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四核成主流:七大主流平板处理器解析

CNMO 【原创】 作者:王腾,白沫飞 2013-03-04 06:04
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  想必大家都知道,处理器是影响手机以及平板性能的最关键的因素,像德州仪器、高通、英伟达以及三星等主流的处理器厂商,大家都已经耳熟能详。但是很多人并不知道,其实它们大部分采用的都是同一个架构——ARM架构。

四核成主流:七大主流平板处理器解析

  实际上,处理器采用的架构才是影响处理器性能的关键因素。手机中采用的ARM架构,从最早的ARM9到如今主流的Cortex-A15,已经经历了多次的更新换代,每一次的升级都带来了性能的大幅提升。

四核成主流:七大主流平板处理器解析

  如今,可供平板制造商选择的处理器芯片越来越多,很多人在关注手机处理器的同时却不知平板电脑上也有非常多版本的处理器,这些品牌的处理器各自都有什么优点?今天笔者将为大家一一解答。

什么是处理器的架构?

  架构做为处理器的基础,对于处理器的整体性能起到了决定性的作用,不同架构的处理器同主频下,性能差距可以达到2-5倍。可见架构的重要性。但架构究竟是什么?

四核成主流:六大主流平板处理器解析
ARM架构的处理器

  为了大家更好的理解,我们不妨做个比喻,架构就像是一座建筑的结构设计部分,而处理器就相当于一个完整的建筑,只有有了稳定的结构作为基础,才能建造出各式各样的房子。换句话说,架构只相当于一座建筑的框架,至于最后建造出来的房子长什么样,舒适度如何,就是由处理器厂商自己决定了。不过有一点需要说明,假如结构的设计值是十层,容纳人数的上限是100人,那么最后建好的房子也不能超过这个上限。这也就是说,采用相同架构的处理器,性能基本上已经锁定在一定的范围之内,不会有本质的区别。所以,看处理器的性能要先看架构。

ARM架构

  目前,手机以及平板处理器的架构主要有ARM和Intel X86,我们知道Intel X86架构在PC中占据着无法撼动的霸主地位,包括Intel主要的竞争对手AMD在内,都是使用的X86架构,然而在平板处理器领域,X86只能算是初出茅庐的菜鸟,目前市场上采用X86架构的平板很少,但这依旧表明X86架构的处理器也在不断的探索前行。

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ARM架构处理器的应用

  ARM架构在手机处理器领域占有90%的市场份额,处于绝对的垄断地位。目前主流的处理器芯片厂商几乎都是采用了ARM架构,比如,高通、德州仪器、英伟达、三星及苹果等。

  目前千元级的低端的平板电脑处理器一般还在采用比较陈旧的ARM-A8架构,现在主流的中端平板处理器基本上都采用了ARM Cortex-A9架构,速率可以在1GHz到1.5GHz的范围内调节,同频下,比ARM-A8性能提升3倍以上,而功耗却大大降低。

  现在最先进的处理器架构是ARM Cortex-A15,相对于ARM Cortex-A9,最大的区别在于支持多核心和乱序执行,并且性能继续得到了很大的提升。目前的大部分四核处理器都采用了ARM Cortex-A15架构,比如Tegra 4、三星的5250以及苹果的A6处理器,高通最新的600/800系列处理器则是采用最新的Krait 400架构。而高通这一处理器的架构性能能和ARM Cortex-A15性能相媲美,但800系列的处理器要等到今年年中才能出货。

工艺制程问题

  制程工艺的纳米是指IC内电路与电路之间的距离。更小的制程也就意味着更低的功耗和散热,同时在同样面积的芯片上更小的制程也就能集成更多的晶体,而晶圆的数量又是决定处理器性能的关键因素,所以,工艺制程越先进,处理器性能越强。手机处理器从较早的90纳米,到后来的65纳米、45纳米、32纳米一直发展到目前的28纳米,而16纳米制程工艺将是下一代CPU的发展目标。

  芯片的工艺制程和架构是同时发展的,一般采用更新架构的处理器也会应用更先进的工艺制程。目前低端平板市场一般还在使用比较落后的45纳米制程工艺。比如全志A10以及瑞芯微29系列这些处理器一般性能比较差,功耗也很高,但由于这些厂商之前都是给国内的MP4或者MP5厂商代工处理器,因此这些处理器在视频解码能力上甚至要好于很多国际大牌处理器的解码能力,采用这些处理器的平板一般价格都不会很高,但对于一些软件及游戏的兼容性 就远远不入目前主流的高通、三星以及英伟达了。

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ARM Cortex-A9架构图

  在ARM Cortex-A8时代,工艺制程已经提升到了65纳米级,比如德州仪器OMAP34x0系列等,甚至有些已经提升到45纳米级,比如德州仪器OMAP36x0系列、高通骁龙S2/S3系列和三星蜂鸟处理器等。

TI OMAP 3xxx处理器工艺制程

  到了ARM Cortex-A9时代,双核处理器的工艺制程一般都达到了45纳米级,比如德州仪器OMAP44x0系列,三星猎户座处理器等,而英伟达Tegra 2和Tegra 3的工艺制程达到了更为先进的40纳米。这些处理器一般应用在当时的主流平板当中,比如亚马逊的Kindle Fire以及摩托罗拉的XOOM和三星的Galaxy平板系列。

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ARM Cortex-A15架构图

  而最新的高通骁龙S4系列处理器已经达到了28纳米的工艺制程,理论上性能比采用A9架构双核处理器的手机高出60%以上,而且具有更低的功耗以及更小的芯片尺寸。

三星自家处理器 Exynos4412解析

  2012年初,三星正式推出了自家的首款四核移动处理器Exynos 4412。和Tegra 3一样,同样采用的是Cortex-A9架构,核心最高频率均为1.4Ghz。制程工艺方面,Exynos 4412突破了Tegra 3 40nm大关,而三星Exynos 4412是全球第二款出货的四核心处理器,从性能上相比Tegra 3有着一定的提高。而32nm带来的最显著的提高是能耗方面,在之前45nm的4210时代,待机能耗成为了三星的致命伤,但是将架构更新到32nm之后,这个问题得到了较大的改观,按照官方的说法,功耗被减小20%。而4412支持的内存是双通道LPDDR2 1066。

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三星Exynos 4412处理器

  在处理器性能方面,三星绝对是目前四核处理器当中的佼佼者,从当年的Exynos 4210改良而来的Exynos 4412凭借着更先进的工艺让功耗得到了控制,而四核心的出色性能表现也让手机以及平板的性能得到了最大提升。目前国内很多手机以及平板厂商都采用了此款处理器,这款处理器也不再是三星一家独大。

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三星Exynos 4410和三星Exynos 4412对比

  在图形处理器方面,三星Exynos 4412搭载的是经过“超频”的Mali-400MP,相比双核上的Mali-400MP,4412上已经将原先的核心频率从之前的266MHz升级为400MHz,从而实现了图形处理能力大约50%的提升。不过这颗图形处理器有一个很大的缺点,就是兼容性一般,这主要是由于支持的纹理单一,并且不兼容许多主流特效造成的。而兼容性问题会在一些大型游戏中得到体现。

最强双核 OMAP4470解析

  在市面上的众多双核处理器中,美国德州仪器TI OMAP4470堪称全球最强双核,主要表现在保持低功耗的同时,最大限度地提高用户体验。OMAP4470采用智能多内核架构,具备2个Cortex-A9内核和2个实时电源效率Cortex-M3内核,以及1个最新2D图形处理器与Imagination PowerVR SGX544增强型3D图形技术。其高效率智能架构与电源管理技术包含热耗散,可在不消耗电池的情况下实现最高性能。

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OMAP4470性能更强

  OMAP4470处理器在设计的时候加入了Android与Windows 8理念,在图形性能与存储器带宽两方面的大幅改进,为推动新产品做了铺垫。其更大进步在于GPU领域,其内嵌图形核心从OMAP4430/4460的PowerVR SGX540升级为更强大的PowerVR SGX544。更重要的是提供了DirectX 9支持,从而对ARM版Windows 8有更好的支持。

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OMAP4470

  PowerVR系列GPU具有强大的性能和良好的兼容性,使其广泛应用于各品牌手机、平板电脑中。其中让人们熟知的则是苹果iPhone和iPad系列,从iPhone一代的PowerVR MBX-Lite到The New iPad的PowerVR SGX543MP4,PowerVR系列GPU一直给着苹果强大的图形处理支持,而三星的“银河”首作Galaxy S也使用PowerVR SGX540。而OMAP4470内置了PowerVR SGX544,则是该GPU系列最顶级的型号,三角形输出率达到88M/s,像素填充率达到 1250M/s。目前国产的智器和亚马逊的Kindle Fire HD都是采用此款处理器。

四核28nm制程 瑞芯微RK3188解析

  这款处理器由国内品牌瑞芯微设计,台积电代工制造。这也是继高通APQ8064之后第二款、国内首款采用28nm工艺的四核移动芯片,主要面向平板产品。RK3188采用四核Cortex-A9核心,官方宣称运算速度比Cortex-A7提升35%,除了性能强劲之外,全新28nm工艺还带来了更低的功耗,相比45nm LP SoC低功耗工艺,新工艺性能提升55%的,功耗节省60% 。

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瑞芯微RK3188处理器

    RK3188处理器采用双核ARM Cortex-A9架构,最高主频可达1.4GHz,采用40nm制程,支持多种内存类型,如DDR3,DDR2和 LPDDR2,还支持OpenVG 1.1, OpenGl ES 1.1/2.0。

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瑞芯微RK3188

    RK3188所采用的图形系统为ARM Mali-400 MP,该款图形系统支持采用多核GPU,所以瑞芯微为其搭载了4个GPU。支持1080P多格式视频解码,并且支持立体3D H.264 MCV视频编码。嵌入式HDMI 1.4a,支持3D显示。如今该款处理主要应用在国内一些平板厂商的产品中如原道、台电等。由于其成本较低,因此应用在平板产品上价格不会很高。

四核Cortex-A7 全志A31解析

  全志A31是珠海全志科技股份有限推出的一款四核移动应用处理器,其可应用于平板电脑、智能手机、智能电视等领域。采用4核Cortex-A7 CPU架构,全志A31芯片搭载八核GPU,可支持视网膜屏流畅运行,并且运行高分辨率下的屏幕程序及游戏也将变得毫无压力。内置Imagination 8核Power VR SGX544图形显示芯片,八颗显示引擎,使像素填充率达3000M/S,三角形渲染也同样达100M/S,游戏渲染的画质进一步提升,锯齿更少,画面更加细腻。

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全志A31架构

  A31还展现了全志第四代视频处理技术,支持最高达4096×2304像素分辨率的4K视频解码,4K播放器还支持多视频悬浮显示;视频引擎接口更加开放,开放标准的OpenMax接口。

  ARM Cortex-A7架构处理器的体系结构和功能集与Cortex-A15架构处理器完全相同,不同之处在于,Cortex-A7 处理器的微体系结构侧重于提供最佳能效,它在每个时钟周期内只能有序执行两条,在这方面它要落后于支持乱序执行且在一个时钟周期内可以执行四条指令的Cortex-A9以及Cortex-A15架构处理器。

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Cortex-A7 CPU架构

  全志A31拥有功耗管理系统。其内置智能电源管理芯片AXP221,A31在其配合下可实现电源动态管理,同时,A31还配备了一颗专门用于超低功耗管理的核心,实现了超长续航。A31集成4 lanes MIPI CSI接口,最大支持1200万像素摄像头,目前国内多数平板品牌采用该四核芯片方案,因为其更低的成本使得很多厂商推出更多售价较低的四核平板。

华为海思K3V2处理器

  海思K3V2,是华为自主设计的四核处理器,也是首个国产手机四核心处理器,同时它也号称是2012年业界最小的四核处理器。当然并不是说起制程而是处理器整个大小。海思K3V2同样基于Cortex-A9架构设计,其主频可分为1.2GHz和1.5GHz两个版本,该处理器的规格为12×12mm,其生产工艺是台积电40nm。

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海思K3V2处理器

  海思K3V2 支持智能功耗性能调节( Intelligence PowerPerformance Scaling)技术,为手机节能打下了一定的基础。同时,它还拥有非常丰富的外设接口以及传感检查功能,对手机/平板的扩展带来了最好的支持。

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Vivante GC4000参数对比

  图形显示方面,海思K3V2采用了两颗Vivante GC4000组成16核的GPU图形处理器。作为首款国产手机四核心处理器,华为在芯片推广方面并没有太多的作为。目前我们能够看到采用这款处理器的产品仅仅局限于华为自己的产品,如华为的MediaPad 10 FHD和MediaPad 10 Link。

高通处理器解析

  高通骁龙Snapdragon S3处理器,是运算速度高达1.5GHz的全球首款移动异步双核产品。提高集成度并提升性能。芯片组平台包括MSM8260/8660和APQ8060。高通骁龙Snapdragon S3为1.2-1.5GHz双核Scorpion处理器,依然采用了45nm工艺,由于采用异步的处理方式,在能耗方面比其他的双核处理器会有比较明显的优势。S3集成Adreno 220图形处理器,支持使用Open GLES 2.0和Open VG 1.1技术的3D/2D图形引擎,支持1080p视频播放,最高可支持1600万像素摄像头。整体性能上提升了将近1倍。

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高通骁龙Snapdragon S3介绍图

  MSM8660/8260采用了双核Scorpion处理器,主频1.2-1.5GHz。 AQP8060性能和MSM8260相同,不同之处在于AQP8060没有集成基带模块,该平台是专为平板电脑和大显示屏终端设计的处理器。

从单核到四核 高通骁龙各代处理器解析
高通骁龙Snapdragon S3产品系列

  在MWC2011高通上推出了代号为Krait(环蛇)的Snapdragon第四代移动处理器。将移动通信行业的处理性能提高到新的水平。Snapdragon S4处理器采用了最新的移动架构设计和技术,从而满足智能连接、高性能和低功耗的要求。

从单核到四核 高通骁龙各代处理器解析
高通骁龙Snapdragon S4

  高通骁龙Snapdragon S4采用28nm制程工艺,最高达2.5GHz的全新四核、双核及单核芯片组。此系列包括单核MSM8930、双核MSM8960和四核APQ8064,每个内核最高运行速度可达2.5GHz,较当前基于ARM的CPU内核全面性能提高150%,并将功耗降低65%。目前高通S3处理器在平板上应用较多,而其S4系列的处理器目前只在少数Windows 8平板上应用,这些平板的普及率并不是很高,因此市场上采用高通处理器的平板并不多见。

全球首款四核 Tegra 3解析

   首先,我们还是先来了解一下NVIDIA推出的Tegra 3处理器。2011年底,NVIDIA首次让Tegra 3在世人面前亮相,到2012年初,采用Tegra 3的平板已经开始在市场当中出现,目前已经非常普及,而NVIDIA在2013年的CES上发布的Tegra 4处理器性能更加出众同时还采用了Cortex-A15的架构,但由于并没有应用在产品上再次我们并不加以解析。

  Tegra 3处理器基于40nm制造工艺,采用了自家的可变对称式专利技术(vSMP)的核心架构设计,拥有四个基于Cortex -A9的主核心和一个协助处理器,四个Cortex-A9处理器频率最高可达1.5GHz,而协处理器的频率则保持在500MHz以下。

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Tegra 3处理器

  Tegra 3有着第5个核心。而其5个CPU核心在内部结构上完全一致,均为Cortex-A9架构。不过,其中四个采用高性能制程制造,为更高频率运行优化。而最后一个协核心则为低功耗制程(LP)打造,漏电流更低,为低频率运行优化,最高频率仅500MHz。

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Tegra 3处理器的主要核芯

  除了在核心处理器架构上的全新设计外,在显示核心方面,NVIDIA也将GeForce核心升级到了12核心ULP超低功耗GPU。在这方面NVIDIA可以说是熟门熟路,Tegra 3的GeForce ULP处理单元从上一代的8个提升到了这一代的12个,同时性能提升了100%以上。更为关键的是Tegra 3开始支持诸如PhysX、CUDA等原本是电脑平台上才有的高级功能,因此我们可以看到有关Tegra 3的专属游戏在实际体验的效果上十分出色。

  NVIDIA的Tegra 3是最早上市的四核心处理器,目前Tegra 3也是目前四核心处理器当中应用最为广泛的处理器,平板包括了Google Nexus 7、华硕EeePad Transformer Prime以及刚刚发布的微软Surface RT等等。

  总结:以上便是笔者为大家介绍的七大主流平板处理器的解析,相信大家看过之后会对平板电脑本身有一个重新的认识,同时也会明白为何市场上会有那么多低价的平板,而高价位的产品价格为何那么高,这都是为以后大家的选购有一定的好处,反观整个平板处理器市场,可以看到国内的厂商在比较注重产品的性价比,因此处理器的成本价格更加符合国内的消费情况,但性能不够出众,而国际品牌在研发上花费时间和成本较大,虽然价格较高但整体的性能出众。以笔者看来在区别产品差异化的同时也要注重产品的品质,更要发展产品的多样性,这样给消费者的选择也会更多。

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