只談核數沒(méi)意義 帶你重新認識手機SoC

　　你的手機是幾核的?在比較兩款手機區別時(shí)，這是我們最常問(wèn)的一個(gè)問(wèn)題。CPU核心數量的多寡的確是衡量手機性能的重要指標，但卻不是最準確的指標。

　　以市面上最常見(jiàn)的高通驍龍處理器為例，在整個(gè)“處理器”中，CPU部分只占芯片面積的15%，其他85%則被圖像處理器(GPU)、數字信號處理器(DSP)、調制解調器(Modem)、導航定位、多媒體等等芯片或者模塊占據。

　　事實(shí)上，比起“處理器”，我們把這種芯片稱(chēng)為“SoC(System?on?Chip，片上系統)”更加合適。SoC是一個(gè)微小的系統，如果把中央處理器(CPU)比作大腦，那么SoC就是包括大腦、心臟、眼睛和手的整個(gè)人體。

　　CPU：手機的大腦

　　如果把SoC比作人體，CPU就是整個(gè)SoC的大腦。CPU的正式稱(chēng)謂是“中央處理器”，你開(kāi)口問(wèn)朋友“你的手機是幾核的?”指的就是這個(gè)部分。CPU是一塊超大規模的集成電路，也是手機的運算核心和控制核心，它占的面積比例不大，卻承擔了最重要的功能。

　　工作時(shí)，CPU主要承擔手機通用任務(wù)處理和控制、仲裁工作。操作A和操作B相加等于多少?程序C有一段指令要執行，需要幾個(gè)周期?執行完畢后接下來(lái)該干嗎?這些事兒CPU一秒鐘要“思考”萬(wàn)億次，確保你的手機始終“智能”。

　　核心數量的多寡在一定程度上可以體現性能，但事情沒(méi)有這么絕對，除了核心數量，單個(gè)核心本身的“質(zhì)量”也非常重要，這就牽涉到另外的概念：架構、緩存、頻率。

　　一般而言，現今你能買(mǎi)到的智能手機CPU，都使用ARM公司開(kāi)發(fā)的同一個(gè)指令集——ARMv7-A，你可以理解為不同CPU都講同一種語(yǔ)言(普通?話(huà))。但在相同指令集下，ARM卻提供多種不同架構供廠(chǎng)商選擇(大家都講普通話(huà)，也分為小學(xué)生、中學(xué)生、大學(xué)生)，例如常見(jiàn)的Cortex-A7、?Cortex-A9、Cortex-A15..。.像高通這種實(shí)力比較強大的廠(chǎng)商，還會(huì )開(kāi)發(fā)自己獨有的架構，例如驍龍800/600/400系列處理器使?用的“Krait”。

　　對了，衡量手機CPU還有另一個(gè)重要指標——能耗。手機電池容量有限，省電是每個(gè)手機CPU的必修課，許多公司在這方面都有自己的絕活。例如，在驍?龍處理器中，高通自行開(kāi)發(fā)的aSMP架構允許單獨控制每個(gè)處理器核心的電壓和頻率，當任務(wù)比較簡(jiǎn)單時(shí)處理器還會(huì )智能的進(jìn)入休眠狀態(tài)，最終體現出來(lái)的效果是?又快又省電。

　　GPU：速度超快的畫(huà)師

　　你平時(shí)都玩哪些手機游戲?是偏智力型的《紀念碑谷》、刺激的《塔防》還是的畫(huà)面逼真的《真實(shí)賽車(chē)》?實(shí)際上，不管是2D還是3D游戲，它們多多少少?都跟手機的GPU離不開(kāi)干系。哪個(gè)部件在手機SoC里霸占的面積最大?告訴你吧，也是GPU(Graphic?Processing?Unit，圖像處理單元)，GPU負責手機上絕大多數圖形的渲染，你平常玩兒的那些手機游戲，大部分都靠它來(lái)處理，你可以把它想象成一名速度超快的畫(huà)圖?師。

　　最開(kāi)始，手機的GPU還是一個(gè)很簡(jiǎn)單、很無(wú)關(guān)緊要的組件。像蘋(píng)果的第一代iPhone，諾基亞一些采用Symbian系統的智能手機，它們的?GPU，無(wú)論功能還是性能都相當“可憐”。但隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，GPU在SoC中的地位迅速膨脹，其體積甚至超過(guò)了CPU，霸占了一大塊地盤(pán)。

　　為什么GPU會(huì )變得越來(lái)越重要?看看你手機上越來(lái)越大的屏幕就知道了——分辨率從最早的VGA(640×480)一路進(jìn)化到了現在的?1080p(1920×1080)，甚至是2K(2560×1440)，GPU需要渲染的圖形像素多了好幾十倍，功能和性能自然也是水漲船高。

　　GPU特別適合處理大規模并行的數據，因為圖形計算本身就是一種大規模并行處理?，F在安卓系統中許多圖形之外的任務(wù)都交給了GPU，例如網(wǎng)頁(yè)渲染，你覺(jué)得用起來(lái)速度特別快的那些瀏覽器，它們渲染網(wǎng)頁(yè)十有八九就用到了GPU。

　　在未來(lái)，隨著(zhù)擴增現實(shí)等虛擬視覺(jué)技術(shù)的大行其道，GPU會(huì )承擔更多通用處理的任務(wù)，它跟CPU之間的關(guān)系也會(huì )越發(fā)微妙，用一句形象點(diǎn)的話(huà)來(lái)說(shuō)就?是：CPU做管理，GPU當苦力。?我們預計，GPU在整個(gè)SoC里的地位還會(huì )看漲，是一支優(yōu)秀的潛力股。諸位下一次夠買(mǎi)手機的時(shí)候，千萬(wàn)記得關(guān)注下它的GPU哦。

　　DSP：處理數據的專(zhuān)家

　　為什么有些手機攝像頭用起來(lái)反應遲鈍，有些手機的攝像頭卻快如閃電?除了軟件優(yōu)化的功力，手機攝像頭背后還站著(zhù)一名功臣——DSP。

　　DSP是另一個(gè)關(guān)鍵的處理組件，它的性質(zhì)與GPU有些類(lèi)似：專(zhuān)門(mén)處理那些超大規模、并行的數據，最典型的兩個(gè)例子就是：手機攝像頭所拍攝的圖像，以及手機播放器里五花八門(mén)的音效。

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　　可不要小看了這兩個(gè)看似簡(jiǎn)單的任務(wù)，現在手機搭載的攝像頭像素都高得嚇人，連拍速度動(dòng)則10fps、20fps，如果沒(méi)有DSP，短時(shí)間內大量的圖像數據足以把一個(gè)四核CPU塞滿(mǎn)，讓你的手機完全干不了其它事情。

　　根據公開(kāi)的數據，目前市面上性能最強的手機DSP來(lái)自高通即將發(fā)布的驍龍810處理器，它搭載的Hexagon?DSP擁有14位雙圖像信號處理器，像素吞吐量高達1.2GPixels/s——每秒鐘12億像素!通過(guò)這個(gè)數字，你可以感受一下流經(jīng)DSP的數據量有多恐怖。

　　基帶/射頻前端：手機的耳朵和嘴巴

　　進(jìn)入3G/4G時(shí)代之后，只要連上移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，似乎任何一臺手機都能毫無(wú)壓力下載大量圖片、觀(guān)看高清視頻，但在2G時(shí)代，事情可沒(méi)這么簡(jiǎn)單。你能這么?輕松的刷微博、刷朋友圈、在線(xiàn)購物.。.完全是手機基帶芯片和射頻前端進(jìn)化的功勞。如果把手機比作人體，集成手機SoC里面的基帶芯片，加上外置的射頻前?端，就是人的耳朵和嘴巴，它們負責手機與外界的通訊。

　　基帶芯片又稱(chēng)Baseband，它最主要的功能就是調制收發(fā)信號。具體地說(shuō)，在你給人打電話(huà)時(shí)，基帶芯片把你的聲音信號編譯成用來(lái)發(fā)射的基帶碼，傳?輸給基站;而在其他人向你打電話(huà)時(shí)，基帶芯片把收到的基帶碼解譯為音頻信號，然后通過(guò)揚聲器發(fā)出來(lái)。到了3G/4G時(shí)代，基帶芯片還要負責大量網(wǎng)頁(yè)、圖像?和視頻信息的編譯——對于基帶芯片來(lái)說(shuō)，這些東西最終都會(huì )變成信號。

　　與基帶芯片搭配工作的模塊叫做射頻前端(RF)，它負責信號的數字/模擬轉換工作，同時(shí)還要負責信號的放大?；鶐酒蜕漕l前端一起工作，共同決定了手機的通訊制式。你的手機是3G還是4G?能兼容聯(lián)通、移動(dòng)還是電信的網(wǎng)絡(luò )?這些都是由基帶芯片+射頻前端說(shuō)了算的。

　　除了支持眾多通訊制式，優(yōu)秀的基帶芯片還必須能具備把不同頻段“揉合”到一起的能力，因為不同運營(yíng)商的頻譜資源實(shí)在太分散了。例如，中國移動(dòng)的4G?網(wǎng)絡(luò )總共擁有130MHz的頻譜資源，頻段卻分散成了三個(gè)，分別是：1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz。在?手機工作的時(shí)候，通訊模塊得把這三個(gè)不同的頻段整合到一起，模擬成“一個(gè)頻段”進(jìn)行通訊，這樣才能保證最快速度，我們把這種功能稱(chēng)為“載波聚合”。打個(gè)形?象的比方，載波聚合技術(shù)相當于一個(gè)閥門(mén)，把很多根分散的小水管湊到一起，最終形成一股充沛的大水流。

　　另外，新一代手機還流行一個(gè)趨勢：把一切與信號相關(guān)的部分都交給基帶芯片來(lái)管理。例如GPU信號、WiFi信號、藍牙信號.。.在以前，手機每添加這樣一個(gè)連接功能，就需要多裝一塊芯片?，F在它們都交給基帶來(lái)管，就能節約不少成本，耗電也會(huì )大大降低。

　　由于功能超多，復雜度超高，基帶芯片也被稱(chēng)為“手機上設計最艱難的地帶”。高通公司的王牌組合——Gobi基帶芯片?+?RF360射頻前端就是業(yè)界標桿，它功能多得像超人：最頂配的Gobi可以支持GSM/WCDMA/CDMA/TDD-LTE/FDD-LTE等從2G到?4G的全部網(wǎng)絡(luò )制式;兼容全球運營(yíng)商多達數十個(gè)不同的頻段;能通過(guò)載波聚合技術(shù)把分散的頻段整合到一起工作;還能收發(fā)WiFi/藍牙/GPS/FM收音機?等種類(lèi)繁多的信號;為了省電，每一個(gè)模塊都是可以單獨開(kāi)關(guān)的..。.同時(shí)，最不可思議的是，功能如此強大的基帶芯片，居然也能用硅半導體工藝制造，作為一?個(gè)模塊集成到SoC內部!這其實(shí)也是高通公司在業(yè)內的一大技術(shù)優(yōu)勢。

　　多媒體引擎：口袋里的影院

　　兩三年前，要播放1080p的藍光影片，你還的專(zhuān)門(mén)花錢(qián)去買(mǎi)上一臺藍光播放器?，F在，你只需掏出手機輕點(diǎn)屏幕，就能播放高畫(huà)質(zhì)的1080p視頻，是不是很神奇?

　　這很正常，因為你的手機SoC里，有一顆強大的多媒體引擎，它已經(jīng)把視頻編解碼的活兒都包辦了。

　　能流暢解碼1080p分辨率的H.264視頻已經(jīng)是新一代手機SoC的標準配置，你無(wú)根本需擔心背后的碼率、分辨率問(wèn)題，這些都是多媒體引擎的功勞。

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　　新一代手機SoC集成了專(zhuān)門(mén)支持傳感器運作的模塊，例如三星就把Galaxy?S5上的類(lèi)似模塊稱(chēng)為“傳感器中心(Sensor?Hub)”。在你感嘆Moto?X手機語(yǔ)音喚醒的神奇時(shí)，不要忘記，在你的手機SoC里有這么一個(gè)傳感器中心，在背后默默支撐。

　　電源管理：節能總管

　　處理器要省電，科學(xué)的電源管理當然少不了。這里的電源管理可不是Google?Play上下載的那些免費軟件，而是實(shí)實(shí)在在的硬件電路，它集成在芯片里，是SoC的一部分。

　　以高通驍龍處理器為例，在SoC工作時(shí)，電源管理電路管控著(zhù)各個(gè)CPU核心，它能夠根據任務(wù)負載動(dòng)態(tài)的調整每個(gè)CPU核心的頻率和電壓，最大程度節?約電力。同時(shí)，驍龍的電源管理電力還支持Qualcomm?Quick?Charge這種快速充電技術(shù)，它能把充電時(shí)間縮短最多75%。

　　結語(yǔ)

　　過(guò)去，在談及手機處理器性能時(shí)，我們總是過(guò)于強調CPU本身，而忽略了其它組件，這顯然是不合理的。實(shí)際上，我們應該用更科學(xué)的眼光來(lái)看待手機“處?理器”——它是一顆SoC，是一個(gè)包含大量不同組件相互合作的一個(gè)系統。手機不同于電腦，它不僅是一個(gè)運算工具，還是你的電話(huà)、隨身聽(tīng)、相機、游戲機。在?手機SoC中，除了CPU，還有二三十個(gè)不同的組件在為你工作，它們都是你應該關(guān)注的重要伙伴。

　　以驍龍805/驍龍810為代表的新一代SoC，內置的多媒體引擎甚至開(kāi)始支持下一代H.265(HEVC)硬件解碼功能，它們足夠以最高60Hz的幀率解碼4K分辨率的視頻，如此強悍的參數不禁讓人感嘆：手機屏幕能跟得上嗎?

　　傳感器中心：時(shí)刻待機的綠色管家

　　還記得蘋(píng)果在iPhone?5s發(fā)布會(huì )上大肆宣傳的那塊“M7協(xié)處理器”嗎?在主處理器(CPU)保持休眠的情況下，它能替代執行一些低數據量、長(cháng)時(shí)間運行的任務(wù)，從而大大降低整個(gè)SoC的功耗。

　　在Moto?X發(fā)布時(shí)，摩托羅拉演示了一個(gè)神奇的功能：手機保持休眠，你說(shuō)一句話(huà)，就能在瞬間把它喚醒?，F在，諸多手機都已經(jīng)具備了這樣的功能。

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