左飛飛
隨著華為Mate8的發(fā)售,安兔兔等測試軟件的榜首之位終于被一顆國產(chǎn)之芯占領(lǐng),而這顆國產(chǎn)芯就是華為自家的海思麒麟950處理器。那么,麒麟950又是憑借哪些秘籍實現(xiàn)了國產(chǎn)芯的逆襲呢?
華為海思發(fā)展簡史
在國產(chǎn)手機陣營中,華為是唯一擁有自主移動SoC(片上系統(tǒng),集成了CPU、GPU、Modem、ISP、DSP等芯片,為了便于理解,下文還是以“處理器”加以稱呼)核心技術(shù)的企業(yè)。早在2012年,華為就憑借海思K3V2(40nm工藝,四核Cortex-A9架構(gòu),集成GC4000 GPU,代表產(chǎn)品:Ascend D1、Mate1、榮耀3等)搶先進入了四核戰(zhàn)場(圖1)。可惜,K3V2工藝相對落后,GPU的兼容性和優(yōu)化也一般,因此一直被要求苛刻的玩家所排斥。
2014年初,華為海思新品正式冠以“麒麟”(Kirin)之名,其首代產(chǎn)品麒麟910(28nm工藝,四核Cortex-A9架構(gòu),集成Mali-450MP4 GPU,代表產(chǎn)品有P7、Mate2、榮耀X1等),在功耗(發(fā)熱)和游戲兼容性等方面有了長足的進步。2014年6月,麒麟920(28nm工藝,四核A15+四核A7架構(gòu),集成Mali-T628MP4 GPU,代表產(chǎn)品有榮耀6)橫空出世,麒麟家族正式進入八核時代。2015年,麒麟930(28nm工藝,四核A53E+四核A53架構(gòu),集成Mali-T628MP4 GPU,代表產(chǎn)品有榮耀X2)再度出發(fā),從此麒麟在性能上終于可被列入高端行列。
“老麒麟”的尷尬
雖然麒麟92x/93x已經(jīng)讓華為海思在中高端領(lǐng)域站穩(wěn)了腳跟(圖2),但就處理器的實際性能而言,這些麒麟只能算是出色,但卻依舊達不到一流的水準。以搭載麒麟935的榮耀7為例,在安兔兔V5.7x測試中可以取得50000左右的成績,但到了安兔兔最新版V6.0時的分數(shù)依舊是50000上下。反觀高通驍龍810,安兔兔V5.x中成績約60000,升級到V6.0后則可突破80000大關(guān)。究其原因,則是安兔兔V6.0版提升了GPU性能的權(quán)重,更能體現(xiàn)一款處理器的真實性能。
實際上,“老麒麟”在GPU圖形性能方面的瓶頸不是秘密,“萬年Mali-T628MP4”就是玩家對其的評價。終于,華為在2015年11月祭出了海思麒麟950,而這顆處理器則憑借最新的Cortex-A72微架構(gòu)和規(guī)格更高的GPU實現(xiàn)了性能上的逆襲(表1)。在安兔兔V6.0測試中可輕松突破90000大關(guān)(圖3),將高通驍龍810和三星Exynos7420這兩顆公認的旗艦級處理器甩在了后面。
“新麒麟”的謀劃
麒麟950的發(fā)布時機可謂恰到好處。高通驍龍810的“熱情”讓人談虎色變(圖4),而上市近一年之久的三星Exynos7420也即將展露疲態(tài)。作為后來者,麒麟950自然有大把時間對這兩款“年度旗艦”進行針對性的優(yōu)化改良。因此,華為搶在驍龍820和三星Exynos 8890(代號貓鼬)之前祭出了這顆“謀劃已久”的芯片,不能一舉成名反而會顯得不正常。接下來,就讓我們對麒麟950做進一步的剖析吧。
深入骨髓的變革
和上代麒麟935相比,麒麟950有了深入骨髓的變革,而這場變革首先就體現(xiàn)在制程工藝與核心微架構(gòu)的進化之上。
工藝杜絕發(fā)熱隱患
高通驍龍810和三星Exynos7420都基于ARM公版Cortex-A57+A53微架構(gòu)設(shè)計,它們的性能毋庸置疑,而驍龍810之所以會深陷發(fā)熱泥潭就是被相對落后的20nm制程工藝“坑害”的。
為了不被工藝拖累,麒麟950在研發(fā)之初就與臺積電展開了合作,也因此成為了繼蘋果A9之后,第二批用上臺積電最新16nm FinFET Plus先進工藝的移動處理器(圖5)。從iPhone 6S“芯片門”事件可見,臺積電的16nm FinFET Plus工藝在功耗和發(fā)熱的表現(xiàn)上甚至比三星的14nm FinFET還要優(yōu)秀。
架構(gòu)提升性能水準
為了與驍龍810和Exynos7420拉開差距,麒麟950繞過了Cortex-A57+A53微架構(gòu),直接選擇ARM下一代頂級核心:Cortex-A72。簡單來說,A72就是A57的升級版,性能比A57更高,但功耗卻比A53還低(圖6~圖7)。此外,麒麟950依舊支持big.LITTLE技術(shù),讓A72和A53構(gòu)成了雙四核的微架構(gòu),唯一可惜的就是沒能用上A72架構(gòu)特有的“GIC500互連架構(gòu)”(由于麒麟950研發(fā)較早,錯過了GIC500的更新,因此沿用了上代GIC400)。
更換GPU一雪前恥
將GPU升級到Mali-T880也是麒麟950的一大亮點。Mali-T880是ARM目前最高端的GPU顯示核心之一(圖8),它最多可以配備16個計算單元(即Mali-T880MP16)。可惜,華為為了控制功耗和發(fā)熱,采取了高頻少核的策略:集成四核版的Mali-T880MP4,并將核心頻率提升到了900MHz。就實際性能而言,Mali-T880MP4可秒殺麒麟935集成的Mali-T628MP4,但與驍龍810(Adreno 430 GPU)和Exynos7420(Mali-T760MP8 GPU)相比還是存在著較大的差距(表2)。綜合來看,麒麟950的游戲性能至多與驍龍次旗艦808持平。
協(xié)處理器進一步降低功耗
細心的玩家可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了,麒麟950主打低功耗的Cortex-A53核心頻率高達1.8GHz,遠遠超過了Exynos7420的1.5GHz和驍龍810的1.6GHz,這讓麒麟950在一些常規(guī)應用中也能獲得足夠強大的性能基礎(chǔ)。問題來了,高主頻等于更高功耗,那麒麟950又該如何解決這一隱患呢?
答案就在于麒麟950改用了Cortex-M7架構(gòu)的i5協(xié)處理器(圖9)。與老麒麟集成的i3(Cortex-M3)相比,i5不僅在性能上提升了4倍,待機功耗也從之前的90mA下降到了6.5mA。不要小看協(xié)處理器的作用,它負責協(xié)調(diào)管理手機的重力、光線、指紋、加速、陀螺儀和指南針等感應器模塊。比如,協(xié)處理器可以幫微信運動記錄你一天的運動量,但功耗卻可忽略不計。在i5協(xié)處理器的幫助下,麒麟950在更多低負載環(huán)境中可以“偷懶”,從而盡可能延長續(xù)航時間。
以體驗為主的改進
除了性能提升之外,麒麟950更加注重日常體驗。比如,它集成了華為自主研發(fā)的圖像ISP核心,在拍照成像質(zhì)量上有了明顯提升;引入了啟發(fā)式智能調(diào)度算法,可更合理地調(diào)度CPU核心和GPU的使用情況,減少卡慢現(xiàn)象的出現(xiàn);支持芯片級智能定位,在室內(nèi)導航或高架橋等復雜環(huán)境下可做到更精準的定位。
總結(jié):暫時領(lǐng)先但易被超越
在上述特性的幫助下,麒麟950在綜合實力上堪稱2015年度Android手機處理器的最強音。但是,麒麟950的強悍還是存在局限性的。比如,它之所以CPU性能強悍,是憑借首發(fā)Cortex-A72架構(gòu)的天然優(yōu)勢;它之所以功耗較低,也是源于更先進的16nm FinFET Plus工藝;就GPU圖形性能而言,麒麟950只是實現(xiàn)了“自我超越”,與競品相比還是存在較大的差距;在網(wǎng)絡(luò)方面,麒麟950沿用了上代通訊基帶,由此也就埋下了“被超越”的隱患。
高通驍龍820和三星貓鼬(Exynos 8890)等下代旗艦級處理器都會采用更先進的制程工藝,并改用自主研發(fā)(優(yōu)化)的微架構(gòu)核心,并武裝更強悍的GPU單元,麒麟950的所謂優(yōu)勢也將在這些競爭者面前毫無招架之力。在高通驍龍820的溝通會上,展示樣機在安兔兔6.0中甚至取得了130000的成績(圖10),麒麟950面臨的壓力可想而知。還好,驍龍820的量產(chǎn)時間預計要到2016年的4月,而三星Galaxy S7的發(fā)售時間也在這個節(jié)點之后。
當然,處理器的強弱并不能完全決定一款手機的優(yōu)劣,在體驗為王的當下,系統(tǒng)優(yōu)化、拍照續(xù)航等方面的表現(xiàn)同樣重要。但是,處理器卻是最容易被量化的指標,從而給予用戶最直觀的選購參考建議。因此,未來的麒麟還有很大的改善空間,比如學習高通和三星的自主架構(gòu)、武裝更強悍的GPU等等。而我們也期待包括聯(lián)發(fā)科在內(nèi)的更多芯片廠加入到旗艦級處理器的“戰(zhàn)爭”中來,如此消費者才能享受到競爭的紅利。