終極指南:2013年手機CPU的現狀與未來

    首先我們來看一看高通。之所以首先觀察高通，是因為相對而言高通的產品是變化幅度最小的，因此我們可以借用的歷史數據就最多。在《四核處理器?上》成文時，高通的最新產品是S4 Pro APQ8064。而在我們撰寫本文時，高通重新命名了它的產品線，S4 Pro有了繼任者驍龍600。這是一顆和APQ8064區別很小的芯片，最大的提升在于內存從雙通道LPDDR2 533變成了雙通道LPDDR3 1066，因此我們不打算深究這顆芯片。

    高通的重頭戲，以及下半年乃至明年的主打，將是驍龍800。它擁有改進后的Krait 400核心，主要改動是調整了內部緩存架構，降低異步設計帶來的影響。同時，驍龍800引入了HPM工藝，主頻達到了2.3GHz，成為手機SoC中的一個超過2GHz大關的產品。除此之外，驍龍800還集成了新的Adreno 330 GPU，性能與規模再次翻倍。

驍龍800核心照片

    相信看過之前的文章后，現在的你已經不會被上面充滿誘惑力的宣傳所擊倒。是的，我們再次重復一遍：絕對性能的提升沒有意義，決定用戶體驗的是體效值，或者說每瓦特性能。那么驍龍800的每瓦特性能有沒有提升呢？

    首先我們來看一看CPU部分。由于緩存的增強，Krait 400核心的執行效率必然會得到一定的提升，但是Krait核心從本質上來說依然是一個“增肥”版的Cortex A9，它所面對的最大問題其實是由于指令隊列的不足，導致架構的IPC受限。

    Krait的后端就像是規模巨大的工廠，而經過持續的升級，Krait的前端已經從小港口變成了大型碼頭——但是連接它們的依然只是一條省道。這樣的架構也許可以在理論測試中獲得極高的成績，但是在實際變幻莫測的應用代碼面前，往往無法發揮應有的效率，根據某些第三方測試，在諸如視頻解碼、文件壓縮與解壓縮等應用中，Krait 300核心的同頻性能有時會不如Cortex A9甚至A7。這雖然不足以定性的給這個架構下結論，至少也可以說明一部分的問題。

文件壓縮速度，驍龍600的Krait 300內核同頻性能甚至不如Cortex A7

    因此，綜合來看，Krait系列核心的能耗，恐怕是比較悲觀的——上篇中我們做過相應的比較，得到的數據也傾向于支持這樣一個結論。APQ8064的執行效率并不如Cortex A9，Krait 400核心雖然經過了兩次升級，但是考慮到Krait 300的實際表現，我們認為其執行效率至多只能達到略高于A9的水平。也就是說，Krait 400架構效率上并沒有大幅超越Cortex A9。

    那么產品效率呢？在這之前筆者需要稍微岔開一些話題。不知道你是否發現，我們在對比效率的時候往往都會和Cortex A9相比，準確來說是和SAMSUNG Exynos 4412相比。為何要用它作為基準？這并不是因為偏心或是對于三星有著額外的好感，原因很簡單，那就是根據之前我們對手機極限功耗的定義，在那樣的功耗限制之下，Exynos 4412是體效值與絕對性能之間最接近的產品：Exynos 4412的核心，工作在1.4GHz時單顆功耗約為440mW，1.6GHz約為600mW，總功耗即為1.8W與2.4W。因此Exynos 4412是一個極好的標準——如果有產品的效率比4412高，它就可以發揮出比4412更加優越的實際性能，否則就只能在降頻中工作。

來自Anandtech的測試，驍龍S4 APQ8064單個核心的功耗大約是700mW

    在驍龍800以外的產品中，高通采用的是28LP SiON/Poly工藝，這會導致漏電增加，繼而降低能耗比。在上篇中我們引用外媒Anandtech的結論，得知28LP工藝的驍龍APQ8064，運行在1.5GHz的頻率下，單個核心的功耗大約是700mW。

    而到了驍龍800，高通終于引入了先進的HKMG技術，將工藝更換為了28HPM。那么，這個工藝是否能提升驍龍800的能耗比？根據TSMC對于28HPM的工藝描述，我們認為這個答案同樣也許是比較悲觀的，因為28HPM本質上是用來提升性能的工藝，它的主要目的是讓驍龍800得以運行在使用28LP的驍龍600所無法達到的高頻下，但是處理器本身的漏電并不會因此而減小。

臺積電四種28納米工藝的區別

    我們粗略估計，運行在2.3GHz下的Krait 400核心，即便只考慮頻率的提升，單個核心滿載的功率也將超過1W，四核心的總功耗則會遠超2.5W的散熱功耗上限。至于能耗比，在低頻段，驍龍800的能耗比也許可以略超龍600，但是總體來說我們并不認為驍龍800在CPU部分的能耗比會大幅領先于Cortex A9，也就是說驍龍800的體效值將明顯小于極限性能。

    按照我們之前的分析，驍龍800在手機上的長期性能表現就將不會比Cortex A9提升太多（短期性能表現，例如基準測試，會因為設備的熱容以及溫度滯后效應而大幅提升，但是只要工作足夠長——不超過三分鐘——的時間后，性能將會降低到Cortex A9水平）。

    使用工具監控驍龍APQ8064的CPU頻率變化，運行2分鐘以后，CPU頻率降低到了1GHz以下

使用工具監控驍龍600的CPU頻率變化，Krait 300核心根本無法維持全速工作

    那么GPU部分呢？這方面的問題可能會比CPU更加嚴重。高通Adreno 300系列GPU的超低能耗比已經是眾人皆知的問題，其嚴重程度遠超CPU。由于GPU相對于CPU而言是低頻大規模電路，因此它對于漏電的敏感程度要遠高于CPU，對于頻率的敏感程度則不如CPU。驍龍800所集成的Adreno 330相對于Adreno 320而言規模提升了一倍，因此功耗的提升幅度自然也不會小到哪里去，我們假定Adreno 330可以借助HPM工藝，完全避免功耗的提升，它的能耗比能有多高？

    對于這個問題，我們可以通過一個粗略的測試來判斷。Galaxy S4和配備了驍龍600的手機，在3Dmark中的得分基本是相同的，但是根據耗電量得出的整機功耗估值方面，Galaxy S4所具備的SGX544MP3 GPU的功耗幾乎只有Adreno320的15%甚至更低，換句話說就是SGX544MP3的能耗比幾乎是Adreno330的7倍——實際上，根據粗略測試的結果，Adren 320的功耗已經達到了大約6W，不論這個數字是否精確，Adren 320早已遠遠超過了2.5W，甚至4.15W的散熱功耗極限。性能翻倍dreno 330即使維持功耗不變，也將和CPU一樣，在實際工作中也將永遠不可能發揮出其最大性能，它的體效值同樣遠遠小于理論最大性能。

    最終，我們對于驍龍800的預期表現是比較悲觀的。我們認為，在CPU部分，配備驍龍800的產品，并不能讓用戶得到遠超四核心Cortex A9——如宣傳、測試以及參數上那樣——的實際體驗，而GPU方面則更會遠遠不如SGX544MP3，不論理論測試有多么強大。驍龍800并沒能有效提升能耗比，因此裝有驍龍800的產品，其體效值將遠遠小于宣傳的性能，作為結果，消費者購買的大部分參數和數字，將會永遠停留在紙面上——當然，還有基準測試軟件里。