件多邊形轉換與光源處理。但從目前來看性能已是相當低級，僅相當于DirectX6/7水平，其多邊形生成率為4M/s，象素填充率為1.25億/秒。蘋果2007

4、年發(fā)布的第一代iPhone搭載的就是三星S5L8900處理器由于處理器內核架構較為低級以及制程技術較為落后，三星S5L8900處理器的整體性能表現如今看來早已落伍，僅相當于PC時代的486處理器的水平。這也是為何很多用戶反應，iPhone/iPhone3G在升級到iOS4系統(tǒng)后會明顯表現出系統(tǒng)反應遲緩，速度奇慢，打開普通程序都能感覺到明顯延遲的原因。歸根結底還在于，其搭載的三星S5L8900處理器整體性能偏低，128MB的運行內存根本不足以支撐iOS4系統(tǒng)的流暢運行，當然也就更別提升級到后續(xù)的iOS5系統(tǒng)。這樣看來，用戶也就無需抱怨蘋果在推出新系統(tǒng)后拋棄老iPhone用戶，的確是由于硬件本身不

5、支持的客觀因素存在。基于Cortex-A8架構的S5PC100處理器面世隨著ARM公司在ARM11內核架構基礎上，升級推出了第一代基于ARMv7指令集的Cortex-A8內核架構之后，三星也及時跟進推出了基于Cortex-A8內核架構的S5PC100型處理器。除了內核架構更為先進之外，三星S5PC100也采用了更為先進的65nm工藝制程技術，核心主頻可達667MHz(最高可達833MHz)。三星S5PC100處理器架構圖此外，三星S5PC100處理器所集成的一級緩存已由16KB升級到32KB(16KB指令緩存和16KB數據緩存)，同時還增加了S5L8900所不具備的256KB二級緩存。而由于A

6、RM所提供的Cortex-A8內核架構相比此前的ARM11內核架構，不僅流水線級數由8級提升至13級，并且執(zhí)行模式也升級為2-issue，能夠同一時間向流水線送入兩條指令進行處理，執(zhí)行效率上得到大幅提升。不僅如此，Cortex-A8內核架構還在ARM11架構的向量浮點運算單元基礎之上，添加了高級SIMD引擎和雙精度浮點寄存器。這些內核OpenGL2.0架構上的革新對三星S5PC100處理器整體性能的提升是顯而易見的，同時先進的65nm制造技術還可以在保證性能的同時很好地控制處理器的功耗。而在圖形處理方面，三星S5PC100同樣也進行了大幅升級，所搭載的GPU已由PowerVRMBX-Lite一

7、躍升級為65nm工藝制程的PowerVRSGX535，其多邊形生成率達到了28M/s，象素填充率為2.5億/秒，支持OpenGL2.0標準API編程接口。而在視頻播放方面，S5PC100集成了一個支持720P的多格式解碼器(MFC)視頻引擎，可以保證30FPS幀率的流暢視頻編碼，整體性能上相比PowerVRMBX-Lite已經有了成倍的提升。而正是得益于三星S5PC100的強大性能，該處理器也被應用于蘋果于2009年推出的iPhone3GS上，也正是由于處理器得到了改進，iPhone3GS可以流暢地運行iOS4系統(tǒng)，甚至后續(xù)蘋果推出的iOS5系統(tǒng)也完美支持iPhone3GS。應該說，蘋果iPh

8、one系列手機能夠發(fā)布之后的短短幾年時間里牢牢占據市場成為用戶的新寵，除了蘋果本身無可挑剔的強大工業(yè)設計能力以及iOS系統(tǒng)的良好體驗之外，所搭載的三星手機處理器在其中也扮演了不可或缺的角色。當然，從另一個角度來看，蘋果iPhone的成功也為三星手機處理器逐步在用戶心中建立良好口碑打下了基礎。讓三星手機名聲大噪的蜂鳥處理器如果說早期蘋果iPhone的成功讓三星手機處理器走進大眾視野，那么其后續(xù)推出的蜂鳥系列處理器則是真正讓三星手機處理器在業(yè)界名聲大噪并且廣受好評。在高通于2009年率先在業(yè)界推出主頻達到1GHz的QSD8250處理器之后，手機處理器行業(yè)的競爭已開始趨于白熱化。到了2009年末，三

9、星正式在S5PC100的基礎上推出了研發(fā)代號為Hummingbird的S5PC110處理器，也就是我們后來所熟知的蜂鳥處理器。三星S5PC110(Exynos3110)處理器架構圖這款同樣基于Cortex-A8內核架構的三星S5PC110處理器卻在架構進行了深度優(yōu)化，不僅采用了當時業(yè)界最先進的45nm工藝制程技術，同時所集成的一級緩存已升級為64KB(包括32KB指令緩存和32KB數據緩存)，同時二級緩存也升級為512KB，最大支持512MBDDR2內存，核心主頻提升至1GHz。而在圖形處理器方面，三星S5PC110搭載了堪稱當時手機上最強大的PowerVRSGX540型GPU，像素填充率是此

10、前PowerVRSGX535上的兩倍，達到5億每秒。而在視頻表現方面，三星S5PC110還擁有獨立的PowerVRVXD370硬解視頻子系統(tǒng)，配合GPU上的DSP模塊，可以輕松實現H.264，VC-1,MPEG4等多格式720P視頻的編解碼，最高可達1080P。同時其內含的HDMI1.3接口還支持視頻輸出到其他顯示設備上。也正是由于基于Cortex-A8內核架構進行深度優(yōu)化后，三星S5PC110處理器的性能得到充分展現，也讓其成為當時所有采用Cortex-A8內核架構中性能最強的處理器，號稱“單核之王”。憑借S5PC110的強勁性能表現，三星推出的GALAXYS系列首款產品I9000在搭載了這

11、款處理器之后，迅速得到了用戶的認可，該機在上市當年銷量就輕松突破千萬臺，為GALAXYS家族產品的成功奠定了堅實的用戶基礎。另外，相比與其他手機處理器廠商，三星不僅擁有自主研發(fā)手機處理器的核心技術，旗下的工廠還擁有自主生產手機處理器的工藝實力，完全無需像高通等廠商一樣還需尋求臺積電等第三方代工廠進行生產。除了三星I9000之外，三星S5PC110處理器還被用在谷歌NexusS、三星WaveS8500以及三星GALAXYTab(P1000)等明星產品上，當然包括當年的國產神機魅族M9搭載的也是這款三星處理器。甚至包括后期在蘋果iPhone4搭載的A4處理器，也是基于這款三星S5PC110處理器架

12、構進行深度定制優(yōu)化的，主要是簡化了不需要的組件，并將二級緩存升級到640KB，從而在降低功耗的同時也提升了A4處理器的性能。蘋果iPhone4上的A4處理器基于蜂鳥處理器架構深度優(yōu)化雖然后來蘋果與三星這兩家電子巨頭在全球各地上演著不同的專利官司糾紛，并互相指責。但不可否認的是，至少在手機處理器方面，兩家一直保持著令外界難以捉摸的微妙合作關系。可能很多用戶也發(fā)現，三星早期推出的處理器產品型號夾雜著數字和字母，比較難記。為了更好地宣傳三星自有的處理器品牌，在2011年2月三星正式將自家的處理器品牌命名為Exynos，而由于這款蜂鳥S5PC110在三星處理器家族中擁有不可替代的歷史地位，因而三星之后

13、將其追封為Exynos3110。獵戶座處理器在雙核時代繼續(xù)打拼隨著行業(yè)競爭的加劇，手機處理器的性能得到了重大提升，特別是Nvidia在2010年初CES大會發(fā)布的全球首款雙核心處理器芯片Tegra2，更是直接將手機處理器的競爭拉入到了雙核時代。緊隨Nvidia之后，包括高通以及TI等競爭對手均實現了雙核手機處理器的量產上市，這其中就以高通MSM8x60系列以及TI推出的OMAP4430/4460等產品最為引人關注。與此前三家巨頭的積極表現不同，三星直到2010年9月才正式發(fā)布其自家研發(fā)代號為Orion的雙核處理器平臺，也就是我們后來所熟知的獵戶座處理器，其首款產品Exynos4210也于201

14、1年初正式量產上市。擁有強大性能的三星Exynos4210獵戶座雙核處理器作為最晚推出的三星Exynos4210在規(guī)格上也是同級產品中最強大的，與其他同級產品一樣，三星Exynos4210同樣也是基于ARM公司授權提供的Cortex-A9內核架構研發(fā)的。關于ARM公司的Cortex-A9內核架構與此前的Cortex-A8架構在性能的區(qū)別，我們此前已經做了深度的解析，這里就不再贅述。總之，加入了亂序執(zhí)行能力的Cortex-A9內核架構在性能與功耗控制上均有極大地提升。三星Exynos4210獵戶座雙核處理器架構圖三星Exynos4210處理器依舊沿用了45nm工藝制程技術，擁有兩個主頻達到1.2

15、GHz的Cortex-A9處理核心，相比于其他同級產品的優(yōu)勢在于內存以及GPU上。三星Exynos4210除了擁有64KB的一級緩存(32KB指令緩存和32KB數據緩存)以及1M的二級緩存之外，還是唯一一款支持DDR3內存和雙通道的處理器，而對DDR2的支持也達到了最頂級的LPDDR21066，擁有6.4GB/s的內存帶寬，最大限度地將處理器的性能發(fā)揮出來。三星Exynos4210獵戶座雙核處理器架構圖而在圖形處理方面，三星Exynos4210則搭載了ARM自行研發(fā)設計的Mali400MP多核心GPU，該GPU整合了當時業(yè)界最先進的4核心設計，可提供卓越的二維和三維加速性能，使得其單核多邊形輸

16、出率達到30M/秒，而像素填充率達到了1.1億像素每秒。在視頻編解碼方面，三星Exynos4210也沿襲了一貫以來的優(yōu)勢，可以輕松實現包括H.264在內的多種視頻格式的1080P級的編解碼。此外，三星Exynos4210還支持單路WXGA和雙路WSVGA視頻輸出，支持HDMIv1.3a高清標準以及1080P、30fps標準高清視頻的拍攝功能。三星Exynos4210處理器所集成的ARMMail400型GPU正是由于三星Exynos4210強大的性能表現，在包括三星I9100、三星GalaxyTab7.7以及三星GALAXYNote等明星Android產品上均搭載了這款處理器，當然雙核版魅族MX

17、同樣也延續(xù)傳統(tǒng)搭載了這款處理器。雙核Exynos4210的發(fā)熱問題引人關注需要注意的，雖然三星Exynos4210本身的性能很強大，但隨之而來的高功耗也是不小的問題。這其中三星Exynos4210的芯片面積達到了118平方毫米，相比于其他49平方毫米的Tegra2以及69平方毫米的OMAP4430等競爭對手大很多，這也無形中導致該芯片發(fā)熱量過大，這也是為何有些用戶反應長時間使用I9100等產品會明顯感覺到機身很燙的重要原因。另外，三星Exynos4210是首款搭載Mail400型GPU的處理器，該GPU的性能參數指標雖然很強大，但由于初期市場占有率較少且支持的特效也較少，游戲廠商也沒有針對這款

18、GPU做更多的優(yōu)化，因此在游戲體驗方面還是存在一定兼容性問題。不過隨著之后I9100以及GALAXYNote等產品的大賣，大部分游戲也開始針對其進行了優(yōu)化，因此在體驗方面依舊有保證。正是由于三星Exynos4210的高功耗以及發(fā)熱量過大等問題較為突出，三星于2011年9月在Exynos4210的基礎上推出了升級版的Exynos4212。相比于前代產品，三星Exynos4212最大的改進在于采用更先進的32nm高-K金屬柵極(HKMG)低功耗工藝，三星的32nmHKMG工藝節(jié)點是專門調整的，以提供一個2倍的邏輯密度及比上一代低30%功率水平的有競爭力的前沿平臺。后續(xù)推出改進制程工藝的Exynos

19、4212型處理器雖然同是基于Cortex-A9內核架構研發(fā)的，但憑借更先進的制程技術，三星Exynos4210的最高核心主頻已提升至1.5GHz，整體處理能力提升25%。此外，新的處理器集成了增強型的Mail400型GPU，可實現這使得整體性能上相比前一代產品已有了50%的提升，而配合新增支持的HDMI1.4標準接口，可實現對70fps的3D視頻的輸出。需要注意的是，三星自主研發(fā)的處理器一般都是自產自銷(少量供應給其他廠商，如魅族)，廣泛應用在三星高端智能手機或平板上。但隨著三星智能手機及平板等產品在全球范圍內的熱銷，處理器產能出現供不應求的狀態(tài)，因而三星也會針對不同市場或運營商定制的需求，推

20、出搭載其他廠商處理器的終端產品，包括搭載TIOMAP3630處理器的三星I9003/I9008L以及搭載Tegra2雙核處理器的三星I9103等產品。四核獵戶座助力GALAXYS3全球熱銷時間來到了2011年末，Nvidia再一次保持了業(yè)界領先的更新速度，率先推出了全球首款四核心手機處理器芯片Tegra3，緊隨其后HTC也于2012年初的MWC大會上正式推出了搭載該處理器的HTCOneX。而作為目前手機行業(yè)產品銷量最大的廠商，三星手機自然不會怠慢，其最新的四核處理器Exynos4412也正式登場亮相。三星現有Exynos家族產品性能對比雖然在核心架構上，三星Exynos4412與此前雙核時代的

21、Exynos4212/4210并無區(qū)別，但其最大的改進除了新增兩個Cortex-A9處理核心之外，還采用了與Exynos4212一樣的32nm高-K金屬柵極(HK/MG)低功耗制程工藝，單核心最高主頻可達1.4GHz，并且支持雙通道LPDDR21066內存。此外，在圖形處理方面，雖然三星Exynos4212同樣搭載的是ARM的Mail400MP型GPU，但運行頻率已由此前的266MHz提升至400MHz，這值得GPU方面的整體性能提升有50%左右。ARM自主研發(fā)的各款GPU性能對比同時，更先進工藝制程技術除了能夠使得處理器性能得到大幅提升的同時，功耗控制上也有了明顯的改進。與上一代45nm制程

22、工藝的雙核Exynos4210處理器，三星Exynos4412在性能提升一倍的同時，電量消耗也節(jié)省20%。當Exynos4210和Exynos4212的GPU都運行在266MHz的頻率下，而Exynos4210和Exynos4212的CPU則運行在1.2GHz和1.5GHz的情況下，盡管Exynos4212的CPU頻率比Exynos4210高25%左右，但結果顯示采用32nmHKMG工藝的Exynos4212功耗方面還是比45nm工藝的Exynos4210低40%左右。1.2GHz的Exynos4210在CPU滿載的平均功耗達到了1.6W，而Exynos4212還不到1W，而雙核版MX采用的C

23、PU頻率則高達1.4GHz，因此可想而知滿載情況下很可能接近2W，足足是Exynos4212的兩倍。這種差距在實際使用情況中會進一步拉大，四核Exynos4412處理器在性能上達到雙核處理器Exynos4210兩倍的同時，其功耗卻只有其八成左右，這也就意味著四核Exynos4412不僅性能更有保證，而且功耗控制上也將更為出色，這將直接體現在手機的續(xù)航能力上。此外，32nmHKMG工藝所帶來的功耗改進還體現在GPU上，當Exynos4210的GPU頻率維持在266MHz情況下，基于同樣的GPU功耗，四核Exynos4412能夠讓同款GPU運行頻率達到400MHz，從而使得GPU性能實現50%的提

24、升?？傊?，四核Exynos4412可以說是雙核Exynos4210的完美工藝改進版，對比已量產上市的雙核Exynos4210處理器芯片，在同樣CPU性能下功耗可降低60%，而同樣功耗的情況下GPU性能提升80%左右。除了功耗上的區(qū)別之外，三星Exynos4x12在硬件方面還是有其過人之處，如引入了專用圖像處理器用于提升手機的拍照畫質。此外，Exynos4x12的HDMI接口也從1.3升級到了1.4，從而支持3D視頻輸出，而解碼器也針對這個進行了強化支持3D視頻解碼。如此看來，三星此前推出的Exynos4412處理器的地位顯得有些尷尬，或許是NvidiaTegra3四核處理器芯片的迅速上市打亂了

25、三星處理器的產品布局，迫使三星首先讓后續(xù)的四核Exynos4412量產上市以實現有效競爭。三星Exynos4412四核獵戶座處理器助S3熱銷憑借著四核Exynos4412處理器所展現的強大性能以及出色的功耗控制，搭載這一處理器的GALAXYS3在上市之后的短短幾月便在全球突破銷量千萬臺，這足以證明三星Exynos4412處理器的強大。而相比于率先推出的NvidiaTegra3四核處理器芯片，三星Exynos4412的優(yōu)勢是顯而易見的。這點主要體現在制程技術以及內存標準上，由于三星Exynos4412采用的是32nmHKMG制程工藝，比采用40nm制程工藝的Tegra3更先進，這也就直接導致在實

26、現相同性能的同時功耗控制將更加出色。此外，三星Exynos4412支持雙通道LPDDR21066內存，而Tegra3僅支持單通道LPDDR21066內存，這也一定程度上影響了Tegra3的整體性能。這也是為何在很多媒體的測試中，搭載Tegra3的HTCOneX會在各項跑分中會比搭載Exynos4412的GALAXYS3偏低的重要原因?；蛟S當下，能夠與三星Exynos4412一較高低的也只有高通此前基于28nm制程工藝的驍龍S4系列處理器，不過由于高通S4處理器一直受產能所限，目前市面上搭載這一處理器的產品仍較少，后續(xù)我們會為大家?guī)磉@兩款處理器的詳細性能對比。全新Cortex-A15內核架構獵戶座蟄伏出擊隨著ARM公司擁有更低功耗更強性能的全新Cortex-A15內核架構的發(fā)布，手機處理器廠商之間又將開始一場新的角逐。目前幾大主流廠商均已公布了基于Cortex-A15架構的產品布局，而作為后來居上的三星自然也緊跟趨勢，于2011年12正式公布了旗下基于Cortex-A15內核架構的Exynos5系列處理器平臺，也就是即將面世的全新獵戶座處理器。更低功耗更強性能的Cortex-A15內核架構根據目前已有的資料顯示