智能手機(jī)CPU及GPU介紹

移動(dòng)設(shè)備的芯片prajnamas發(fā)布于2011年08月20日11條評(píng)論如果正在讀文章的你，曾經(jīng)有過(guò)配機(jī)的經(jīng)歷，那么對(duì)CPU、顯卡、內(nèi)存和硬盤(pán)這些東西一定不會(huì)陌生。事實(shí)上，移動(dòng)設(shè)備（手機(jī)、平板等等）也有CPU、顯卡、內(nèi)存和硬盤(pán)”這些東西，架構(gòu)與電腦差距不大。小小的手機(jī)居然放得下這么多東西？事實(shí)上，手機(jī)雖然架構(gòu)與電腦完全一樣，但形態(tài)上卻不太一樣。手機(jī)芯片集成了CPU、顯卡和內(nèi)存等等一系列組件，并且用最新的制程進(jìn)行加工,其體積非常之小（只相當(dāng)于成年人的小指指甲蓋大?。?。下圖是iPhone4內(nèi)部的A4大小:3GLi-ionbatteryFlashmemory*s,eeP-wake3GLi-ionbatteryFlashmemory*s,eeP-wakeLEDflash一AppleA4chipMicroSIMtQ圖上的Flash意指閃存，對(duì)移動(dòng)設(shè)備而言相當(dāng)于電腦的“硬盤(pán)”。A4+閃存的功能即相當(dāng)于整個(gè)臺(tái)機(jī)之上的CPU、顯卡、內(nèi)存、主板和硬盤(pán)集合，小小體積，巨大能量。本文主要想為大家介紹一下移動(dòng)設(shè)備芯片之上的CPU與顯卡，細(xì)數(shù)各家之長(zhǎng)，讓大家明白Android所用芯片與iPhone/iPad的不同。因?yàn)檫@是一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈移動(dòng)設(shè)備明顯已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)鏈。手機(jī)的每個(gè)部件都會(huì)有相應(yīng)的供應(yīng)商，音頻、視頻、屏幕、通信、攝像頭、閃存等等。芯片自然也是一樣，大名鼎鼎的高通、Nvidia、德州儀器都出售移動(dòng)設(shè)置芯片；而且借此東風(fēng)，還活得挺好。如果說(shuō)市面上Android機(jī)器所用的芯片著著實(shí)實(shí)花了你的眼，那么小編可以告訴您一句，其實(shí)它們都出自一家廠商。你震驚了嗎？這家廠商就是過(guò)去不顯水不露水的ARM，當(dāng)然最近借移動(dòng)設(shè)置東風(fēng)，確實(shí)火了一把。與桌面CPU不同的是，移動(dòng)設(shè)備CPU只有一家寡頭，那就是ARM。它的營(yíng)銷模式與Intel/AMD不一樣的是，Intel/AMD自己生產(chǎn)CPU然后出售；ARM只授權(quán)核心技術(shù)，得到授權(quán)的廠商在進(jìn)行深加工后自行聯(lián)系芯片代工廠進(jìn)行生產(chǎn)。得到ARM授權(quán)的廠商有但不僅限于高通、Nvidia、德州儀器、蘋(píng)果、三星、LG、索尼愛(ài)立信。所以，市面上那些亂花漸欲迷人眼的各種芯片，背后都只有一家ARM。ARM在移動(dòng)設(shè)備上獲得成功的原因有很多，營(yíng)銷模式是其一，極度省電是其二。它的計(jì)算能力或許不及Intel/AMD的CPU那么強(qiáng)悍，但是移動(dòng)設(shè)備更看重的是效能比（同等電量所能支持的運(yùn)算），這點(diǎn)ARM確實(shí)遠(yuǎn)超Intel/AMD，在次世代能夠成功也就是順理成章了。當(dāng)然，ARM的成功自然也遭到了Intel的嫉妒。Intel出產(chǎn)了一款叫做Atom的低功耗芯片用以對(duì)抗ARM，但“得益”于自身對(duì)市場(chǎng)的不熟悉以及控制功耗方面不過(guò)關(guān)，至今也未能獲得成功。CPU—家獨(dú)大，但顯卡卻是百家爭(zhēng)鳴相比較于ARM在CPU領(lǐng)域一家獨(dú)大，移動(dòng)設(shè)備顯卡卻是百家爭(zhēng)鳴，目前數(shù)得出來(lái)的就有PowerVR系列、AMDAdreno系列、NvidiaTegra系列以及ARM新兼并的Mali架構(gòu)。PowerVR系列是目前移動(dòng)設(shè)備上占有率最大的顯卡，掌權(quán)者是Imagination公司。使用PowerVR的公司數(shù)不勝數(shù)，其中就包括蘋(píng)果（iPhone4/iPad/iPad2以及即將上市的iPhone5）和索尼（Sony的PSVita）。事實(shí)上，蘋(píng)果公司有一部分Imagination的股份Adreno系列顯卡昔日屬于AMD旗下，但在2008年已經(jīng)出售給了高誦。高能同時(shí)也從ARM處得到了授權(quán)，結(jié)合兩者制作出了自家的芯片MSM8xAxx系列。小編會(huì)在第三節(jié)詳細(xì)介紹。而一直在桌面顯卡占據(jù)半邊天的Nvidia,也用從ARM處得到的授權(quán)以及自家的顯卡技術(shù)，制作出了Tegra系列芯片。由于Nvidia在芯片生產(chǎn)上浸淫已久，其所用的制程一直領(lǐng)先于其它芯片廠商；但功耗卻顯得略高。盡管如此，它還是占領(lǐng)了大量Android平板由于PowerVR的紅火，ARM也很嫉妒（高科技公司之間就是嫉來(lái)妒去），于是推出了自家的顯卡架構(gòu)：Mali。Mali原先是來(lái)自瑞典廠商Logipard的圖形解決方案技術(shù)，后被ARM收購(gòu)，現(xiàn)在已經(jīng)獲得三星、LG、索尼愛(ài)立信等廠商的青睞，在2010年的授權(quán)熱門(mén)程度可說(shuō)是ARM陣營(yíng)第一。芯片廠商的三個(gè)類別總體來(lái)講，現(xiàn)今芯片廠商分為三種類別:自身不生產(chǎn)移動(dòng)設(shè)備，單純出售芯片。典型有高通（HTC大部分芯片都是高通，WindowsPhone7/webOS目前也僅僅支持高通芯片）、德州儀器（黑莓Playbook等）。自身生產(chǎn)移動(dòng)設(shè)備，也出售芯片。典型有索尼愛(ài)立信（自家的Nova系列芯片）、三星（魅族M8/M9芯片和iPhone3GS芯片都是由三星提供的）。自身生產(chǎn)移動(dòng)設(shè)備，但不出售芯片。目前只有蘋(píng)果這樣做。如果讀者你想要開(kāi)一家類似小米手機(jī)的公司，從頭來(lái)組裝手機(jī)硬件的話，你會(huì)怎么做?在剛開(kāi)始創(chuàng)業(yè)的時(shí)候，你無(wú)錢(qián)沒(méi)勢(shì)，最好的選擇就是買高通和德州儀器的成品芯片。這樣做不僅初期成本低，也適合于低端機(jī)型的定位。（如果有人認(rèn)為小米手機(jī)算是高端機(jī)型，小編只能笑而不語(yǔ)）在積累了一段時(shí)間資本后，你會(huì)選擇像三星或索愛(ài)一樣取得CPU和顯卡授權(quán)，為自己旗下產(chǎn)品定制芯片；能力之余，也會(huì)出售一些芯片。這總體而言，是屬于半有錢(qián)半有勢(shì)的狀態(tài)。當(dāng)你已經(jīng)無(wú)欲無(wú)求了，一心只想為人類謀幸福的時(shí)候（大誤），就會(huì)和蘋(píng)果一樣完完全全為自己旗下產(chǎn)品定制一款芯片?？车羲胁恍枰牟糠?，加大所有強(qiáng)勁需求的部分，真真正正量身打造。大部分公司還沒(méi)能達(dá)到蘋(píng)果的境界，當(dāng)然我們要求也不能太高。各家芯片組成事實(shí)上，一枚芯片內(nèi)部不僅僅只有CPU和顯卡，但限于篇幅原因，小編只會(huì)簡(jiǎn)單介紹這兩樣。剩下的還有很多很重要的部件，比如總線、內(nèi)存控制、DRAM內(nèi)存等等；A5比其它芯片強(qiáng)悍之處就在于這些細(xì)節(jié)，不過(guò)小編本篇不會(huì)寫(xiě)太多。德州儀器：主營(yíng)本代OMAP4以及下代OMAP5。其架構(gòu)為ARM+PowerVR，不需要特別高的頻率，也能藉由精密的多核分工方式取得更佳的效能。德儀OMAP的設(shè)計(jì)概念，就是藉由多元的核心分?jǐn)侰ortex-A主運(yùn)算核心的負(fù)擔(dān)，多媒體有專屬的硬件譯碼核心，音效有音效的核心，相機(jī)控制也有相機(jī)的核心，另將底層運(yùn)算交給Cortex-M核心；雖然這些作法也是各家ARM架構(gòu)應(yīng)用處理器發(fā)展的方針，不過(guò)德儀還融合了獨(dú)家的DSP數(shù)字信號(hào)處理器核心，雖然現(xiàn)在多媒體影音多半靠硬件譯碼核心處理，然而像是一些硬件譯碼核心無(wú)法支持的文件格式，或是最近火紅的2D、3D轉(zhuǎn)換，就能使用DSP輔助這些應(yīng)用，不讓主處理器的資源虛耗在這些不擅長(zhǎng)的應(yīng)用。高通：主營(yíng)本代MSM8Ax60oMSM8X60的核心是基于ARM架構(gòu)的變形，高通稱之Scorpion,根據(jù)高通的說(shuō)法，Scorpion針對(duì)電源管理方面大幅強(qiáng)化，相較標(biāo)準(zhǔn)的ARM架構(gòu)擁有更佳的功耗表現(xiàn)。而圖形架構(gòu)方面，源自ATi行動(dòng)GPU架構(gòu)的Adreno又再次進(jìn)化，新版的Adreno220效能大幅超越第二世代Snapdragon的Adreno205，并且相較Adreno200，圖形效能提升近4倍，甚至整體效能超越Tegra2。另外，針對(duì)時(shí)下對(duì)于高質(zhì)量影音以及外接顯示的需求，影片的硬件譯碼能力也從MSM8255的720p提升到1080p，屏幕也能支持1440x900的WXGA分辨率，相機(jī)部份能夠提供雙16MP分辨率攝影鏡頭的支持。Nvidia：主營(yíng)本代Tegra2以及下代Tegra3。目前Android平板上的Tegra2，在架構(gòu)上采用兩個(gè)頻率1GHz的CortexA9為負(fù)責(zé)運(yùn)算用的核心，內(nèi)部整合音效處理、1080pH.264硬件影像譯碼、硬件影像編碼，JPEG圖形譯碼以及支持最高12MP相機(jī)，當(dāng)然最重要的，還是整合Nvidia最引以自豪的GeForceULPGPU,雖然GPU架構(gòu)與Tegra一代大致相同，不過(guò)由于帶寬以及頻率提升，圖形效能仍比Tegra一代強(qiáng)上許多。Tegra3將于年底面市，核心更是達(dá)到恐怖的四核。索愛(ài)：主營(yíng)Nova。核心是ARM+ARMMali，目前尚未大批鋪貨。大膽啟用Mali確實(shí)在成本上取得了優(yōu)勢(shì)（同時(shí)取得ARM兩項(xiàng)授權(quán)，授權(quán)費(fèi)會(huì)大為減少），但由于Mali架構(gòu)尚未進(jìn)化完全，性能比起上一代PowerVR尚顯不足，更比不了A5所用的PowerVRSGX543。愛(ài)立信在電信領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)在此芯片上顯示得淋漓盡至，集成了一大批三方原件也大大減少了芯片所需要的面積（要知道Tegra2并沒(méi)有集成很多三方芯片，三方芯片需要額外一個(gè)位置擺放）。三星:主營(yíng)Hummingbird與Exynos處理器，旗下手機(jī)偶爾也會(huì)使用高通芯片。Hummingbird架構(gòu)ARM+PowerVR，而Exynos則換到了ARM+ARMMali。三星目前最火的Android手機(jī)GalaxySII（也是目前最好的Android手機(jī)）正是用著Exynos芯片，但Mali架構(gòu)的不健全導(dǎo)致了它無(wú)法與部分游戲兼容，性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)遜于AppleA5的雙核PowerVRSGX543（事實(shí)上Exynos內(nèi)部Mali是單核還是雙核都不清楚）。蘋(píng)果：自家用的AppleA4/A5oA5在性能與省電上秒殺以上全部芯片，毫無(wú)爭(zhēng)議當(dāng)前第一芯片。究其根底，只因它是蘋(píng)果為iOS量