用上新架构,明年千元机的性能或将媲美旗舰机

摘要

明年这个时候,千元机的 CPU 性能或许就足以媲美旗舰机了,你期待吗?

如果大家关注手机 SoC(即 System on Chip 系统级芯片, 大家俗称的「处理器」就是 SoC 的一部分)的话,应该对 ARM 和 Cortex 这两个名字不会感到陌生。在智能手机市场中,除了极少数来自 Intel 的产品,无论你的手机 SoC 来自的是高通、联发科、三星还是苹果,CPU 部分采用的几乎都是从英国 ARM 公司买来的架构。

在过去几年中,虽然高通、苹果、三星等越来越多的厂商纷纷开始使用 ARMv8 指令集来打造自己的高端 CPU 架构,但 ARM 的提供的公版 CPU 架构依旧占据着手机处理器巨大的份额,特别是在广大的中低端市场,直接用 ARM 准备好的公版架构要比「折腾」自主架构更加划得来。

现在广泛采用的 ARM 公版 CPU 架构主要有 A53、A57、A72 三种,其中 A53 偏重低功耗,性能相对较差,A57 和 A72 则偏重性能,A72 是 A57 的小幅度改良版本。

在定位高端的 SoC 的 CPU 中,为了同时兼顾性能和功耗,常常会把 A57/A72(大核)和 A53(小核)混合在一起使用——也就是通常所说的 big.LITTLE 架构。比如说,高通「烤龙」810 采用了 4 个 A53 和 4 个 A57 核心,晚些时候推出的麒麟 950/955 则采用了 4 个 A53 和 4 个 A72 核心。而在销量更高的中低端市场中,则基本是低成本的 A53 的天下,高通骁龙 617/625、联发科 Helio P10 等 SoC 的 CPU 部分均采用了 A53 架构。

发热让手机 CPU 无法「火力全开」     

从现阶段的性能表现看,低性能、低发热的 A53 架构已经足以让简单的日常操作「不卡」,但如果想保证渲染复杂网页、玩大型游戏、渲染视频这一类的任务流畅,或者让打开 app 的速度更快,还得指望高性能的 A57 或者 A72 架构。

但无论是 A57 还是改进版的 A72,在 CPU「火力全开」、以最高性能运行的情况下,发热量都非常大,超过了手机本身所能承受的最高限度。由于这个原因,采用 A57/A72 架构的 CPU 是无法长时间运行在最高性能模式下的。

在进行打开 app、渲染网页这种只需要在很短暂的时间内需要 CPU 全速运转的任务时,由于完成任务后,CPU 会迅速从高发热的「满血」状态恢复到低发热、可以持续运行的「常规」状态,因此 A57/A72 的 CPU 部分产生的高热量往往不是什么问题。其实,正是由于采用 A57/A72 的 CPU 可以在短时间内「火力全开」,才让高配置的旗舰机用起来比中低端手机更快。

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不过在进行需要 CPU 长时间处于高性能状态的任务时,比如长时间玩 3D 游戏或者渲染视频,由于 CPU (以及 GPU)产生的热量过高,为了保证手机不被「烧坏」,系统会强制 CPU(以及 GPU)降频甚至部分关闭,导致性能大幅度下滑,手机变卡。比如在玩 NBA 2K 这种大型游戏时,即使是使用旗舰手机(特别是安卓旗舰),手机也常常会「越玩越热、越热越卡」,就是这个原因。

那么有没有一种 CPU 架构,在以最高的性能模式下运行时,发热依然在手机散热承受的范围内同时还能兼具 A57/A72 的高性能呢?这就是 ARM 的新一代 Cortex-A73 CPU 架构的设计目标。

A73 架构:最高性能也不热

Cortex A73 是 ARM 刚刚在 Computex 2016 台北国际电脑展上发布的,我们先来看看它的部分参数。

和 A53/A57/A72 一样,A73 依然采用了 64 位的 ARMv8 架构,最高主频 2.8GHz,支持 big.LITTLE 大小核设计,可以使用 10 纳米、14/16 纳米甚至「古老」的 28 纳米工艺。

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在 10 纳米制程工艺下,相比 16 纳米制程的 A72,A73 在性能提高 30% 的同时,功耗降低了 30%。而在同样使用 16 纳米制程的情况下,A73 的综合性能表现比 A72 提高了 10%,SIMD 多媒体处理性能提高 10%,内存性能提高 15%。

不过 A73 最大的惊喜不是绝对性能的提升,而是在最高性能状态下的发热表现。

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我们在上面提过,无论是 A57 还是 A72 架构,处理器在最高性能模式下的发热都非常巨大,无法长时间稳定运行。而根据 ARM 提供的信息,A73 在最高性能模式(peak performance)下运行时,它的发热和在可长时间稳定运行的持续性能模式(sustained performace)下几乎完全相同。换句话说,采用 A73 架构的 CPU 可以持续在最高性能模式下运行,而不会因为处理器过热而被强制降频——这是之前任何一代的 ARM 处理器都没有的。

不过这里需要说明的是,在一个完整的手机 SoC 包含了 CPU(处理器)、GPU(显卡)、ISP(图像信号处理器)、DSP(数字信号处理器)、内存控制器、通讯基带等众多组件。除了我们上面聊的 CPU 之外,GPU 是另一个发热大户。因此,即使芯片厂商给自家的处理器换上了 A73 架构(或者修改过 A73),也不能完全保证手机在使用中不会出现过热降频的情况。

让千元机拥有旗舰机的性能

除了让 CPU 可以长时间运行在最高性能模式,对购买智能手机用户来说,A73 还有一个可能更加实在的好处——大幅提高中低端 SoC 的性能。

我们知道,CPU 的生产成本和核心面积直接相关。在制程相同的情况下,核心面积越大意味着成本越高。例如,一个 A57 的核心面积大概是一个 A53 的四倍,所以同样是 8 核处理器和 28 纳米制程,「4 个 A53+4 个 A57」的骁龙 810 的核心面积要比「8 个 A53」的骁龙 615 的核心面积大很多,成本自然也要高的多,所以现在的廉价 8 核处理器基本都采用了 A53 架构,除了厂商热衷于宣传的「更省电」之外,最重要的原因还是为了省钱。

不过这种选择很可能随着 A73 架构的应用而发生根本改变。

根据 ARM 和外媒 Android Authoriy 提供的数字,每个 A73 的核心面积不足 0.65 平方毫米,大约相当于两个低功耗的 A53 核心。也就是说,芯片厂商可以在 CPU 核心面积不变的前提下,把 4 个 A53 核心换成 2 个 A73 核心。

我们知道,联发科 Helio P10、骁龙 617 等千元机中广泛采用的 SoC 采用的都是 8 核 A53 设计,而有了 A73 之后,就可以在核心面积不变的情况下,把 CPU 变成「2 核 A73 + 4 核 A53」这样的 6 核设计。

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根据 ARM 提供的数据,在换用这种 6 核心设计后,相比 8 核 A53,CPU 的单核性能可以提高高达 90%,多核性能也可以提升 30%。由于目前大多数 app 对多核的利用率并不算高,理论上来说,两个 A73「大核」的表现并不会比现在顶级 SoC 使用的 4 个 A57/A72「大核」差上多少,而且这还是在功耗和发热更低的情况下实现的。

也就是说,有了 A73 架构,在成本没有多少变化的情况下,是完全可以让千元机上使用的 SoC 拥有旗舰机的 CPU 性能的,然而……

「真·千元旗舰」就要来了? 

CPU 媲美旗舰机并不代表 SoC 的整体性能也可以媲美,芯片厂商依然可以通过工艺制程、主频、GPU 性能的区别,来拉开不同档次之间 SoC 的差距。但可以确定的是,随着 A73 架构的普及,SoC 之间的差距将明显缩小,未来因为「速度快」而选择购买高配手机的必要性将进一步减小。

其实在对外展示 Cortex A73 架构之前,ARM 已经在和芯片厂商合作开发相关的产品。也就是说,当你正在阅读这篇文章的时候,包括华为、Marvel、联发科在内的芯片厂商已经在马不停蹄地开发基于 A73 架构的 SoC。

不出意外的话,我们在今年年底就会看到基于 A73 架构的 SoC 了,至于相关的手机产品,我们应该还需要等到明年。而到了那时候,「千元旗舰」可能就不再是一个宣传词汇,想想还有点小激动呢。


本文部分内容参考了 Android Authority

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