双核先锋Nvidia的崛起——手机处理器系列(五)

　　继双核Tegra 2系列之后，NVIDIA继续保持了业界领先的更新速度，开始专注于代号为KAL-EL的四核处理器芯片的研发工作，并于2011年11月9日率先推出了新一代基于ARM核心架构的处理器Tegra 3，这也是全球首款移动终端平台四核处理器芯片。

　　全球首款四核手机处理器芯片-NVIDIA Tegra 3

　　与Tegra 2一样，Tegra 3仍然采用台积电40nm工艺制程，四核心最高主频为1.4GHz，单核最高主频1.5GHz。根据NVIDIA官方的介绍，Tegra 3的CPU性能最高可达Tegra 2的5倍，集成的12核GeForce GPU性能是Tegra 2上的3倍，并且支持3D立体显示，同时理论功耗值比双核的Tegra 2更低，下面就带大家详细了解这款处理器。

　　性能相比Tegra 2提升5倍

　　独有4+1多核架构管理模式

　　为了有效地解决多核运算所带来的功耗问题，NVIDIA首创了vSMP（可变对称多处理）多核架构管理模式，并且申请了专利技术。虽然Tegra 3名为四核处理器，实际上却包含了5个处理器核心，这5个CPU核心在内部结构上完全一致，均为Cortex-A9架构，除了四个采用高性能制程的主核心之外（每个主核心可根据工作负载独立而自动地开启或关闭），还有一个专为低功耗节电而设计的核心，它的主频被设定为最高500MHz，也被称为伴核（Companion Core）。

　　vSMP多核管理模式详解

　　vSMP技术可允许Tegra 3针对不同的使用情况，采取不同的处理器核心解决方案，比如手机在待机、接打电话以及收发邮件等低负载情况下，四个主核心就会保持关闭状态，而仅使用低频率的伴核。

　　vSMP技术能提升整体性能和降低功耗

　　而在玩普通游戏、浏览网页加载Flash内容等情况下使用单核或者双核，只有在运行大型3D游戏、高清视频播放等操作时才会四核满负载运行，这种灵活可变的多核心调动机制很大程度上，就能降低芯片整体的功耗，从而让手机获得更长的续航能力。

　　需要注意的是，伴核是不能与四个主核心同时工作的，为了保证Tegra 3的高效率以及伴核与主核心之间的高速切换，在缓存、Android系统优化方面Tegra 3也有特别之处。在缓存上，主核心和伴核共享1MB的二级缓存，缓存间返回数据速度在纳秒级别，而多核心高速切换的时间间隔可小于2毫秒。

　　伴核最高主频设定为500MHz

　　在Android系统下，虽然系统可以允许多个核心在不同频率下运行，但系统假设每个核心的运算能力是完全一致的，它会依次来分配计划任务，此时显然多核心工作是不够高效的。而NVIDIA表示，vSMP将一直保持被激活的核心工作在同步系统频率上，以此方式为Android系统优化，从而达到更高的效率。

　　与高通以及TI等对手的产品对比

　　相比之下Tegra 3功耗控制方面表现很出色

　　通过vSMP技术，Tegra 3很好地解决了多核处理器在高性能和低功耗之间的平衡问题，在执行同样功能操作时，Tegra 3相比前代Tegra 2在功耗控制上具有明显的优势。而来自一份《Coremark》的测试软件的结果则显示，若达到目前主流CPU性能，Tegra 3只需要付出一半的功耗，而如果需要更高的性能，Tegra 3可以提升近一倍，但功耗却比现在主流双核心产品低20%。

　　伴核的引入能很大程度降低功耗

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　　12核心GPU图形处理优势突出

　　而在图形处理方面，依旧集成了超低功耗设计的GeForce GPU，相比上代产品，GPU的核心处理单元增加到12个，内存宽带相比Tegra 2提升三倍，图形输出方面支持HDIM 1.4a规范，除了完全胜任1080P High Profile 40Mbps高清播放之外，还支持3D视频的播放、输出以及2D转3D功能。同时，加强的GPU还将带来更好的实时光影效果、动态模糊效果、以及物理引擎运算效果。

　　Tegra 3芯片的优势一览

　　此外，Tegra 3在成像以及显示方面也有重大提升，最高支持3200像素的主摄像头以及500万像素副摄像头，拥有全新的300M像素/s的图形处理单元。而在存储器方面，支持DDR3-L 1500\LPDDR2-1066规范的内存接口，容量最高可达2GB。

　　Tegra 3内置全新12核心的GPU

　　四核Tegra 3的游戏性能表现比Tegra 2提升很大

　　Windows 8的普及或将成新的增长点

　　值得一提的是，Tegra 3四核处理器将同时支持Windows 8以及Android两大移动系统平台。对此，英伟达施澄秋认为，尽管目前Windows 8平台还未得到普及推广，但这毕竟也是今后移动终端市场不可忽视的又一大新兴平台，随着Windwos 8的普及势必会在一定程度上给Tegra 3提供良好的发展契机，事实上Tegra3已经成为Windows 8的ARM版的推荐设计平台之一。

　　四核Tegra 3与同期产品相比整体性能优势明显

　　总体而言，凭借vSMP等多项独家专利技术，Tegra 3处理器芯片在性能上的表现是值得肯定的，这一点从搭载Tegra 3的HTC One X（网购最低价 3160.0元）上所展现的强大拍照功能就可见一斑，NVIDIA方面也非常看好Tegra 3接下来的市场表现。

　　全球首款搭载Tegra 3的四核智能手机-HTC One X

　　但NVIDIA竞争对手的实力同样不容小觑，虽然目前仅有三星以及华为推出了其针对手机产品的四核处理器，但是高通以及TI等对手也将在后续推出同等级别的产品，并与NVIDIA Tegra 3系列展开直接竞争。

　　这其中，高通日前就已经正式发布了其最新的Snapdragon S4系列产品，其MSM8960双核处理器不仅基于近似于Cortex-A15内核的Krait核心架构研发，而且还采用业界最先进的28nm工艺制程。

　　搭载四核Tegra 3的手机续航能力有待验证

　　理论上来说，针对手机终端的高通S4双核处理器，在综合性能方面会稍逊于Tegra 3，但更先进的架构和制程工艺将使得功耗控制上则比Tegra 3更具优势，同时高通处理器所具有的高集成度特性以及LTE专利技术优势也是NVIDIA的软肋。

　　不过，NVIDIA已然意识到Tegra 3所存在的这些问题，在确定与瑞萨电子（前NEC半导体部门）和GCT半导体合作之后，NVIDIA CEO黄仁勋此前就表示Tegra 3芯片将在今年内支持LTE，我们也寄希望于支持LTE的改进版Tegra 3芯片能够尽快量产上市，这样无论对于终端厂商或是消费者而言都将有积极的正面影响。
小结

　　从Tegra一代的初次试水到后续率先推出双核Tegra 2以及四核Tegra 3处理器，应该说NVIDIA在移动芯片领域所投入的研发力度以及所取得的成就还是有目共睹的，但也必须承认目前Tegra系列产品目前所面临的，来自高通以及TI等竞争对手的压力并不小。

　　NVIDIA Tegra系列产品未来整体规划图

　　不过英伟达施澄秋也告诉笔者，随着28nm工艺制程的进一步成熟，英伟达也将很快推出更基于这一工艺制程的芯片产品。另外，2012年下半年ARM公司就将正式推出其最新的Cortex-A15核心架构，而NVIDIA继四核Tegra 3的后续研发工作也在稳步推进中。

　　从NVIDIA已经公布的产品规划图来看，接下来NVIDIA势必将从工艺制程以及核心架构等方面进行改进创新，从而推出性能更强且功耗更低的Tegra 3+或者Tegra 4系列处理器芯片。NVIDIA能否借Tegra 3以及后续即将推出的新品巩固既有的市场并开拓新兴市场，继而在移动终端芯片市场站稳脚步，我们拭目以待。