CPU小常識(shí)，教你如何判斷一顆CPU的性能

上一期的“手機(jī)芯事”給大家解讀了去年手機(jī)芯片的基本格局變化，其中，在闡述高通和聯(lián)發(fā)科時(shí)，我們簡(jiǎn)單談到為什么減少了核心的驍龍820更務(wù)實(shí)，而看似更多核的聯(lián)發(fā)科X10算不上高端。今天我們將進(jìn)一步闡釋?zhuān)活w好的手機(jī)芯片到底該是什么樣的。我們?cè)诿鎸?duì)各種核心數(shù)的營(yíng)銷(xiāo)轟炸時(shí)，如何理性的選擇最合適自己的產(chǎn)品是一個(gè)重要的課題。

CPU（中央處理器）是大家最耳熟能詳?shù)膮?shù)，從名字中就能看出它對(duì)芯片的重要性，甚至于不少人直接把它等同于整顆芯片。實(shí)際上，手機(jī)芯片更確切的叫法是片上系統(tǒng)（SoC），CPU只是其中的一部分，負(fù)責(zé)控制運(yùn)算，直接決定著手機(jī)的運(yùn)行流暢與否。

判斷一顆CPU性能如何，普通消費(fèi)者大多被各種無(wú)節(jié)操的營(yíng)銷(xiāo)和線(xiàn)下一知半解的銷(xiāo)售員帶偏了，只關(guān)心有多少顆核和多高的主頻，然而這些只是構(gòu)成最終性能表現(xiàn)的一部分，最核心的決定性因素是架構(gòu)！

目前主流SoC無(wú)論出自何手，采用的幾乎全是ARM公司的精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)，區(qū)別在于有實(shí)力的廠(chǎng)商只采用該公司的ARMv7/v8指令集，自己會(huì)再進(jìn)行架構(gòu)上的設(shè)計(jì)，比如蘋(píng)果和高通就是典型代表。自從A6開(kāi)始，蘋(píng)果就開(kāi)始自行設(shè)計(jì)CPU架構(gòu)，一年后的A7更是憑借Cyclone架構(gòu)成為首款64位的移動(dòng)處理器，領(lǐng)先業(yè)界一年；而高通在32位時(shí)代則靠基于ARMv7指令集打造的Krait架構(gòu)樹(shù)立了自己江湖一哥的地位，最新的驍龍820則基于ARMv8打造了新架構(gòu)Kryo。

另一種方案就是直接購(gòu)買(mǎi)使用ARM設(shè)計(jì)好的公版架構(gòu)，我們常見(jiàn)的Cortex-A7/A8/A9/A53/A57/A72就是ARM設(shè)計(jì)好的架構(gòu)名稱(chēng)。其中字母A后是一位數(shù)的為32位的ARMv7指令集，兩位數(shù)的就是64位的ARMv8指令集，聯(lián)發(fā)科、海思就是采用公版方案。

舉個(gè)形象的列子，第一種方案就好比ARM打好了地基，廠(chǎng)商可自由選擇怎么建房子，好處是靈活性強(qiáng)，性能、功耗往往控制得比公版架構(gòu)好，但對(duì)金錢(qián)、時(shí)間、技術(shù)都有較高要求。第二種方案相當(dāng)于ARM不光打好了地基，還把圖紙也畫(huà)好了，廠(chǎng)商買(mǎi)了之后只需要按照?qǐng)D紙施工就可以，能大大降低整顆SoC芯片開(kāi)發(fā)的時(shí)間和成本。

不同的架構(gòu)直接決定了性能的基礎(chǔ)，比如市面上千元機(jī)里常見(jiàn)的處理器雖然有八個(gè)核心、主頻超過(guò)2GHz，但由于多采用A53低功耗架構(gòu)，性能方面還不如雙核的高性能架構(gòu)A72，特別在單線(xiàn)程運(yùn)算能力上更是相形見(jiàn)絀。這也就是為什么，蘋(píng)果至今堅(jiān)持雙核選擇，但性能卻一直遙遙領(lǐng)先的根本原因。

其實(shí)，這和電腦處理器是一樣的，英特爾著名的TIck-Tock戰(zhàn)略就是不同年份專(zhuān)注于架構(gòu)和制程工藝兩方面交替提升，最終實(shí)現(xiàn)性能的逐年上漲。所以除了架構(gòu)外，再重要的就是制程工藝了。

制程工藝是指芯片內(nèi)電路與電路之間的距離，目前主流的工藝是28nm和20nm，最先進(jìn)的是16/14nm，先進(jìn)的工藝能減低處理器的耗能和熱量，縮小芯片面積，提升性能。理解了這一點(diǎn)，就知道為什么同樣是4顆A57+4顆A53的big.LITTLE大小核架構(gòu)，20nm工藝的驍龍810發(fā)熱、功耗備受詬病，而14nm的三星Exynos 7420卻表現(xiàn)優(yōu)異的原因。

如果再講細(xì)一點(diǎn)，半導(dǎo)體的制程工藝還可分2D結(jié)構(gòu)的MOSFET（金氧半場(chǎng)效晶體管）和3D結(jié)構(gòu)的FinFET（鰭式場(chǎng)效晶體管），F(xiàn)inFET架構(gòu)主要是改動(dòng)了控制電流的閘門(mén)，能大幅改善電路控制并減少漏電流。

即便是同樣的制程工藝，也可能因?yàn)榧夹g(shù)改進(jìn)產(chǎn)生迭代。比如去年蘋(píng)果A9的代工門(mén)風(fēng)波，理論上更先進(jìn)的14nm表現(xiàn)卻不如臺(tái)積電的16nm，原因在于三星是從28nm直接跳到14nm LPE工藝，而臺(tái)積電則按部就班的從28-20-16nm順序過(guò)度，技術(shù)相對(duì)成熟，良率與漏電控制更好。但三星顯然已經(jīng)吸取了教訓(xùn)，近期推出了第二代14nm LPP工藝，比一代LPE工藝性能提升15%、功耗降低15%，臺(tái)積電今年也推出了改良版的16nm FinFET+，所以看似相同的工藝也回因?yàn)榫唧w版本不同而產(chǎn)生差異。

經(jīng)過(guò)上面的敘述，相信大家已經(jīng)大體知道如何去判斷CPU的好壞，總結(jié)起來(lái)就是架構(gòu)和工藝比核心和主頻更重要，而高性能架構(gòu)大幅優(yōu)于低功耗架構(gòu)，工藝越先進(jìn)處理器越強(qiáng)。

好的CPU只是做好一顆高端芯片的第一步，它雖然讓整機(jī)運(yùn)行流暢穩(wěn)定，但在手機(jī)娛樂(lè)屬性越來(lái)越強(qiáng)的今天，特別是年輕人喜歡用手機(jī)來(lái)代替掌機(jī)玩游戲的當(dāng)下，GPU無(wú)疑是更不可忽視的部分。

GPU中文譯為圖形處理器，關(guān)系到圖形渲染能力的強(qiáng)弱，直接決定了游戲是否能流暢運(yùn)行。目前主流的移動(dòng)GPU廠(chǎng)商有ARM、高通、ImaginaTIon Technologies（以下簡(jiǎn)稱(chēng)ImaginaTIon）、NVIDIA四家，其中高通的Adreno和NVIDIA的Maxwell GPU只用在自己的驍龍、Tegra芯片上，所以對(duì)外出售的只有ARM Mali、ImaginaTIon PowerVR兩個(gè)系列。

雖然經(jīng)常有三星、蘋(píng)果在自研GPU的傳聞，但至今為止各芯片廠(chǎng)商都只能購(gòu)買(mǎi)ARM或Imagination提供的方案集成在芯片中，比如華為海思、三星Exynos采用ARM Mali系列，Imagination PowerVR則多用在蘋(píng)果A系和聯(lián)發(fā)科芯片中。

由于不同廠(chǎng)商采用的架構(gòu)不同，比如有統(tǒng)一渲染、分離渲染等區(qū)別，所以單憑架構(gòu)或核心并不能判斷移動(dòng)GPU的性能強(qiáng)弱，業(yè)界通常做法是看其三角形輸出率和像素填充率，當(dāng)然自從各類(lèi)評(píng)測(cè)軟件誕生后，比較就變得更直觀(guān)了。如果大家記不住各種排名也沒(méi)關(guān)系，了解清楚各廠(chǎng)商的命名規(guī)則心中就大致有數(shù)了。

通常來(lái)說(shuō)，移動(dòng)GPU的命名都是有字母加數(shù)字構(gòu)成，如Adreno 530、Mali-T880、PowerVR GT7600等，其中第一位數(shù)字一般表示代數(shù)，數(shù)字越大代數(shù)越新；第二位數(shù)字代表定位，數(shù)字越大性能越強(qiáng)。以上三款GPU就是已經(jīng)商用的最新最高端型號(hào)。不過(guò)，ARM的Mali GPU有點(diǎn)特別，除了要看型號(hào)外，還得注意核心數(shù)（命名最后的MPx，x是多少就代表多少核心），比如麒麟950和Exynos 8890雖然都用了最新的Mali-T880，但麒麟950只有4個(gè)核心，而Exynos 8890卻有12個(gè)核心，性能自然不可同日而語(yǔ)。

手機(jī)最核心的作用還是通訊，對(duì)于這一點(diǎn)，CPU和GPU再?gòu)?qiáng)也無(wú)能為力，最終還得看基帶。

基帶直接決定了手機(jī)支持什么樣的網(wǎng)絡(luò)制式，我們用手機(jī)打電話(huà)、上網(wǎng)、發(fā)短信等等，都是通過(guò)上層處理系統(tǒng)下發(fā)指令給基帶部分，并由基帶部分處理執(zhí)行。可以說(shuō)，基帶是整顆芯片中技術(shù)含量最高的部分，德州儀器、意法愛(ài)立信、NVIDIA等廠(chǎng)商多就因?yàn)镾oC中沒(méi)有整合基帶或者技術(shù)落后被市場(chǎng)淘汰出局。

判斷基帶的優(yōu)劣最直觀(guān)一點(diǎn)就是看它支持的制式和頻段多少，一般號(hào)稱(chēng)全網(wǎng)通的手機(jī)就是采用了高端的基帶，從4G的LTE到3G的WCDMA/CMDA/TD-SCDMA再到2G的GSM/EDGE全部制式支持，用戶(hù)只需購(gòu)買(mǎi)手機(jī)插卡即可使用，不用去費(fèi)心考慮支不支持、換卡怎么辦的問(wèn)題。

除了制式支持外，4G時(shí)代基帶的另一個(gè)重要特性是LTE的UE接入能力等級(jí)，也就是UE能夠支持的傳輸速率，一般用Cat x表示，x的數(shù)字越大上傳下載的速度就越高。麒麟950遺憾的一點(diǎn)就是用了只支持Cat 6的老基帶Balong 720，沒(méi)用采用最新支持Cat 12/13的Balong 750。

說(shuō)到基帶，這是高通強(qiáng)項(xiàng)，高通在多年前的第一代驍龍?zhí)幚砥鱏1中就集成了基帶，簡(jiǎn)化了手機(jī)的研發(fā)難度，加快了周期。最新的驍龍820集成的X12 LTE基帶不僅支持全網(wǎng)通，而且LTE接入能力達(dá)到了目前最高的Cat 12/13。

以上三個(gè)大件稍微關(guān)注電子領(lǐng)域的消費(fèi)者多少還是知道一些的，相較之下，SoC中的其他多媒體性能反而不怎么顯眼，這里我們分類(lèi)給大家介紹一下。

首先是視頻編碼器，它關(guān)乎著手機(jī)最終支持多少格式的編碼解碼方案，比如ARM的Mali-V550和驍龍820都支持4K分辨率H.265 HEVC格式視頻的編解碼。有的SoC中還會(huì)集成音頻解碼器，比如聯(lián)發(fā)科。

再來(lái)的是顯示控制器，它影響著最終手機(jī)能上多高分辨率、多少幀率的屏幕，前兩天ARM才發(fā)布的Mali-DP650就能輕松帶起4K分辨率、60FPS幀率的屏幕，除了用在移動(dòng)設(shè)備上外用在4K電視上也沒(méi)有問(wèn)題。

最后是關(guān)乎拍照錄像的圖像處理器（ISP），它負(fù)責(zé)處理影像傳感器傳回的數(shù)據(jù)，影響著白平衡、對(duì)焦、曝光、噪點(diǎn)抑制、人臉識(shí)別、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)雀鞣N基礎(chǔ)高級(jí)的影像功能。該領(lǐng)域最出名的要數(shù)受三星、錘子青睞的富士通Milbeaut方案，但單獨(dú)加入ISP會(huì)加劇功耗、發(fā)熱、設(shè)計(jì)的復(fù)雜情況，所以目前廠(chǎng)商更傾向于在SoC集成ISP，比如高通、海思、蘋(píng)果的芯片都是集成的自研技術(shù)。

除了CPU、GPU、基帶、多媒體四方面，SoC中還有著非常多的組成部分，比如協(xié)處理器、電源管理、I/O連接等，看似不受重視，卻最終決定了手機(jī)能不能快速充電、支不支持最新的LPDDR4/UFS 2.0運(yùn)存方案、WiFi是否穩(wěn)定等等情況。所以，普通消費(fèi)者在選購(gòu)手機(jī)時(shí)，不能只看CPU有幾個(gè)核，而應(yīng)該綜合考慮，看看圖形、通信、多媒體性能幾何，別被廠(chǎng)商營(yíng)銷(xiāo)牽著鼻子走。就今年而言，已經(jīng)登場(chǎng)的高端芯片有海思麒麟950，即將登場(chǎng)的是高通驍龍820、三星Exynos 8890和聯(lián)發(fā)科Helio X20，大家在選購(gòu)產(chǎn)品時(shí)可以特別留意。