平板电脑处理器CPU对比分析.pdf

平板电脑处理器平板电脑处理器 CPU 对比分析对比分析 平板电脑的时代已经来临 让我看看有哪些 CPU 以及他们的性能特点有什么不同 在智能系统的性能需求的不断加剧下 芯片的发展已经不能整体而论了 嵌入式系统的具体构成 在嵌入式设备中划分地愈加清晰 甚至于同一台传统意义上的 PC 一样将图形处理核心和中央处 理核心区分了开来 同时也对中央处理核心的性能提出了更高的要求 目前市面上最为流行的三个核心方案莫过于 ARM 公司的 Cortex A 系列的 A8 A9 以及双核 A9三种核心了 包括了苹果的A4 A5芯片 三星的蜂鸟 Nvida的Tegra2 瑞芯微的RK2918 Amlogic8726 NEC 瑞萨 EV2 boxchip A10 vimicro vc882 TI omap4430 omap4460 等著名芯片方案都无一例外地采用了这几款核心方案 今天我们就通过解析和实例 深入浅出地 带大家一同来看看这三款核心的实际性能 cpu Cortex 核心硬件浅析核心硬件浅析 Cortex A 系列处理器其实同出于一家嵌入式生产商 ARM 公司 这家过去一直专注于单片机方 案和基本嵌入式方案的厂商从移动智能平台中看到了契机 及时推出了自己的高性能嵌入式核心 一举成为了和英特尔在传统 PC 地位相同的移动平台的处理器巨头 而作为 ARMv7 架构的代表 Cortex A8 A9 自然成为了其 A 系列处理器中最具代表性 同时 也是应用最广的两款核心 同时也是我们今天核心解构的重点所在 Cortex A8 主要特点 主要特点 首次将移动芯片处理频率提升到 1GH 以上 地电耗技术的加入 整体 采用单核处理解决方案 Cortex A8 核心结构 作为第一款基于 ARMv7 架构的处理器 为了得到性能上的实际提升 A8 处理器采用了 Thumb 1 技术 更加合理地分配功耗和性能 同时采用了 NEONTM 信号处理扩展集对 H 264 和 MP3 这样的多媒体解码提供了硬件加速 同时支持了 Jazelle RCT Java 等多种代码加速 对进程调用和代码的编译过程进行了优化 以大幅减少所占用的内存空间 并加入了版权保护和 IEM 低功耗管理功能 性能特点 性能特点 频率从 600MHz 到 1GHz 及以上 高性能 超标量微体系结构 用于多媒体和 SIMD 处理的 NEON 技术 与 ARM926 ARM1136 和 ARM1176 处理器的二进制兼容性 Cortex A9 单核主要特点 单核主要特点 采用了全新的可伸缩设计模式 可充分应用于多核处理方案 降低 单核主频 运算能力大幅提升 功耗降低更多 Cortex A9 核心结构 Cortex A9 处理器提供了相较 A8 更加强大的高性能和高能效 从而使其成为需要在低功耗 成本敏感 基于单核处理器的设备中提供高性能的所有设计的理想解决方案 使用便利的可合成 流和 IP 成品 Cortex A9 处理器可为基于 ARM11 处理器的现有设计提供理想的升级途径 这类设计需要在相似的硅成本和电源预算基础上提供更高的性能和更高级别的能效 同时使软件 环境保持兼容 性能特点 性能特点 无与伦比的性能 2GHz 标准操作可提供 TSMC 40G 硬宏实现 以低功耗为目标的单核实现 面向成本敏感型设备 利用高级 MPCore 技术 最多可扩展为 4 个一致的内核 可选 NEON 媒体和 或浮点处理引擎 Cortex A9 MPCore 多核处理器 目前为双核 主要特点 多核处理器 目前为双核 主要特点 采用 ARM 自身的 MPCore 多核 技术 增强自身功能 简化多核方案 提供可拓展的高性能 进一步降低处理器能耗 A9 多核结构 A9 多核运行结构 Cortex A9 MPCore 多核处理器集成了经验证非常成功的 ARM MPCore 技术以及更多增强 功能 以此简化了多核解决方案 并使其应用范围得到扩展 Cortex A9 MPCore 处理器可提 供史无前例的可扩展的最高性能 同时还支持灵活设计和新功能 从而进一步降低和控制处理器 和系统级的能耗 借助 Cortex A9 MPCore 处理器的定向实现 并通过性能伸缩实现最高性 能的提升 性能特点 性能特点 通过提高性能 降低功耗来提高能效 提高最高性能 满足要求更高的应用需求 能够在多个设备之间共享软件和工具投资 从上述的特点来看 A8 核心的主要优势在于较高的核心频率设计 在进程处理上更快 而 A9 单核的主要特点是核心的伸缩性设计为核心带来了更加出色的拓展性和更高的性能表现 核心在 运算能力上有更加出色的表现 而双核 A9 则是 A9 核心多核方案的一个初步实践 拓展性能强 架构体系完整 第一轮第一轮 PK 性能参数比拼性能参数比拼 从我们对这三个核心的硬件功能特点和结构的简单分析中我们可以看出 Cortex A8 的设计思 路总的来说相对停留在攻主频以强大的进程处理和运行能力提升核心的运行性能 而 Cortex A9 则改换了设计思路 将系统的标称主频降低 采用新技术改善了核心的伸缩性 提 供更高的实际性能 降低系统功耗 而双核 A9 则是 A9 核心多核化的一个初步实践 A8 核心性能参数 A8 核心规格 从官方的功能介绍和规格表中我们可以看到 A8 A9 两款处理器都采用了 Thumb 2 Jazelle RCT 等技术以降低系统功能 同时采用了新的进程调用机制以节约内存空间 但可多 路共享缓存的 A9 显然对这几项技术的应用更加深入 优势也更为明显 A9 核心规格 A9 单双核性能对比 从单核规格来看 之前所提到的计算能力的提升所言非虚 从峰值的 DMIPS 来看 单核 A9 的 运算能力达到了 2 5DMIPS MHz 而 A8 单核的运算能力仅有 2 0 要说明一下的是 这里的 DMIPS 就是我们熟悉的每秒百万条指令在 Dhrystone 测试方法下的执行情况 而数值就是所 执行的具体指令条数 那么显而易见 单核 A9 的运算能力约为 A8 的 1 25 倍 而从双核 A9 性能伸缩的优化表现爱你来看的话 运算能力能达到 A8 的将近 5 倍左右 在参数比拼中 A9 双核和 A9 单核显然是占了不小的优势 第二轮第二轮 PK 综合性能测试软件跑分综合性能测试软件跑分 从这一轮起我们就正式进入实际跑分测试 本次我们的测试是针对 cpu 核心进行 所以我们选 择采用了综合性能较为相近的瑞芯微 RK2918 Amlogic8726 以及性能略高的瑞萨 EV2 三款 芯片的平板机型 分别搭载了 Cortex A8 单核 A9 以及低电压双核 A9 三款处理核心 这一轮 我们通过一些综合性能测试软件中的 CPU 测试项目对这三款核心进行了初步性能测试 Quadrant 高级版测试 这一轮测试的项目涉及到基本的单精度浮点运算 双精度浮点运算 整形运算 XML 代码布局 等几个方面 总体还是比较客观的 使用的软件分别是综合测试中评价最高的 Quadrant 高级 版 目前颇受欢迎的 DeviceMark 以及最为具体的 Benchmark 测分软件 Quadrant 高级版测试结果对比 在 Quadrant 高级版的测试结果中 我们可以看到 A9 双核的评分优势还是十分明显的 697 分的得分高出了 A8 核心 30 多分 而 A9 单核则是以 626 分屈居在最后 从测试的项目来看 Quadrant 的测试项目主要集中在浮点型 整型 单精度和双精度数的运算以及 xml 代码布局 等方面 侧重于计算 所以我们也看到了 A9 双核在这运算方面的表现的确是非常不错 性能还 是很强的 DeviceMark 综合测试 DeviceMark 测试结果对比 在 DeviceMark 测试中 测试项目虽然大致相同 但是这款软件对 A9 单核的伸缩性能挖掘明 显更好 所以在这一次的测试中 A9 单核的成绩成为了最高的 805 分 而 A9 双核则是分数略 低 而 A8 核心则相较他们两者分数总体低处不少 由此可见 A9 的性能伸缩性以及在运算中 的优势还是十分明显的 BenchMark 测试结果 BenchMark 测试结果对比 最后一项综合测试 我们采用了 BenchMark 进行 相对于前两者来说 这款软件的测试项目还 是比较全面的 所以在测试中 我们也可以看到 A8 处理器的高频率在百万指令处理以及 DP 模 式下的浮点运算中都搬回了一两局 但是综合来看 这一轮的跑分中 A9 单核的综合性能表现 还是较为突出的 核心的运算能力被挖掘的十分彻底 而这款瑞萨的 A9 双核的性能则在各方面 都更为平衡 第三轮第三轮 PK CPU 专项软件测试专项软件测试 通过综合测试我们可以看到 和性能参数标称的结果大致相同 这三款核心在综合的 CPU 测试 中 同他们的性能标称所指是的优势的缺陷都是相符合 但是不知道是双核的设计还是软件对双 核的优化还不够完善 瑞萨的 EV2 双核 A9 在很多项测试中的实际性能尚未完整地发挥出来 下面我们就通过两款专项的性能测试软件对三款核心在进行进一步的测试 Linpack 测试对比 Linpack 测试结果对比 首先我们使用的软件是著名的百万浮点运算原件 Linpack for Android 他通过执行一次百万浮 点指令对 CPU 的运算能力进行测试 结果同样也不出乎我们所料 在百万浮点运算测试中 结 果显示分数最高的依旧 A9 单核的 21 分而双核 A9 则是 18 分左右 A8 的运算能力则是稍显逊 色在 10 分左右 Nbench 测试对比 最后我们通过基于 C 语言的专业 CPU 测试软件 Nbench 对核心的证书 浮点以及内存三项性能 进行了测试 从测试结果来看抛开内存不谈 通过这次较为纯粹的核心测试 A9 双核在整型上 的运算优势凸显了出来 而 A8 单核的整形运算能力一般 A9 单核则稍显无力 浮点运算的总 体结果和之前的测试也大致相同 Nbench 测试结果对比 从全部的测试结果来看 A8 的高频率使它在一些指令处理上的优势较为明显 但是运算能力则 查了一些 而对于 A9 来说 在运算上 他的表现应该说是异常强大 性能高出了 A8 核心约 50 但在指令处理上则是稍显逊色 而没有经过过多优化 A9 双核的各方面表现都较为均衡 阿弥有 明显的瘸腿 第四轮第四轮 PK 多进程并行压力测试多进程并行压力测试 最后一轮的测试我们决定回归到正途 通过实践来判断这三款核心的真正运行实效 因为是 CPU 测试 所以我们不能单纯地运行游戏或是视频观看 必须给 CPU 造成一定的处理压力 所以我 们在每台平板上都运行了一部分后台程序 虽然 Android 的后台处理可以自动挥手内存 以及 调整运行频率 但相信众多程序的状态保持还是会对写 cpu 造成一定压力的 后台多进程开启并行 测试中我们分别开启了 wifi 通过网页加载 游戏加载 高清视频加载 等几个基本方面对这三 款核心进行了一个简单的 CPU 性能压力测试 从图示的结果上来看 A9 双核在三项测试的总 体表现都十分突出 在三个项目的加载上都是三个核心中最快的 A8 在网页加载的速度上较快 A9 单核则是胜在视频加载上 两者在游戏加载的速度上则相差不大 网页加载 A8 加载时间 加载时间 24s A9 加载时间 加载时间 26s A9 双核加载时间 双核加载时间 21s 游戏加载 A8 加载时间 加载时间 30s A9 加载时间 加载时间 31s A9 双核加载时间 双核加载时间 29s 1080P AVI 格式视频加载 A8 加载时间 加载时间 16s A9 加载时间 加载时间 13s A9 双核加载时间 双核加载时间 11s 1080P MKV 格式视频加载 A8 加载时间 加载时间 18s A9 加载时间 加载时间 15s A9 双核加载时间 双核加载时间 13s 从实际运行效果来看 拥有较大内核伸缩性的 A9 双核在后台程序运行的时候并没有收到太多的 影响 同时在实际的系统运行速度上优势也十分明显 而 A8 和 A9 单核则是收到的影响较大 但是在各自的优势项目中还是有不错的表现的 厂商 CPU 型号 核心架构 主频 工艺 搭载的 GPU 特点说明 代表机型 TI 德州仪器 OMAP 3430 Cortex A8 600MHZ 65nm PowerVR SGX530 第一款被用于手机 的 A8 MOTO 里程碑 MT810 XT800 OMAP 3440 Cortex A8 720 800 MHz 65 nm PowerVR SGX530 可以看做 3430 的超 频版 摩托罗拉 XT720 三星 M100S OMAP 3410 Cortex A8 600 MHz 65 nm 无 3430 得缩水版 摩托罗拉 ME502 ME511 OMAP 3610 Cortex A8 720 800 MHz 45 nm 无 但 defy 除外 几乎算是戴妃 摩托罗拉 Defy OMAP 3620 Cortex A8 720MHz 1GHz 45 nm PowerVR SGX530今年的中端 摩托罗拉 XT610 Defy OMAP 3630 Cortex A8 1GHz 45 nm PowerVR SGX530去年的主力 酷派 9930 MOTO 里程碑 2 诺基 亚 N9 OMAP 4430 双核 Cortex A9 1GHz 45 nm PowerVR SGX540TI 双核首作 里程碑 3 PlayBook LG P920 OMAP 4440 双核 Cortex A9 1 5GHz 45 nm PowerVR SGX5404430 的升级 暂未面市 OMAP 4460 双核 Cortex A9 1 5GHz 45 nm PowerVR SGX5404430 的升级 KOPAD A15T OMAP 4470 双核 Cortex A9 1 8GHz 45 nm PowerVR SGX5444430 的升级 暂未面市 三星 Samsung S5L8900 ARM 11 412 MHz 90 nm PowerVR MBX Lite 苹果最开始的御用iPhone1 2 代 ITouch1 2 代 S3C6410 ARM 11 533 800 MHz 65 nm 无 三个系统都能见到 它 魅族 M8 三星 i8000 i5700 S5PC100 Cortex A8 600 800MHz 65 nm PowerVR SGX520二级缓存 256KBiPhone 3GS itouch 3 代 S5PC110 Cortex A8 800MHz 1GHz 45 nm PowerVR SGX540二级缓存 512KB三星 i9000 魅族 M9 Apple A4 Cortex A8 800MHz 1GHz 45 nm PowerVR SGX535二级缓存 640KBiPhone 4 iTouch 4 iPad S5PV210 Cortex A8 800MHz 1GHz 45 nm PowerVR SGX535二级缓存 512KB华强北白牌平板 Exynos 4210 双核 Cortex A9 1GHz 45 nm Mali 400 二级缓存 1MB 三星 i9100 Apple A5 双核 Cortex A9 1GHz 45 nm PowerVR SGX543二级缓存 1MB iPad 2 代 高通 Qualcomm MSM7200A ARM 11 528 MHz 90 nm 无 第一批中端安卓 MOTO ME501 HTC G2 Magic 三星 i7500 MSM7201A ARM 11 528 MHz 65 nm Adreno 130 Android 的开山HTC G1 钻石一代 华为 U8150 MSM7225 ARM 11 528 MHz 90nm 65nm无 7201A 的精简版 HTC G8 MOTO XT300 华为 U8160 8180 MSM7227 ARM 11 600 MHz 65 nm Adreno 200 MSM7627 也是此 数据 HTC G13 三星 S5670 中兴 V880 MSM7227T ARM 11 800 MHz 65 nm Adreno 200 超频版 KOPAD A9G MSM7230 Cortex A8 800MHz 1GHz 45 nm Adreno 205 MSM7630 也是此 数据 华为 U8800 HTC Desire Z QSD8250 Cortex A8 1GHz 65 nm Adreno 200 第一代产品 HTC G7 乐 Phone 索爱 X10 QSD8650A Cortex A8 1 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