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很多手機廠(chǎng)商在對外宣傳時(shí)總是喜歡拿處理器的表面參數說(shuō)事，什么采用了多少核心，主頻達到了多少，性能比其它手機提升了幾倍等等。然而，實(shí)際上并非如此，手機處理器的性能不光決定于主頻的高低，其采用的架構、緩存、帶寬、GPU以及系統優(yōu)化等都對處理器的性能產(chǎn)生重要的影響。所以，如果其它因素配置不夠，也很有可能出現“高頻低能”的現象。今天筆者就為大家介紹一下影響處理器性能的相關(guān)因素。 架構是關(guān)鍵 架構做為處理器的基礎，對于處理器的整體性能起到了決定性的作用，不同架構的處理器同主頻下，性能差距可以達到2-5倍�？梢�(jiàn)架構的重要性。那么什么是架構呢？ 為了大家更好的理解，我們不妨做個(gè)比喻，架構就像是一座建筑的結構設計部分，而處理器就相當于一個(gè)完整的建筑，只有有了穩定的結構作為基礎，才能建造出各式各樣的房子。換句話(huà)說(shuō)，架構只相當于一座建筑的框架，至于最后建造出來(lái)的房子長(cháng)什么樣，舒適度如何，就是由處理器廠(chǎng)商自己決定了。不過(guò)有一點(diǎn)需要說(shuō)明，假如結構的設計值是十層，容納人數的上限是100人，那么最后建好的房子也不能超過(guò)這個(gè)上限。這也就是說(shuō)，采用相同架構的處理器，性能基本上已經(jīng)鎖定在一定的范圍之內，不會(huì )有本質(zhì)的區別。所以，看處理器的性能要先看架構。 
ARM架構芯片 目前，手機處理器的架構主要有ARM和Intel X86，眾所周知Intel X86架構在PC中占據著(zhù)無(wú)法撼動(dòng)的霸主地位，包括Intel主要的競爭對手AMD在內，都是使用的X86架構，然而在手機處理器領(lǐng)域，X86只能算是初出茅廬的菜鳥(niǎo)，雖然潛力無(wú)限，但目前采用X86架構的手機還非常少見(jiàn)。今天主要講的是ARM架構。 ARM架構在手機處理器領(lǐng)域占有90%的市場(chǎng)份額，處于絕對的壟斷地位。目前主流的處理器芯片廠(chǎng)商幾乎都是采用了ARM架構，比如，高通、德州儀器、英偉達、三星及蘋(píng)果等。
ARM的應用范圍 目前千元級的低端的智能手機或者很多低價(jià)的國產(chǎn)手機處理器一般還在采用比較陳舊的ARM11架構，比如德州儀器OMAP2420/2420（主頻為 330MHz）以及高通MSM7225/7227（主頻為528MHz—800MHz）和MTK的一些處理器，而高通MSM7227A采用的 Cortex-A5架構實(shí)際上也是屬于這一級別，代表機型為最近新上市的HTC T328w。 現在主流的中高端手機處理器基本上都采用了ARM Cortex-A8架構，速率可以在600MHz到超過(guò)1GHz的范圍內調節，同頻下，比ARM11性能提升3倍以上，而功耗卻大大降低。比如德州儀器的 OMAP34x0和OMAP36x0系列處理器。而高通驍龍S2/S3的Scorpion架構。三星蜂鳥(niǎo)和蘋(píng)果A4處理器，均是在A(yíng)8的基礎上優(yōu)化而來(lái)。代表機型摩托羅拉DEFY、三星I9000、蘋(píng)果iPhone 4以及小米手機等。 現在最先進(jìn)的處理器架構是ARM Cortex-A9，相對于A(yíng)RM Cortex-A8，最大的區別在于支持多核心和亂序執行，并且性能繼續得到了很大的提升。目前的大部分雙核處理器都采用了ARM Cortex-A9架構，比如Tegra 2、德州儀器OMAP44x0系列、三星獵戶(hù)座E4210和蘋(píng)果A5等，包括最近推出的首款四核處理器Tegra 3。高通MSM8x60則依然采用的是Scorpion架構，但是增加了部分亂序執行，從而實(shí)現異步多核心功能。代表機型為：摩托羅拉ME860、摩托羅拉Droid Razr、三星I9100、iPhone 4S和HTC One X等。 而更為先進(jìn)的ARM Cortex-A15架構將是下一代ARM發(fā)展的趨勢。另外，高通的下一代Krait（環(huán)蛇）架構，據稱(chēng)也有相當于Cortex-A15的性能。 工藝制程 制程工藝的納米是指IC內電路與電路之間的距離。更小的制程也就意味著(zhù)更低的功耗和散熱，同時(shí)在同樣面積的芯片上更小的制程也就能集成更多的晶體，而晶圓的數量又是決定處理器性能的關(guān)鍵因素，所以，工藝制程越先進(jìn)，處理器性能越強。手機處理器從較早的90納米，到后來(lái)的65納米、45納米、32納米一直發(fā)展到目前最新的28納米，而16納米制程工藝將是下一代CPU的發(fā)展目標。 芯片的工藝制程和架構是同時(shí)發(fā)展的，一般采用更新架構的處理器也會(huì )應用更先進(jìn)的工藝制程。目前低端手機市場(chǎng)一般還在使用比較落后的90納米制程工藝。比如德州儀器OMAP1和OMAP2系列處理器和很多低價(jià)國產(chǎn)手機采用的MTK（聯(lián)發(fā)科）處理器等。這些處理器一般性能比較差，功耗也很高，不過(guò)因為低端手機對性能的要求也不高，所以也能保證手機運行流暢，但是大型的游戲就別想了，而且優(yōu)點(diǎn)是售價(jià)便宜，降低了智能手機的門(mén)檻，使用戶(hù)只需花費幾百元就能感受智能手機的樂(lè )趣。
德州儀器OMAP1和OMAP2系列都采用了90納米工藝 到了ARM Cortex-A8時(shí)代，工藝制程已經(jīng)提升到了65納米級，比如德州儀器OMAP34x0系列等，甚至有些已經(jīng)提升到45納米級，比如德州儀器 OMAP36x0系列、高通驍龍S2/S3系列和三星蜂鳥(niǎo)處理器等。這些處理器一般用在中高端單核智能手機和采用高通MSM8x60的雙核智能手機中。代表機型為蘋(píng)果iPhone 4、摩托羅拉里程碑、魅族M9、HTC Sensation系列和小米手機等。
TI OMAP 3xxx處理器工藝制程 到了ARM Cortex-A9時(shí)代，雙核處理器的工藝制程一般都達到了45納米級，比如德州儀器OMAP44x0系列，三星獵戶(hù)座處理器等，而英偉達Tegra 2和Tegra 3的工藝制程達到了更為先進(jìn)的40納米。這些處理器一般應用在高端的雙核手機當中，比如三星I9100、I9220、摩托羅拉Droid RAZR以及HTC One X等。 而最新的高通驍龍S4系列處理器已經(jīng)達到了28納米的工藝制程，以MSM8960為代表，目前已經(jīng)上市的華碩PadFone以及即將上市的HTC One S都采用了這顆雙核處理器。理論上性能比采用A9架構雙核處理器的手機高出60%以上，而且具有更低的功耗以及更小的芯片尺寸。 總線(xiàn)帶寬 智能手機中的處理器（CPU）和我們通常理解的電腦中的處理器是有區別的，智能手機中的處理器更準確的定義應該是“SoC（片上系統）”，它是將系統中眾多關(guān)鍵部件集成到一塊芯片上，SoC上包含了CPU、GPU、內存控制器、視頻解碼核心、電源管理芯片等等。
通訊總線(xiàn)（AXI）結構圖 如果說(shuō)CPU是大腦，那么SoC就是包括大腦、心臟、消化系統和呼吸系統在內的一個(gè)系統集合。而總線(xiàn)就相當于連接各器官之間的動(dòng)脈血管。血液在血管中的流通的暢通程度就是帶寬。即使人體的各個(gè)器官都非常健康，但是血液流通不暢，那么整個(gè)人也不會(huì )健康。這也說(shuō)明了總線(xiàn)帶寬在整個(gè)SoC中的重要作用。
總線(xiàn)帶寬 總線(xiàn)帶寬是指在固定的的時(shí)間可傳輸的數據數量，帶寬越大，則代表傳輸能力也越強。一般Cortex-A8架構的單核處理器的總線(xiàn)寬度為64bit、 200MHz，總帶寬1.6GB/S，就已經(jīng)夠用了。而A9架構的雙核處理器則能夠達到128bit，200MHz，總帶寬為3.2GB/S。比如德州儀器OMAP4430。甚至個(gè)別處理器能夠達到256bit，200MHz，總帶寬可達6.4GB/S。比如三星Exynos 4210處理器。 不過(guò)也有一些處理器并沒(méi)有達到一般的水平，比如Tegra 2處理器，總線(xiàn)寬度僅為32bit。僅為德州儀器OMAP4430的四分之一。還有高通MSM8x60，由于采用了和單核時(shí)代同樣的Scropion架構，所以，總線(xiàn)帶寬也僅為單核時(shí)代的水平，即64bit。（數據來(lái)自網(wǎng)絡(luò )，不一定完全準確）這也很好的解釋了有些SoC雖然中央處理器等單獨芯片都比較強大，但是總體性能比較差的原因。 圖形處理器GPU 自從蘋(píng)果iPhone出現以后，再加上Android的崛起，移動(dòng)多媒體得到了長(cháng)足的發(fā)展，以前在PC的配置中經(jīng)�？吹降腉PU如今也成為了智能手機處理器必不可少的硬件配置。GPU甚至在運行大型3D游戲中，起到了決定性作用。
GeForce ULP GPU 與CPU不同，當今市面上，幾乎90%的手機CPU都是采用同樣的ARM架構，而個(gè)處理器品牌所采用的GPU卻各不相同。 蘋(píng)果、德州儀器以及三星蜂鳥(niǎo)處理器都采用的是Imagination公司研發(fā)的PowerVR GPU，由于蘋(píng)果iOS系統下?lián)碛写罅看蟾咂焚|(zhì)游戲及應用，而Android系統中很多游戲也都是從iOS系統中移植過(guò)來(lái)。所以，采用PowerVR GPU的處理器在游戲兼容性方面還是比較好的。從iPhone系列手機的性能來(lái)看，PowerVR GPU在性能上也是相當強勁的。 提到GeForce顯示卡，相信大家并不陌生，很多人的電腦中都采用了這個(gè)系列的顯卡。而英偉達的Tegra處理器正是采用了自家的GeForce ULP GPU，憑借著(zhù)英偉達在顯卡方面的優(yōu)勢，這顆GPU性能自然不容小覷。而且這顆GPU的一大特點(diǎn)是擁有很多大型的專(zhuān)屬游戲，這些游戲在其他的平臺上是很難體驗到的，雖然也有部分游戲進(jìn)行了移植，但是無(wú)論從畫(huà)面還是特效方面，都無(wú)法和原版的比擬。
Adreno GPU性能提升 接下來(lái)為大家介紹的是Adreno系列GPU，這是高通公司從前ATi公司收購而來(lái)并自行發(fā)展的圖形架構，當然，這也是高通處理器的標準配置。這款 GPU在性能方面和其他GPU相比沒(méi)有太大的優(yōu)勢，不過(guò)由于應用最為廣泛，所以，兼容性方面還是相當不錯的。另外，相對來(lái)說(shuō)，功耗也比較小。 最后為大家介紹的是ARM自行設計的Mali400 GPU，這款GPU可以根據處理器廠(chǎng)商的要求進(jìn)行定制，像素處理器則可以在一組到四組之間自由搭配，當然，成本不同，性能也有不小的差異。目前三星獵戶(hù)座處理器和意法愛(ài)立信U8500都是采用的這款GPU。早期由于Mali400應用比較少，所以兼容性比較差，比如早期的I9100，但是由于I9100的熱賣(mài)以及Mali400的應用范圍越來(lái)廣泛。兼容性的問(wèn)題將會(huì )得到很好的解決。 處理器主頻 作為消費者最為熟知的主頻，其自然也代表著(zhù)一部手機的性能。雖然不同架構的同主頻處理器會(huì )有所差異。但如果在相同的條件下，高主頻顯然意味著(zhù)更強的性能。 CPU的主頻，即CPU內核工作的時(shí)鐘頻率（CPU Clock Speed）。通常所說(shuō)的某某CPU是多少兆赫的，而這個(gè)多少兆赫就是“CPU的主頻”。很多人認為CPU的主頻就是其運行速度，其實(shí)不然。CPU的主頻表示在CPU內數字脈沖信號震蕩的速度，與CPU實(shí)際的運算能力并沒(méi)有直接關(guān)系。主頻和實(shí)際的運算速度存在一定的關(guān)系，但目前還沒(méi)有一個(gè)確定的公式能夠定量?jì)烧叩臄抵店P(guān)系，因為CPU的運算速度還要看CPU的流水線(xiàn)的各方面的性能指標（緩存、指令集，CPU的位數等等）。由于主頻并不直接代表運算速度，所以在一定情況下，很可能會(huì )出現主頻較高的CPU實(shí)際運算速度較低的現象。比如Tegra 2，雖然性能很強，但是由于帶寬太小，所以性能發(fā)揮不出來(lái)。另外，經(jīng)常被一些玩家詬病“高頻低能”的高通處理器，由于采用了異步雙核的方式，主頻雖然能達到1.5GHz，但是性能較相同主頻Cortex-A9同步雙核的產(chǎn)品要弱（當然這也帶來(lái)了省電的優(yōu)勢）。因此主頻僅是CPU性能表現的一個(gè)方面，而不代表CPU的整體性能。
主頻最快不等于速度最快 CPU的主頻不代表CPU的速度，但提高主頻對于提高CPU運算速度卻是至關(guān)重要的。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，假設某個(gè)CPU在一個(gè)時(shí)鐘周期內執行一條運算指令，那么當CPU運行在100MHz主頻時(shí)，將比它運行在50MHz主頻時(shí)速度快一倍。因為100MHz的時(shí)鐘周期比50MHz的時(shí)鐘周期占用時(shí)間減少了一半，也就是工作在100MHz主頻的CPU執行一條運算指令所需時(shí)間僅為10ns比工作在50MHz主頻時(shí)的20ns縮短了一半，自然運算速度也就快了一倍。只不過(guò)電腦的整體運行速度不僅取決于CPU運算速度，還與其它各分系統的運行情況有關(guān)，只有在提高主頻的同時(shí)，各分系統運行速度和各分系統之間的數據傳輸速度都能得到提高后，電腦整體的運行速度才能真正得到提高。 提高CPU工作主頻主要受到生產(chǎn)工藝的限制。由于CPU是在半導體硅片上制造的，在硅片上的元件之間需要導線(xiàn)進(jìn)行聯(lián)接，由于在高頻狀態(tài)下要求導線(xiàn)越細越短越好，這樣才能減小導線(xiàn)分布電容等雜散干擾以保證CPU運算正確。因此制造工藝的限制，是CPU主頻發(fā)展的最大障礙之一。 運行內存RAM 提到RAM，我們很容易會(huì )聯(lián)想到ROM，實(shí)際上，ROM是只讀存儲器，功能相當于存儲卡，和處理器的性能關(guān)系不大，而影響處理器性能的關(guān)鍵因素是RAM。 RAM（random access memory）隨機存儲器。存儲單元的內容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲單元的位置無(wú)關(guān)的存儲器。這種存儲器在斷電時(shí)將丟失其存儲內容，故主要用于存儲短時(shí)間使用的程序。
動(dòng)態(tài)隨機存取存儲器 RAM越大，運行大型游戲以及多線(xiàn)程程序時(shí)速度就越快。比如同樣為1.5GHz主頻的兩顆處理器，同等條件下，采用512MB RAM的處理器就比采用256MB RAM的處理器快。所以，手機的RAM越大越好。目前比較高端的手機基本上都采用了最大的1GB內存。
快速周期隨機存取存儲器 雙通道，就是在北橋芯片級里設計兩個(gè)內存控制器，這兩個(gè)內存控制器可相互獨立工作，每個(gè)控制器控制一個(gè)內存通道。 雙通道體系包含了兩個(gè)獨立、具備互補性的智能內存控制器，兩個(gè)內存控制器都能夠并行運作。例如，當控制器B準備進(jìn)行下一次存取內存的時(shí)候，控制器A 就讀/寫(xiě)主內存，反之亦然。兩個(gè)內存控制器的這種互補的“天性”可以讓有效等待時(shí)間縮減50%，因此雙通道技術(shù)使內存的帶寬翻了一翻。 系統優(yōu)化 雖然手機的性能，其采用的處理器起到了至關(guān)重要的作用，但是整機是否能夠流暢運行，系統優(yōu)化也起到了很大的作用。大家經(jīng)常會(huì )看到，采用同樣硬件配置的兩款手機，性能差距卻很大，這很大一部分原因就是系統優(yōu)化方面的不同造成的。
iOS系統 大家都知道，蘋(píng)果手機的處理器配置從來(lái)都不是最高的，但是它卻是運行最流暢的。這是因為，蘋(píng)果手機采用的iOS系統是以用戶(hù)體驗和應用為主導的，其硬件配置的選擇完全是根據系統和軟件的需求，也就是說(shuō)軟件的發(fā)展帶動(dòng)了硬件的提升，使得軟件和硬件達到完美的協(xié)調和統一，將硬件的性能發(fā)揮到極致。而不是盲目的提升硬件。
Android系統 作為iOS的主要競爭對手，Android則不同，由于A(yíng)ndroid系統的開(kāi)放性，Android手機市場(chǎng)相對混亂，很難進(jìn)行統一的管理。 Android手機是硬件帶動(dòng)軟件的發(fā)展。大家可以看到，近兩年，Android手機的硬件發(fā)展極為迅速，但是每一次硬件配置的飛躍，卻沒(méi)能及時(shí)帶來(lái)性能的大幅提升。一般都會(huì )需要半年到一年的時(shí)間，系統和軟件針對新的硬件進(jìn)行優(yōu)化之后，才能夠體現出新的硬件的性能。 關(guān)于A(yíng)ndroid系統，大家的第一印象就是“卡”，但是現在隨著(zhù)Android系統優(yōu)化的不斷深入以及硬件的大幅提升，“卡”的問(wèn)題已經(jīng)得到了很好的改善，但是由于手機廠(chǎng)商在系統穩定性方面過(guò)于保守，所以，Android系統在流暢度方面，還是有著(zhù)很大的開(kāi)發(fā)空間。這也就是為什么Android用戶(hù)為什么那么熱愛(ài)刷機的原因。 結束語(yǔ)： 前幾日，筆者曾經(jīng)寫(xiě)過(guò)了一篇關(guān)于處理器性能相關(guān)因素的文章，不過(guò)由于時(shí)間原因只寫(xiě)了一部分內容，今天筆者結合上次所寫(xiě)的內容，對這篇文章進(jìn)行了完善。相信大家在看過(guò)之后，會(huì )對手機處理器有一個(gè)更為深入的了解。在購買(mǎi)手機時(shí)也可以更有針對性的選擇。值得注意的是，由于缺乏官方數據的支持，文中的部分數據來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，不保證100%的準確性。 文/手機中國 |
