Cortex-A15架构解析:探索强劲性能的秘密(二)

2013-12-21 10:51:48来源: 互联网

有采用四核Cortex-A15手机了吗?

  这个问题其实来自于一些人的猜测,我们看见一些文章认为Cortex-A15的性能高但是功耗大,并不一定适用于手机。

  这个问题放在一年前的话可能会有各种不同的答案,但是现在是2013年8月下旬,答案已经非常清晰:已经有采用四核Cortex-A15的手机上市,而且会有更多的采用Cortex-A15的手机上市,这也为Cortex-A15是否适用于手机的争论画上了一个句号。目前,明确可用于手机的Cortex-A15架构的四核移动处理器主要有两种,一种是三星的Exynos Octa,另外一种是NVIDIA Tegra 4。

  三星公司在4月27日上市的Galaxy S4有多个型号,但是从处理器来分,就分为两种机型:高通Snapdragon 600和三星Exynos 5410。

  S600其实类似于去年大红大紫的APQ8064,CPU微架构为Krait 300,相对APQ8064的Krait微架构来说,它增加了硬件数据预取器,能预先将数据从内存中抓到L2 cache里。除此以外Krait 300还改善了分支预测的准确度,这些变化能改善Krait 300的IPC(每周期指令)大约15%,加上最高频率提升至1.9GHz(取决于手机厂商,像HTC One就选择了较低的或者说和APQ8064上限一样的1.7GHz),因此可以认为S600的CPU性能比之前的S4 Pro最多提升了大约28.5%左右,更接近于Cortex-A15的性能,不过它使用的制程和S4 Pro一样依然是28nm LP,这个制程没有在漏电流上作优化,因此在耗电方面S600比S4 Pro更大。

  为什么三星不选择单一型号处理器的方式呢?首先三星肯定要支持自家研发的处理器,这是毫无疑问的,因此基于Cortex-A15的E5410自然成了配置之一;其次是三星作为一家韩国公司,同时也是一家跨国公司,产品需要卖向全球,有些的确已经迈向了4G LTE,有些则还是3G时代,面对世界各地的通信制式、合作运营商的要求以及全球行销的潜规则,高通方面的产品是不得不考量的,因此在这里也把定位比较接近的S600作为另一种配置以支持LTE。

  

  三星Galaxy S4 GT-I9500主电路板正面

  

  三星Exynos 5410管芯图,深色部分是四核A15区域,粉红色部分是四核A7区域

  在国际版的GT-I9500(以及中国大陆区的联通版、电信版)采用的三星Exynos 5 Octa内部型号为Exynos 5410,CPU部分是一组四核Cortex-A15加另一组四核 Cortex-A7的搭配方式。不过Exynos 5410只支持big.LITTLE模式里的IKS(核内切换器),不支持GTS(全局任务调度)模式,因此看上去虽然有物理上的八个内核,但是本质上同一时间内最多只能实现同时使用四核A15或同时使用四核A7,如何切换则是由根据当前任务的负荷性质决定。

  NVIDIA Tegra 4推出多个月后,除了自家的SHIELD和HP、华硕以及东芝等厂商的笔记本电脑外,还会被用于一些手机里面,目前已经公布的有中兴的U988S,据闻还会有更重量级的手机随后出来。

  

  NVIDIA Tegra 4管芯图,橙色区为4+1Cortex-A15核心,绿色小方块区域为GPU

  Tegra 4和三星Exynos 5410的主CPU都采用了四核Cortex-A15,不过NVIDIA没有采用ARM的big.LITTLE结构,而是采用自己4+1核的结构,4+1 中的“1”被称作伴侣核。

  “伴侣核”是一个采用省电设计、运行在较低频率下的Cortex-A15内核,用于处理负载较轻的任务以达到省电的目的,一旦负载较重就会切换到主CPU核上。

  和Cortex-A15+Cortex-A7的big.LITTLE相比,这样的设计据称有两个好处:

  首先,是由于“伴侣核”与主CPU核心架构完全一样,CPU切换时(或者说程序执行的现场切换)的时间比Cortex-A15切换到Cortex-A7的方式快很多,这是因为不用进行复杂的映射;

  其次,Cortex-A15的单核性能比Cortex-A7高很多,因此大多数一般的应用中并不需要频繁切换到主CPU,从而达到更省电的目的。当然,具体的耗电情况需要等到设备出来后进行详细测试。

  在商业社会里衡量一款产品是否成功,关键的指标之一自然是出货量。按照Digitimes援引TrendForce(集邦科技)在今年七月末的一份研究报告,三星Galaxy S4的出货量将会达到2300万部的总出货量,而在更早之前已经有媒体报道指出三星Galaxy S4的出货量“已经”达到两千万台。

  如果只是靠品牌知名度和好不好看的话,任何产品也不可能做到快速的大量出货,Galaxy S4作为旗舰级产品,它的规格配置在吸引力方面起到了很大的作用,四核Cortex-A15或者四核S600的采用是它成功的关键因素之一,这些成功反过来也会对人们的品牌认受度产生正面印象。

  

  上图就是我们前面提及的预期购买手机品牌调查百分比,可以看到在三星发布了Galaxy S4第一季度到第二季度变化值是呈上升态势,而苹果方面则是依然不断地下滑。

  所以从这一小节中我们可以得出结论,市场上已经有四核Cortex-A15手机上市,而且从市场趋势来看这样的产品已经获得了实质性的认可。

  不同型号的Cortex-A15芯片设计是否一样呢?

  

  ARM的实验室里虽然也有自己开发的处理器实体,但是这些处理器是作为研发之用,不会拿出来卖给最终消费者的,市场上的“ARM”处理器都是ARM透过架构授权或者内核授权的方式由第三方厂商开发或者拼凑而成。

  因此在市场上你会看到五花八门、各式各样的ARM处理器,它们来自不同的芯片设计公司、不同的制造厂商,由于设计技术水平、经验以及制造厂的制程不同,实际上出来的芯片在一些指标、功能上会有不可忽视的区别。

  就譬如我们这里提到过三星Exynos 5410和NVIDIA Tegra 4,CPU都采用了四核Cortex-A15,但是两者的区别其实多,例如:

  1、Exynos 5410采用三星的28nm LP HKMG制程,最高频率设定是1.6GHz,Tegra 4采用台积电的28nm HPL制程,最高设定频率为1.9GHz;

  2、Exynos 5410采用了A15*4 + A7*4的设计,Tegra 4 采用了高频A15*4+低频(700~800MHz)低耗电A15*1的设计;

  3、两者的GPU截然不同,Exynos 5410采用了ImgTec授权的PowerVR SGX544MP3 (tri-core) @480MHz,Tegra 4 采用的是NVIDIA自己开发的GPU架构,几何单元为单精度浮点,像素单元为20位浮点,这应该是吸取了当年GeForce FX世代受挫的经验而特别炮制的平衡设计。

  4、两者的die size(管芯尺寸)不一样,Exynos 5410按照EDN的说法应该是122mm^2,而Tegra 4大约是80mm^2,后者比前者小了大约33%,Tegra 4的设计目标更偏向于性能、耗电、成本三者的平衡,而三星由于采用的PowerVR是属于分块式延后渲染器(TBDR),因此片上需要有TBDR独有的电路,这些电路会增加不少面积。

  从这一小节我们可以看出,同样是采用四核A15的处理器,在很多方面都是完全不一样的,这将对处理器的功能、性能、耗电构成不少的影响,最终反映到终端设备——手机、平板电脑上的表现也会有一定的差别。

关键字:Cortex-A15  强劲性能

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1221/article_22117.html
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