从需求出发,打造最佳能效比处理器

2013-05-08 13:34:19来源: EEWORLD 关键字:处理器

去年12月,单核时代的黑马全志直接跳过双核平台推出了四核芯片A31。与其他方案普遍采用ARM Cortex-A9内核不同的是,该芯片并没有采用性能更高的Cortex-A9,而是采用了具有功耗优势的Cortex-A7内核;除CPU与众不同外,A31的图形处理单元也并没有像前一代的A10和A20一样采用ARM Mali 400系列GPU,而是配备Imagination的PowerVR SGX544MP2 GPU。

为什么A31采用的是Cortex-A7而不是别人都采用的Cortex-A9呢?答案是低功耗设计考虑。对于移动产品来说,低功耗设计是永恒不变的主题,在有高性能的同时,一定要保持更低的功耗。

Cortex-A7正是遵循了这样的设计思想,它能在保证性能的基础上提供出色的低功耗表现,迎合移动计算时代的需求。ARM自己对Cortex-A7的评价是“ARM史上能效比最高的处理器”。除了具有高能效比外,Cortex-A7是ARM最新一代的多核核心,具有比Cortex-A9更为先进的架构,比如加强了浮动运算能力,具有最新的指令集,可支持1MB内嵌式L2 Cache,支持多个操作系统同时运行,支持1TB内存等,这些都是Cortex-A9所不具备的。另外Cortex-A7还可以无缝兼容Cortex-A15,满足未来CPU Cortex-A15+A7大小核架构的发展趋势。全志平板电脑产品经理王康表示,随着移动设备上游戏、音视频、拍照等多媒体应用的爆发,GPU承担着越来越多的计算工作,重要性日益凸显;而对于多媒体应用的处理CPU参与得越来越少。“从主控系统和架构上来看,设备对GPU要求越来越高,而对CPU的性能升级追求在不断减弱。所以CPU的性能够用就行,没有必要去拼主频的高低,更重要的是和GPU等其他内核一起配合实现更好的体验。四核A7的性能对于目前的应用来说已经完全够用了,所以我们把更多的优化放在了GPU上。”他说道。

正如王康所言,从目前的技术角度来看,CPU的处理能力已经十分强悍,未来一段时间内可提升的空间不会太大,后续提升整体性能的责任自然就落在了GPU上,这也是未来移动处理器发展的一个重要方向。考虑到GPU的重要性,全志A31集成了更为强大的Imagination PowerVR

SGX544MP2双核图形处理器。Imagination的PowerVR系列GPU IP是业内主流的图形处理器架构,包括苹果、三星、德州仪器英特尔都有在用。据王康介绍,虽然SGX544MP2只是双核架构,但是其性能比四核ARM Mali 400 MP4还好,基本原因是SGX544MP2采用的是与PC GPU一样的统一渲染架构,与非统一渲染架构相比,统一渲染架构在级别上高了一代,性能也有全面的提升。“简单来说,其实GPU基本用来干两件事:画线和涂颜色。在GPU内部完成这些工作的单元称之为渲染器(Shader),SGX544MP2虽然只是双核,但是其中有八个统一渲染引擎(Universal Shader Engine),它们既可以完成画线也可以用来干涂颜色的工作,同时还能根据应用需求来动态调整。而Mali 400 MP4只有一个用来画顶点即画线的Shader和4个画像素即涂颜色的Shader。这5个Shader的工作是固定的,画线的只能画线,涂颜色的只能用来涂颜色,不能动态调整,效率比SGX544MP2的低很多。虽然Mali 400 MP4核数与频率都高于SGX544MP2,但是由于架构效率较低,所以性能并不见优。”王康解释道。

来自全志的数据表明,SGX544MP2像素填充率高达3,000M/S,三角形渲染也同样高达100M/S。集成了该GPU的A31与采用Mali 400 MP4的三星处理器Exynos4412相比,像素填充率高出1.16倍,三角形填充率高出了6倍,整体图形性能高出2倍。对于CPU和GPU等处理器来说,功耗与主频是成线性关系的,SGX544MP2最高主频300MHz,大大低于Mali 400 MP4的533MHz主频,这样在保证性能的基础上让功耗也得以降低。

为了加强多媒体处理能力,除了使用性能强劲的GPU外,A31还加入一颗被称之为VPU的核。VPU在全志的上一代产品A10中就有使用,它其实是一个独立的视频编解码器。在很多其他平板主控方案中,视频编解码工作主要是通过软件的方式来完成的,这就需要CPU具有很强的性能。而A31的编解码都是通过VPU这个独立的硬件处理单元来完成的,这样做不仅可以释放CPU和GPU的计算压力,还可以保证低功耗和高性能。A31可支持4K2K超高清编解码、蓝光3D播放、全格式音视频,完美兼容各种网络流媒体,特别是支持4K2K的编解码能力在移动处理器甚至是PC处理器中都是甚为少见的。

“全志从成立一开始就把多媒体编解码能力作为立命之本,CPU和GPU这些东西有钱都可以买到,如果大家的方案都是基于同样的CPU和GPU配置,那还有什么方法来保证差异化呢?”王康说道,“我们的定位就是在多媒体处理能力实现突破,包括视频编解码、拍照、摄像等方面。其实A31除了VPU之外还有一个有特色的模块,那就是图像信号处理器(ISP)单元。集成了这个模块的A31可以支持1,200万摄像头和1080p@60fps高清录像,以及零延时拍照、1秒10连拍等功能。目前拍照的图片处理等功能基本由ISP完成,它也是硬件上的模块,带来的好处就是速度快、效果好、功耗低。”

除了具备强大的通用计算能力、图形计算能力和多媒体处理能力,A31系统带宽也同步翻了一番。该芯片支持双通道64bit DDR3/LPDDR2,具有更高带宽,可以满足视网膜显示带宽需求;支持双通道NAND Flash,系统内存的读写速度提升到读30M/s、写20M/s,与A10相比提升了100%。王康指出,现在许多平板电脑都配备了视网膜显示屏,但是要做到真正的流畅显示不光需要CPU和GPU的性能强,还需要总线效率和存储带宽与之匹配。所以64bit的带宽是必须的,否则很难达到流畅的效果。因为一般在Android系统上视网膜屏流畅显示(60fps)的带宽需要超过3GB/s,而64bit DDR3理论带宽可达到5GB/s@312MHz,可以流畅支持65英寸的大尺寸屏和分辨率为2048×1536的超高分辨率屏。

A31还拥有完善的功耗管理系统。该芯片配备了一颗专门为四核处理器量身打造的智能电源管理芯片AXP221,可实现智能、高效、精准电源管理,保证超长续航能力。AXP221在单芯片上集成了供电管理、充电管理和检测系统电流、电压、温度等全面电源管理功能,其技术规格在业内来说是非常领先的。在该电源管理芯片的配合下,A31能支持30天待机、100小时音乐播放、10小时视频播出、8小时网页浏览。除此之外,AXP221能提供高达2.2A的充电电流,与其他只能1.xA充电电流的方案相比,可提高一倍以上的充电速度,使移动设备充电时间大大减少。


在单核时代,全志的A10就因为其高集成度而著称,四核的A31也不例外。它配备了丰富的显示接口,如HDMI 1.4、LCD RGB、MIPI DSI、LVDS等;配备了丰富的图像输入接口,包括CSI和MIPI CSI等;配备了多种数据接口,如USB OTG、USB EHCI/OHCI、GB Ethernet、SDC及SDIO等。高集成度带来的好处就是整体BOM成本降低,与国内其它方案相比,A31的方案可减少24个周边元件,PCBA成本减低10%左右。

总的来说,A31特点非常突出,在四核性能为王的时代,全志并没有过多地去强调CPU性能和主频高低,而是通过优化整体系统硬件架构,把功耗效率、应用需求放在了第一位来打造这款具备最佳能效比的A31。

芯片厂商在定义产品时,要以用户需求、应用发展为导向,而不是单纯地依靠提升CPU、GPU核数和主频来为产品穿上“高性能”的外衣。对于主控处理器来说,性能、功耗、速度的平衡尤为重要,因为只有这样,才能带来更好的用户体验和满足未来移动应用需求。我们也期待A31在市场上能再创辉煌,帮助系统厂商实现产品设计创新。

关键字:处理器

编辑:陈盛锋 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2013/0508/article_21792.html
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