如果大家關注手機 SoC(即 System on Chip 系統(tǒng)級芯片, 大家俗稱的「處理器」就是 SoC 的一部分)的話,應該對 ARM 和 Cortex 這兩個名字不會感到陌生。在智能手機市場中,除了極少數(shù)來自 Intel 的產品,無論你的手機 SoC 來自的是高通、聯(lián)發(fā)科、三星還是蘋果,CPU 部分采用的幾乎都是從英國 ARM 公司買來的架構。
在過去幾年中,雖然高通、蘋果、三 星等越來越多的廠商紛紛開始使用 ARMv8 指令集來打造自己的高端 CPU 架構,但 ARM 的提供的公版 CPU 架構依舊占據(jù)著手機處理器巨大的份額,特別是在廣大的中低端市場,直接用 ARM 準備好的公版架構要比「折騰」自主架構更加劃得來。
現(xiàn)在廣泛采用的 ARM 公版 CPU 架構主要有 A53、A57、A72 三種,其中 A53 偏重低功耗,性能相對較差,A57 和 A72 則偏重性能,A72 是 A57 的小幅度改良版本。
在定位高端的 SoC 的 CPU 中,為了同時兼顧性能和功耗,常常會把 A57/A72(大核)和 A53(小核)混合在一起使用——也就是通常所說的 big.LITTLE 架構。比如說,高通「烤龍」810 采用了 4 個 A53 和 4 個 A57 核心,晚些時候推出的麒麟 950/955 則采用了 4 個 A53 和 4 個 A72 核心。而在銷量更高的中低端市場中,則基本是低成本的 A53 的天下,高通驍龍 617/625、聯(lián)發(fā)科 Helio P10 等 SoC 的 CPU 部分均采用了 A53 架構。
發(fā)熱讓手機 CPU 無法「火力全開」
從現(xiàn)階段的性能表現(xiàn)看,低性能、低發(fā)熱的 A53 架構已經(jīng)足以讓簡單的日常操作「不卡」,但如果想保證渲染復雜網(wǎng)頁、玩大型游戲、渲染視頻這一類的任務流暢,或者讓打開 app 的速度更快,還得指望高性能的 A57 或者 A72 架構。
但無論是 A57 還是改進版的 A72,在 CPU「火力全開」、以最高性能運行的情況下,發(fā)熱量都非常大,超過了手機本身所能承受的最高限度。由于這個原因,采用 A57/A72 架構的 CPU 是無法長時間運行在最高性能模式下的。
在進行打開 app、渲染網(wǎng)頁這種只需要在很短暫的時間內需要 CPU 全速運轉的任務時,由于完成任務后,CPU 會迅速從高發(fā)熱的「滿血」狀態(tài)恢復到低發(fā)熱、可以持續(xù)運行的「常規(guī)」狀態(tài),因此 A57/A72 的 CPU 部分產生的高熱量往往不是什么問題。其實,正是由于采用 A57/A72 的 CPU 可以在短時間內「火力全開」,才讓高配置的旗艦機用起來比中低端手機更快。
不過在進行需要 CPU 長時間處于高性能狀態(tài)的任務時,比如長時間玩 3D 游戲或者渲染視頻,由于 CPU (以及 GPU)產生的熱量過高,為了保證手機不被「燒壞」,系統(tǒng)會強制 CPU(以及 GPU)降頻甚至部分關閉,導致性能大幅度下滑,手機變卡。比如在玩 NBA 2K 這種大型游戲時,即使是使用旗艦手機(特別是安卓旗艦),手機也常常會「越玩越熱、越熱越卡」,就是這個原因。
那么有沒有一種 CPU 架構,在以最高的性能模式下運行時,發(fā)熱依然在手機散熱承受的范圍內同時還能兼具 A57/A72 的高性能呢?這就是 ARM 的新一代 Cortex-A73 CPU 架構的設計目標。
A73 架構:最高性能也不熱
Cortex A73 是 ARM 剛剛在 Computex 2016 臺北國際電腦展上發(fā)布的,我們先來看看它的部分參數(shù)。
和 A53/A57/A72 一樣,A73 依然采用了 64 位的 ARMv8 架構,最高主頻 2.8GHz,支持 big.LITTLE 大小核設計,可以使用 10 納米、14/16 納米甚至「古老」的 28 納米工藝。
在 10 納米制程工藝下,相比 16 納米制程的 A72,A73 在性能提高 30% 的同時,功耗降低了 30%。而在同樣使用 16 納米制程的情況下,A73 的綜合性能表現(xiàn)比 A72 提高了 10%,SIMD 多媒體處理性能提高 10%,內存性能提高 15%。
不過 A73 最大的驚喜不是絕對性能的提升,而是在最高性能狀態(tài)下的發(fā)熱表現(xiàn)。
我們在上面提過,無論是 A57 還是 A72 架構,處理器在最高性能模式下的發(fā)熱都非常巨大,無法長時間穩(wěn)定運行。而根據(jù) ARM 提供的信息,A73 在最高性能模式(peak performance)下運行時,它的發(fā)熱和在可長時間穩(wěn)定運行的持續(xù)性能模式(sustained performace)下幾乎完全相同。換句話說,采用 A73 架構的 CPU 可以持續(xù)在最高性能模式下運行,而不會因為處理器過熱而被強制降頻——這是之前任何一代的 ARM 處理器都沒有的。
不過這里需要說明的是,在一個完整的手機 SoC 包含了 CPU(處理器)、GPU(顯卡)、ISP(圖像信號處理器)、DSP(數(shù)字信號處理器)、內存控制器、通訊基帶等眾多組件。除了我們上面聊的 CPU 之外,GPU 是另一個發(fā)熱大戶。因此,即使芯片廠商給自家的處理器換上了 A73 架構(或者修改過 A73),也不能完全保證手機在使用中不會出現(xiàn)過熱降頻的情況。
讓千元機擁有旗艦機的性能
除了讓 CPU 可以長時間運行在最高性能模式,對購買智能手機用戶來說,A73 還有一個可能更加實在的好處——大幅提高中低端 SoC 的性能。
我們知道,CPU 的生產成本和核心面積直接相關。在制程相同的情況下,核心面積越大意味著成本越高。例如,一個 A57 的核心面積大概是一個 A53 的四倍,所以同樣是 8 核處理器和 28 納米制程,「4 個 A53+4 個 A57」的驍龍 810 的核心面積要比「8 個 A53」的驍龍 615 的核心面積大很多,成本自然也要高的多,所以現(xiàn)在的廉價 8 核處理器基本都采用了 A53 架構,除了廠商熱衷于宣傳的「更省電」之外,最重要的原因還是為了省錢。
不過這種選擇很可能隨著 A73 架構的應用而發(fā)生根本改變。
根據(jù) ARM 和外媒 Android Authoriy 提供的數(shù)字,每個 A73 的核心面積不足 0.65 平方毫米,大約相當于兩個低功耗的 A53 核心。也就是說,芯片廠商可以在 CPU 核心面積不變的前提下,把 4 個 A53 核心換成 2 個 A73 核心。
我們知道,聯(lián)發(fā)科 Helio P10、驍龍 617 等千元機中廣泛采用的 SoC 采用的都是 8 核 A53 設計,而有了 A73 之后,就可以在核心面積不變的情況下,把 CPU 變成「2 核 A73 + 4 核 A53」這樣的 6 核設計。
根據(jù) ARM 提供的數(shù)據(jù),在換用這種 6 核心設計后,相比 8 核 A53,CPU 的單核性能可以提高高達 90%,多核性能也可以提升 30%。由于目前大多數(shù) app 對多核的利用率并不算高,理論上來說,兩個 A73「大核」的表現(xiàn)并不會比現(xiàn)在頂級 SoC 使用的 4 個 A57/A72「大核」差上多少,而且這還是在功耗和發(fā)熱更低的情況下實現(xiàn)的。
也就是說,有了 A72 架構,在成本沒有多少變化的情況下,是完全可以讓千元機上使用的 SoC 擁有旗艦機的 CPU 性能的,然而……
「真·千元旗艦」就要來了?
CPU 媲美旗艦機并不代表 SoC 的整體性能也可以媲美,芯片廠商依然可以通過工藝制程、主頻、GPU 性能的區(qū)別,來拉開不同檔次之間 SoC 的差距。但可以確定的是,隨著 A73 架構的普及,SoC 之間的差距將明顯縮小,未來因為「速度快」而選擇購買高配手機的必要性將進一步減小。
其實在對外展示 Cortex A73 架構之前,ARM 已經(jīng)在和芯片廠商合作開發(fā)相關的產品。也就是說,當你正在閱讀這篇文章的時候,包括華為、Marvel、聯(lián)發(fā)科在內的芯片廠商已經(jīng)在馬不停蹄地開發(fā)基于 A73 架構的 SoC。
不出意外的話,我們在今年年底就會看到基于 A73 架構的 SoC 了,至于相關的手機產品,我們應該還需要等到明年。而到了那時候,「千元旗艦」可能就不再是一個宣傳詞匯,想想還有點小激動呢。