智能手机CPU及GPU介绍

移动设备的芯片prajnamas发布于2011年08月20日11条评论如果正在读文章的你，曾经有过配机的经历，那么对CPU、显卡、内存和硬盘这些东西一定不会陌生。事实上，移动设备（手机、平板等等）也有CPU、显卡、内存和硬盘”这些东西，架构与电脑差距不大。小小的手机居然放得下这么多东西？事实上，手机虽然架构与电脑完全一样，但形态上却不太一样。手机芯片集成了CPU、显卡和内存等等一系列组件，并且用最新的制程进行加工,其体积非常之小（只相当于成年人的小指指甲盖大小）。下图是iPhone4内部的A4大小:3GLi-ionbatteryFlashmemory*s,eeP-wake3GLi-ionbatteryFlashmemory*s,eeP-wakeLEDflash一AppleA4chipMicroSIMtQ图上的Flash意指闪存，对移动设备而言相当于电脑的“硬盘”。A4+闪存的功能即相当于整个台机之上的CPU、显卡、内存、主板和硬盘集合，小小体积，巨大能量。本文主要想为大家介绍一下移动设备芯片之上的CPU与显卡，细数各家之长，让大家明白Android所用芯片与iPhone/iPad的不同。因为这是一个产业链移动设备明显已经成为产业链。手机的每个部件都会有相应的供应商，音频、视频、屏幕、通信、摄像头、闪存等等。芯片自然也是一样，大名鼎鼎的高通、Nvidia、德州仪器都出售移动设置芯片；而且借此东风，还活得挺好。如果说市面上Android机器所用的芯片着着实实花了你的眼，那么小编可以告诉您一句，其实它们都出自一家厂商。你震惊了吗？这家厂商就是过去不显水不露水的ARM，当然最近借移动设置东风，确实火了一把。与桌面CPU不同的是，移动设备CPU只有一家寡头，那就是ARM。它的营销模式与Intel/AMD不一样的是，Intel/AMD自己生产CPU然后出售；ARM只授权核心技术，得到授权的厂商在进行深加工后自行联系芯片代工厂进行生产。得到ARM授权的厂商有但不仅限于高通、Nvidia、德州仪器、苹果、三星、LG、索尼爱立信。所以，市面上那些乱花渐欲迷人眼的各种芯片，背后都只有一家ARM。ARM在移动设备上获得成功的原因有很多，营销模式是其一，极度省电是其二。它的计算能力或许不及Intel/AMD的CPU那么强悍，但是移动设备更看重的是效能比（同等电量所能支持的运算），这点ARM确实远超Intel/AMD，在次世代能够成功也就是顺理成章了。当然，ARM的成功自然也遭到了Intel的嫉妒。Intel出产了一款叫做Atom的低功耗芯片用以对抗ARM，但“得益”于自身对市场的不熟悉以及控制功耗方面不过关，至今也未能获得成功。CPU—家独大，但显卡却是百家争鸣相比较于ARM在CPU领域一家独大，移动设备显卡却是百家争鸣，目前数得出来的就有PowerVR系列、AMDAdreno系列、NvidiaTegra系列以及ARM新兼并的Mali架构。PowerVR系列是目前移动设备上占有率最大的显卡，掌权者是Imagination公司。使用PowerVR的公司数不胜数，其中就包括苹果（iPhone4/iPad/iPad2以及即将上市的iPhone5）和索尼（Sony的PSVita）。事实上，苹果公司有一部分Imagination的股份Adreno系列显卡昔日属于AMD旗下，但在2008年已经出售给了高诵。高能同时也从ARM处得到了授权，结合两者制作出了自家的芯片MSM8xAxx系列。小编会在第三节详细介绍。而一直在桌面显卡占据半边天的Nvidia,也用从ARM处得到的授权以及自家的显卡技术，制作出了Tegra系列芯片。由于Nvidia在芯片生产上浸淫已久，其所用的制程一直领先于其它芯片厂商；但功耗却显得略高。尽管如此，它还是占领了大量Android平板由于PowerVR的红火，ARM也很嫉妒（高科技公司之间就是嫉来妒去），于是推出了自家的显卡架构：Mali。Mali原先是来自瑞典厂商Logipard的图形解决方案技术，后被ARM收购，现在已经获得三星、LG、索尼爱立信等厂商的青睐，在2010年的授权热门程度可说是ARM阵营第一。芯片厂商的三个类别总体来讲，现今芯片厂商分为三种类别:自身不生产移动设备，单纯出售芯片。典型有高通（HTC大部分芯片都是高通，WindowsPhone7/webOS目前也仅仅支持高通芯片）、德州仪器（黑莓Playbook等）。自身生产移动设备，也出售芯片。典型有索尼爱立信（自家的Nova系列芯片）、三星（魅族M8/M9芯片和iPhone3GS芯片都是由三星提供的）。自身生产移动设备，但不出售芯片。目前只有苹果这样做。如果读者你想要开一家类似小米手机的公司，从头来组装手机硬件的话，你会怎么做?在刚开始创业的时候，你无钱没势，最好的选择就是买高通和德州仪器的成品芯片。这样做不仅初期成本低，也适合于低端机型的定位。（如果有人认为小米手机算是高端机型，小编只能笑而不语）在积累了一段时间资本后，你会选择像三星或索爱一样取得CPU和显卡授权，为自己旗下产品定制芯片；能力之余，也会出售一些芯片。这总体而言，是属于半有钱半有势的状态。当你已经无欲无求了，一心只想为人类谋幸福的时候（大误），就会和苹果一样完完全全为自己旗下产品定制一款芯片。砍掉所有不需要的部分，加大所有强劲需求的部分，真真正正量身打造。大部分公司还没能达到苹果的境界，当然我们要求也不能太高。各家芯片组成事实上，一枚芯片内部不仅仅只有CPU和显卡，但限于篇幅原因，小编只会简单介绍这两样。剩下的还有很多很重要的部件，比如总线、内存控制、DRAM内存等等；A5比其它芯片强悍之处就在于这些细节，不过小编本篇不会写太多。德州仪器：主营本代OMAP4以及下代OMAP5。其架构为ARM+PowerVR，不需要特别高的频率，也能藉由精密的多核分工方式取得更佳的效能。德仪OMAP的设计概念，就是藉由多元的核心分摊Cortex-A主运算核心的负担，多媒体有专属的硬件译码核心，音效有音效的核心，相机控制也有相机的核心，另将底层运算交给Cortex-M核心；虽然这些作法也是各家ARM架构应用处理器发展的方针，不过德仪还融合了独家的DSP数字信号处理器核心，虽然现在多媒体影音多半靠硬件译码核心处理，然而像是一些硬件译码核心无法支持的文件格式，或是最近火红的2D、3D转换，就能使用DSP辅助这些应用，不让主处理器的资源虚耗在这些不擅长的应用。高通：主营本代MSM8Ax60oMSM8X60的核心是基于ARM架构的变形，高通称之Scorpion,根据高通的说法，Scorpion针对电源管理方面大幅强化，相较标准的ARM架构拥有更佳的功耗表现。而图形架构方面，源自ATi行动GPU架构的Adreno又再次进化，新版的Adreno220效能大幅超越第二世代Snapdragon的Adreno205，并且相较Adreno200，图形效能提升近4倍，甚至整体效能超越Tegra2。另外，针对时下对于高质量影音以及外接显示的需求，影片的硬件译码能力也从MSM8255的720p提升到1080p，屏幕也能支持1440x900的WXGA分辨率，相机部份能够提供双16MP分辨率摄影镜头的支持。Nvidia：主营本代Tegra2以及下代Tegra3。目前Android平板上的Tegra2，在架构上采用两个频率1GHz的CortexA9为负责运算用的核心，内部整合音效处理、1080pH.264硬件影像译码、硬件影像编码，JPEG图形译码以及支持最高12MP相机，当然最重要的，还是整合Nvidia最引以自豪的GeForceULPGPU,虽然GPU架构与Tegra一代大致相同，不过由于带宽以及频率提升，图形效能仍比Tegra一代强上许多。Tegra3将于年底面市，核心更是达到恐怖的四核。索爱：主营Nova。核心是ARM+ARMMali，目前尚未大批铺货。大胆启用Mali确实在成本上取得了优势（同时取得ARM两项授权，授权费会大为减少），但由于Mali架构尚未进化完全，性能比起上一代PowerVR尚显不足，更比不了A5所用的PowerVRSGX543。爱立信在电信领域的经验在此芯片上显示得淋漓尽至，集成了一大批三方原件也大大减少了芯片所需要的面积（要知道Tegra2并没有集成很多三方芯片，三方芯片需要额外一个位置摆放）。三星:主营Hummingbird与Exynos处理器，旗下手机偶尔也会使用高通芯片。Hummingbird架构ARM+PowerVR，而Exynos则换到了ARM+ARMMali。三星目前最火的Android手机GalaxySII（也是目前最好的Android手机）正是用着Exynos芯片，但Mali架构的不健全导致了它无法与部分游戏兼容，性能也远远逊于AppleA5的双核PowerVRSGX543（事实上Exynos内部Mali是单核还是双核都不清楚）。苹果：自家用的AppleA4/A5oA5在性能与省电上秒杀以上全部芯片，毫无争议当前第一芯片。究其根底，只因它是苹果为iOS量