后起之秀高通的奋起直追——手机处理器系列(五)

　　高通第三代MSM8x60处理器之所以被人诟病为高频低能，除了采用异步多核之外，基于老旧Scorpion核心架构的研发也是重要的因素。因此在CPU核心架构上，高通Snapdragon S4系列产品完全摒弃了此前的Scorpion架构，转而采用高通基于ARMv7指令集最新研发的Krait内核架构，单核最高主频可达2.5GHz。而相比Scorpion架构，新的Krait架构在Scorpion的基础上作了不少改进。

　　S4系列中MSM8960型处理器块状图

　　首先在架构的前端方面，Krait显然要更“宽”，一个时钟周期可以执行三次fetch与decode操作。每个Decoder都相当于ARM11的single issue能力模块，对比前代Scorpion架构的2-wide，3-wide的Krait架构提高了50%。后端执行单元方面则是简单的扩张，从Scorpion的三个增加到了七个，可以并行执行4条指令。而在指令执行阶段，Krait终于进入了Cortex-A9阶段，可实现完全乱序执行。流水线方面，Krait的整数流水线由Scorpion的10级略微提高至11级，对比Cortex-A15的15级流水线，高通的设计含有更多的定制化逻辑模块，同样使得处理器的频率容易提升。

　　主流的几款核心架构比较

　　对比Scorpion架构，Krait还在Cortex-A15基础上加入的新虚拟化指令集和40bit内存寻址，双核型号的二级缓存也从512KB升至1MB。ARM核心的性能通常用DMIPS（Dhrystone Millions of Instructions per Second）来衡量，从上表中我们可以看到，Krait的DMIPS/MHz性能为3.3，而同频的Cortex-A9为2.5，速度上Krait提升约30%，比上一代Scorpion架构提升1.6倍。

　　更低功耗实现更多功能

　　在多核架构方面，高通依旧将Krait架构设计为异步对称式多核处理器（aSMP），每个内核包括二级缓存均有一个独立的电压和时钟，这种设计使得每个CPU内核都能根据所处理的工作，以最有效的电压和频率运行，而在不需使用时都可以独立关闭，使其在待机状态下没有功耗，这些特性使得采用aSMP架构比同步SMP架构在功耗方面减少25%-40%。

　　异步多核CPU架构功耗更节省

　　总而言之，Krait的设计采用了使用新电路技术的定制设计流程以提高性能，降低功耗。这实现了非常有效及宽范围的动态时钟和电压调节（DCVS），可适用于不同使用模式包括从热待机到中/ 高水平的处理要求。Krait架构的CPU可以平滑地从低功耗、低漏电模式转换到高速性能的模式。

　　高通王宇飞博士告诉我们，通过这一些列的改进，Krait架构能在非常低的功耗下实现更多功能，不仅整体性能方面相比Scorpion架构提升了60%以上，而且较当前采用ARM的CPU内核则提高150%，并同时能将功耗降低65%。

　　Krait在整体性能方面比Scorpion架构提升60%

　　此外，高通骁龙S4为解决屏显耗电的难题还采取了两项新技术——BRITE和GridView。前者能根据屏幕上正在显示的内容，动态调整背光亮度并利用自然光，在适当的条件下可以降低高达50%的功耗；而GridView可以智能地以整页生成的方式刷新界面。

　　多媒体性能提升50%

　　在多媒体性能方面，高通Snapdragon S4系列将图形处理器升级至Adreno225，拥有130m/s多边形生成率、760m/s像素生成率以及314mp/s 3d渲染率，性能上相比三代处理器的Adreno220提高了50%，处理能力是Adreno200的6倍。

　　Adreno225性能比Adreno220提高了50%

　　常见SoC芯片GPU性能参数比较

　　同时，Adreno225是拥有统一渲染架构的完全可编程OpenGL ES 2.0 GPU，通过提供灵活的顶点着色处理，使得GPU的处理能力达到最大化。另外相比Adreno220，Adreno225支持Windows8的DirectX 9.3，支持1080P HD视频解码以及3D显示，全系统的兼容性也是Adreno225 GPU相比于同级GPU产品的一大优势。

　　而在MWC期间， 高通宣布将推出骁龙S4 MSM8960专业版（Pro Version）处理器，该处理器芯片采用Adreno 320 GPU。该GPU为S4注入新的多媒体功能，如计算型照相机、光场相机等。Adreno 320还配备了加速Windows系统的专用硬件，并全面支持顶级游戏引擎。该专业版针对各操作系统进行了优化，包括Windows 8。
单芯片可支持全制式网络

　　网络制式兼容性是高通处理器芯片一贯来的优势所在，对此高通王宇飞博士进一步强调，新一代SoC解决方案高集成的特性在Snapdragon S4系列处理器上也得到了很好的继承，特别是首次完全集成的3G/4G全模式调制解调器。其中，双核的MSM8960则是几乎支持世界所有网络制式的手机芯片，在单一芯片上集成包括2G、3G以及4G调制解调器技术，它集成的基带芯片基于高通第二代（3GPP rel.9）LTE MODEM，与MDM9x15中的几乎一样，这也是苹果为什么还没有推出LTE版iPhone的原因（等待高通28nm基带芯片）。

　　高通在LTE技术具有绝对领先优势

　　另外，高通Snapdragon S4处理器还集成了许多其他流行的无线技术，包括蓝牙4.0、GPS、FM以及Wi-Fi（a/b/g/n）等功能。

　　市场竞争力不输四核Tegra 3

　　尽管在同期，Nvidia已经抢先发布了针对手机终端芯片市场的Tegra 3四核处理器，并且集成了性能更为强大的Geforce GPU，后续上市的HTC One X（网购最低价 3160.0元）也让我们见识到了Tegra 3四核处理器所展现的强大性能，而高通S4系列针对手机终端芯片市场并未有相应的四核产品。但不可忽视的是，高通S4系列处理器产品不仅采用更为先进的Krait核心架构以及业界领先的28nm工艺制程，而且高通所具备的LTE专利技术以及高通芯片的高集成度特性都是其他芯片厂商所不具备的优势。

　　这也解释了，HTC为何在发布搭载Tegra 3四核的One X之后，在需要推出LTE定制版的One X时却使用高通S4系列的MSM8960双核处理器。

　　不可否认，高通S4系列双核处理器在综合性能上会稍逊于Nvidia Tegra 3等四核处理器，可大多数情况下并不需要完全发挥出四核的性能。用户都只是在进行一些常规操作时，高通S4系列处理器的性能表现或将比Tegra 3更为出色，而且功耗控制也一直是高通芯片的优势所在。总而言之，在四核处理器全面来袭时，凭借产品本身的技术优势以及与各大手机厂商积累多年的合作关系，高通S4双核系列产品在市场上仍然具有很强大的竞争力。
小结

　　此外，高通王宇飞博士还进一步强调。目前高通已经拥有完整的产品路线规划，平台已覆盖入门级以及中高端智能手机、平板电脑及智能电视等终端，而合作伙伴可利用同一个平台研发出全系产品。高通还提供更好、更稳定的软件来减少客户产品的上市时间，减少做定制化的时候所产生的那些麻烦，能给客户提供一个好的工具降低研发成本，以保证他们在做二次研发的时候能够节省成本。相信，这也是高通手机处理器芯片相比其他竞争对手产品的一个优势。

　　至此，笔者已经大致上为大家阐述了，高通在手机处理器上的产品布局以及各系列产品所独有的特性，特别是代表目前业界最新的技术水平的S4系列处理器。不过高通竞争对手的实力也不可小觑，德州仪器（TI）的OMAP 5系列、苹果基于Cortex-A15核心架构的A6以及已经上市的NVIDIA Tegra 3和三星Exynos 4412四核处理器都拥有其独特的优势，再加上Intel Medfield的来袭，2012年手机处理器在性能上又将经历一次质的飞跃。