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原标题:放弃ARM公版!骁龙820为啥用自主架构

浏览次数:132 时间:2020-04-29

过去一年里坊间把高通810的发热问题炒了个热火朝天,暂且不论发热门所指的问题是真是假,各路媒体报道的负面消息,反复的澄清辟谣再打脸,也足够高通的PR部门忙的了。近日高通820 SoC芯片的消息再度吸引各大媒体关注。大家惊讶地发现,820又回到了810之前的自主设计路线上,不再像高通810那样使用公版ARM核心。

日前,业内期待的中国华为海思麒麟950手机芯片终于发布,由于具备多项所谓自主创新技术而在业内受到了广泛好评,甚至有媒体用逆天二字作为文章的标题来形容麒麟950的性能已经超越当下,甚至是未来主流移动芯片厂商相应的产品,例如三星Exynos7420、高通骁龙810,事实真的如表面看起来这般简单吗?

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众所周知,芯片产业,尽管影响其效能的因素很多,但简单来说起决定作用的就是架构和制程的创新。这点已经在传统PC芯片产业的竞争中得到了证明,最典型的表现就是此产业中英特尔与AMD的博弈。同样是基于x86架构,由于英特尔在架构上的创新要远超AMD,并辅以制程的领先,最终让AMD在PC芯片的竞争中败下阵来,只能以所谓的性价比作为PC芯片产业中的一种象征性的存在。如今这种竞争模式正在移动芯片产业中呈现重演之势。

重自主CPU核心,有什么好处?

财神彩票,移动芯片的同质化

这个问题暂且按下不表,让我们先来看一条经典的演进路线:苹果的A系列SoC里面的CPU核心。

与PC芯片产业中英特尔和AMD类似,在移动芯片产业中,几乎所有主流芯片厂商都是基于ARM架构,即无论是MTK、三星、华为,还是高通,都采用了ARM官方的标准微架构Cortex-A,也就是所谓ARM的公版设计。尽管ARM的公版设计经过了ARM相关的测试,对于移动终端厂商可以做到时间与成本的节约,加速产品的上市时间,但其带来的负面影响也显而易见,就是芯片的同质化,并最终反映到智能手机的体验上。

苹果于2006年发布的第一代iPhone中所使用的SoC是三星的S5L8900,SoC中内建的CPU核心是ARM11。2010年发布的iPhone 4时,A系列SoC的开山之作Apple A4也同时面世,其内建的CPU核心是使用自ARM的Cortex-A8,iPhone 4S时搭载的Apple A5 SoC里换成了ARM Cortex-A9 CPU核心。一路的ARM公版。

高通为何痛失三星Galaxy S6旗舰机芯片订单?

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值得一提的是,随着市场、用户和应用对于智能手机性能和体验要求的不断提升,ARM架构也面临着性能与功耗的平衡,这也是为何在进入64位移动芯片时代,ARM在公版设计中引入big.little架构的原因。以目前流行的ARMCortex-A53和Cortex-A57为例,使用同样的20nm半导体工艺打造,都运行在1.5GHz,单个A53核心TDP约300mW左右,而工作单个A57核心TDP高达3W,两者之间功耗相差近10倍。从实用角度而言,功耗如此之大的Cortex-A57其实并不适合搭载在手机上,但Cortex-A53对于高端手机而言性能又不足。ARM给出的解决手段是A53和A57混着用,组成所谓的big.little大小核结构,简单任务时A57核心休眠只启用A53核心,复杂任务时A53、A57一起上,不幸的是,A53和A57的指令吞吐和缓存是互相独立的,如果某个应用需要在A53和A57之间切换运行,A53和A57核心之间切换延迟最多可达毫秒级,别看是毫秒级,反映智能手机上最直接的体现要么就是应用的卡顿,要么就是功耗过高,惟一折中的方法就是利用制程来缓解。这也是为何同是使用ARM公版设计,采用14纳米FinFET制程的三星Exynos7420整体表现优于同样使用ARM公版设计,但采用20纳米制程高通810的主要原因,而高通810备受诟病的所谓发热背后则是ARM公版设计和制程落后两方面因素叠加的结果,反映到市场竞争中,则是高通痛失三星GalaxyS6旗舰机芯片订单。

但有趣的是,笔者犹记得当年iPhone 4S发布时以800MHz的CPU主频在浏览器性能评测上完全碾压了同为双核Cortex-A9但主频达到1.2G的三星Galaxy S2,当时的舆论将这样戏剧化的领先优势归结于iOS上出色的软硬件结合优化和Android软件优化上的孱弱。但是显然Android阵营如此众多的巨头公司也不是吃素的,ARM的Cortex-A系列处理器内核的授权并非某一家独占,而是出得起钱都能买,买回来以后自己做处理器核以外的外围修改和后端设计,这样一来有希望拉开差距的地方就比较少了。

苹果的成功和高通的教训

指望iOS强势的上层优化能够一直保持住优势显然是不明智的,从Apple A6 SoC开始,Apple开始自研CPU核心,于是在各大媒体的评测中这种奇妙的现象仍然在持续:

与三星和高通相比,目前在业内被称为最好手机芯片设计公司之一,同样采用ARM架构的苹果则没有出现过类似的问题,相反,其新近发布的iPhone6s和iPhone6sPlus上使用的A9芯片性能据称已经达到PC级芯片的性能水平,而这主要归功于苹果自主芯片架构的创新。实际上早在iPhone4时,苹果就已经开始使用自主架构的芯片,并从iPhone5开始进一步将架构替换为自主的Swift,这种采用架构自主创新的结果就是,尽管苹果iPhone的芯片主频落后同时期其他Android阵营旗舰几乎一半,但是性能不输,甚至超越,直至今天的A9大幅领先对手。更为重要的是,拥有芯片架构自主创新能力,意味着苹果能够以最大的自由度去优化任意一个应用程序的性能或者功耗表现。

苹果的CPU核心主频通常大幅度落后同时期其他安卓阵营的旗舰,但是性能和续航却反而能够咬住甚至领先。自主CPU核心的价值不言而喻。

如果说苹果是采用自主芯片架构在智能手机竞争中受益的典型代表,那么上述高通810的悲剧则是反面的代表。原因很简单,810之前,高通一直采用自家芯片架构,并以此在手机芯片的竞争中形成与对手差异化的优势并大幅领先对手,只是到了64位时代,高通因为准备不足,为了参与竞争盲目放弃了自家芯片架构的设计,并首次讨巧般地直接采用了ARM的公版设计,结果就是功耗过高,贻误了市场机会,至少对高通造成了不利影响。

对于高通这样有实力的厂商,避开ARM公版,采用自主设计是明智的决定,特别是在810深陷发热门的负面报道漩涡之后,下一代产品是需要在技术指标上拿出过硬表现的,选择自主设计CPU核心能够更好地达成目标。

下一代手机芯片核心竞争力是什么?

为什么高通一度放弃自主核心采用公版?

正是由于苹果因自主架构创新在手机芯片成功的示范作用及高通810放弃自主架构创新而遭遇的挫折,主流芯片厂商都将自主架构创新作为下一代手机芯片核心竞争力的关键。例如三星下一代的ExynosM1将首次采用其自主架构猫鼬,高通骁龙820采用自有架构kryo,而从曝光的相关测试数据看,因为采用自主架构创新,上述芯片的性能表现在得到大幅提升的同时,功耗则明显降低,同时提升了智能手机其他方面创新的空间。

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