深入浅出 自主架构下骁龙820亮点剖析

　　【手机中国 评测】Qualcomm骁龙820抛弃ARM公版方案、重启自主架构的设计是一大亮点，不少消费者对其在处理器性能、多媒体处理能力、网络连接、相机等方面表现尤其感兴趣，今天就让小编为各位读者深入浅出地探究一下Qualcomm骁龙820。

　　Qualcomm骁龙820的Kyro CPU采用了全新的自主架构，舍弃了Qualcomm骁龙810的ARM公版架构。其实，早在Qualcomm骁龙801时代，Qualcomm就已经有采用Krait自主架构的做法，只不过这一代Kyro CPU架构变成了64位。

自主架构前世今生

这两代Qualcomm骁龙处理器的详细区别

　　从上面的参数对比图可得，Qualcomm骁龙820和前作相比，引用iPhone 6s的广告宣传语几乎是“处处都不同”。更强的CPU和GPU，全新的14-bit双ISP处理器——Qualcomm Spectra ISP，业界最强的X12 LTE调制解调器，更低功耗的Hexagon 680 DSP，还有一系列全新引入的，保障系统安全性的设计，以及更快的Quick Charge 3.0快速充电技术。

Qualcomm骁龙820主要改进（Qualcomm官网）

　　更多关于Kyro CPU相关的内容，请参考之前“机情问答”的文章：

　　//www.cnmo.com/reviews/524139.html

Adreno GPU平分春色

　　众所周知，Qualcomm骁龙820的杀手锏除了Kyro CPU，还有Adreno 530 GPU。不管友商如何增强处理器性能，或者增加处理器核心数，甚至研发出自己的独立基带芯片，但是在GPU性能和兼容性上，Adreno GPU依然拥有无可比拟的优势。让我们简单回顾一下Adreno GPU进化史。

Adreno GPU进化史

　　从骁龙S1到骁龙S3，Adreno GPU完成了从65nm向45nm制造工艺的转变，功耗更低，发热更少，同时伴随着架构的不断优化，性能上也更加强劲。另一方面，Qualcomm骁龙S3上的Adreno 220，从前作仅支持720P视频解码升级到支持1080P视频解码，将用户带进崭新的全高清时代，摄像头最高支持1600万像素，直到今天为止，1600万像素摄像头才开始变成主流配置，可见当时Qualcomm的技术十分具有前瞻性，从此也奠定了Qualcomm骁龙处理器和Adreno GPU在业界领先的地位。

　　迈入2012年，更换了全新28nm制程的Adreno 320，无论是搭载在早期的APQ8064或者后续的Qualcomm骁龙600上，都能够充分发挥出当时Qualcomm最强的游戏性能，为用户带来稳定的系统体验（程序兼容性好），同时，Adreno 320正式支持OpenGL ES 3.0规范，最高支持2100万像素摄像头。

　　2013年，搭载在性能更强的Qualcomm骁龙800上的Adreno 330终于来了，相比Adreno 320，引入了对4K视频解码的支持，在2014年唱主角的Qualcomm骁龙801上更支持H.265格式的1080P视频解码。另一方面，Adreno 330正式为手机摄像头模组引入双ISP的概念，碰巧这个时候也是高像素大尺寸传感器、光学防抖镜片组、大光圈广角镜头等成像要素蓬勃发展的时代，摄像头模组更精密、更复杂的庞大数据量需要更快、更强的ISP进行分析和计算。

　　2014年下半年，Krait架构的最后一款处理器Qualcomm骁龙805搭载着当时最强的Adreno 420 GPU闪耀登场。相比前作，Adreno 420将DirectX规范提升到DX 11.2，同时也支持OpenGL ES 3.1和Open CL 1.2full规范。另一方面，正式支持H.265格式的4K视频解码，编码则暂不支持。纵然Adreno 420出现的时间不长，但是为后续的Adreno 430乃至如今的Adreno 530奠定了坚实的基础。

　　进入2015年，Adreno 418和Adreno 430这两颗双子星和Qualcomm骁龙808和Qualcomm骁龙810一样，让广大消费者再一次感受到Qualcomm在手机芯片上的诚意和实力。相比Adreno 420的28nm工艺，Adreno 418和Adreno 430采用了台积电全新的20nm工艺，带来了更低功耗和更佳的能效比。两款新品都支持最高5500万像素摄像头，同时，Adreno 430更将双ISP的寻址位数提升到14bit，带来更快的数据处理能力和更强的运算能力。相比Adreno 418，Adreno 430不仅支持H.265格式的4K视频解码（播放视频），同时也支持视频编码（录制视频）。

　　2015年11月，Adreno 530伴随着Qualcomm骁龙820粉墨登场，支持DX 12、OpenGL ES 3.1+AEP、Open CL 2.0、HDMI 2.0四种最新规范，带来更好的游戏和程序兼容性。另一方面，Adreno 430最高支持120fps的1080P视频解码，Adreno 530则提高到240fps。Adreno 430最高支持30fps的4K视频解码，Adreno 530则提高到60fps。拍照方面，虽然还是14bit的双ISP配置，但是更换成了全新的Spectra ISP，下文将会详细介绍。最后，为了最大程度上释放Kyro CPU和Adreno 530 GPU性能，Qualcomm选择了更先进的14nm制程，获得更佳的能效比。

多媒体娱乐和SoC关系

　　相比安兔兔和鲁大师让人咂舌的跑分成绩，消费者更关心的是Qualcomm骁龙820在大型游戏和多媒体影音方面的实际表现。Qualcomm骁龙820的多媒体处理能力，影音、拍照体验对应由SoC中：Adreno 530 GPU，Spectra ISP和Hexagon 680 DSP（充当辅助角色）决定。

Qualcomm骁龙820的SoC和ARM公版区别

ARM公版SoC规划

Qualcomm骁龙820的SoC规划

　　对比上述两份SoC设计图可得，无论是ARM公版SoC还是Qualcomm骁龙820的SoC，他们都拥有以下的主要模块：CPU、GPU、专门用于控制显示的模块、专门用于控制视频解码的模块、RAM控制模块。

　　另一方面，Qualcomm骁龙820的SoC，相比ARM提供给各大厂商的公版SoC，Qualcomm的SoC方案在细节上和公版相比拥有很大的不同。

　　首先，CPU部分更换成了Qualcomm自主架构的Kryo CPU，采用四核心设计，支持64位操作指令，更高的主频配合14nm FinFET制程，让Kyro CPU的能效比最大化。

　　其次，GPU部分更换成了Adreno 530 GPU，这也是Qualcomm相比友商拥有着出色的游戏性能和兼容性的核心原因。

　　再者，ARM近两年的SoC将视频加速器和显示处理器从GPU中独立出来，分别为视频解码和显示效果处理进行优化，这两个模块对应着Qualcomm骁龙820的Adreno视频模块和Adreno显示模块。简单来说，视频加速器（Adreno视频模块）主要负责独立处理视频编码和解码时候庞大的数据量，而显示处理器（Adreno显示模块）则主要负责添加降噪滤镜和背光调节等优化显示效果的功能。

视频加速器和显示处理器

　　最后，正如图片上显示，Qualcomm的SoC重点标示出LTE调制解调器、Spectra ISP和Hexagon DSP三个模块，这也正是Qualcomm骁龙820这套全新的SoC中的其中三个亮点。

Adreno 530助力多媒体处理

　　1、Adreno 530相比前作Adreno 430（Qualcomm骁龙810搭载）实现了图形性能和计算能力上最高达40%的提升，功耗则降低了40%。众所周知，Adreno 430相比Adreno 420（Qualcomm骁龙805搭载）性能提升30%，功耗降低20%。综合来看，短短经历了两代旗舰产品周期，Adreno GPU就已经实现了GPU性能上翻倍，功耗上减半的壮举，为满足用户需求并提升用户体验而定制开发性能强大的GPU，也是近年来SoC领域的一个趋势，这也是Adreno GPU相比友商ARM Mali系列，PowerVR G系列GPU始终保持领先地位的主要原因。

　　2、Adreno 530还支持OpenGL ES 3.1+AEP（Android扩展包）、Renderscript（3D播放和关于CPU密集型计算）以及全新的OpenCL 2.0和Vulkan标准。Vulkan能够最小化驱动过载，并在移动和嵌入式平台上支持多线程性能。

　　3、支持64位虚拟寻址，允许共享虚拟内存（SVM）并高效地与64位 Kyro CPU进行协处理。

　　4、已经优化的精密电源管理，全新的渲染、合成和压缩技术以更低功耗和更少的DRAM带宽实现更高的性能，当然，优秀的能效表现和14nm制程以及全新升级的Hexagon 680 DSP密不可分。

　　5、得益于Adreno显示和Adreno视频两个模块的配合，Adreno 530 GPU还支持通过HDMI 2.0以60fps帧率在Rec. 2020超高清（UHD）显示屏和电视上显示最高达4K HEVC（H.265）的视频。

　　6、优化的QualcommEcoPix和QualcommTruPalette，支持更长电池续航时间和更出色像素质量。

Spectra ISP让拍照效果和体验更上一层楼

　　Spectra ISP，采用最新的14bit双ISP，可提供更广泛的色彩和更自然的肤色。你还可以通过混合自动对焦框架及支持下一代运算摄影的多传感器融合算法实现更佳的照片拍摄。Spectra ISP支持最多三个摄像头，类似LG V10前面两颗摄像头和后面一颗摄像头，或者像HTC One(M8)前面一颗摄像头和后面两颗摄像头都行。

Qualcomm骁龙820出色摄像头表现

　　另外，Spectra ISP带来出色的高级自动对焦、自动曝光和自动白平衡，可以说是Qualcomm骁龙处理器成就完美图像的关键所在。Qualcomm Technologies为自动曝光和自动白平衡提供强大的解决方案，包括通过复杂的算法确定光线的颜色和强度范围，并“通知”ISP和图像传感器采用合适的处理方式，这样照片的对比度就不会过高或过低。另一方面，面对复杂环境光线，动态的局部色调映射（LTM）技术，是对色调重新映射然后叠加，从而实现高动态范围图像（HDR）。它增强了阴影的层次，使细节更加清晰；改善了对比度，使图片更清晰；最终使照片更接近真实场景的自然色彩表现。

Spectra ISP和Hexagon 680 DSP之间是如何相互配合？

　　正如上文所述，Spectra ISP可依赖Hexagon 680 DSP的协助，在不影响日常性能发挥的前提下，达到更低的功耗。具体来说，Qualcomm骁龙820将通过ISP和DSP自适应地增亮视频和照片中较暗的区域，照片不会再黑乎乎的。而Hexagon Vector eXtension（HVX）是一个全新的高级成像硬件功能，旨在帮助提高DSP的功率。借助于Hexagon 680 DSP低功率岛，面向传感器感知应用和Hexagon向量扩展技术，Qualcomm骁龙820在增亮处理时，性能是前几代Qualcomm骁龙处理器的3倍，省电能力同时也提高3倍。

Qualcomm骁龙820在实际生活场景中能够带给我们怎样的计算机视觉体验提升？

　　Qualcomm智能捕捉功能（Clever Capture）可以检测人的动作或面部微笑，然后触发照片连拍功能，你可以再从中选择最心仪的照片。

华为 Ascend P7

　　目前我们只能够实现像华为 Ascend P7上手动开启“连拍优选”功能，按下快门键后连续拍摄多张照片，之后让用户从中挑选出合乎心意照片。

金立E6

　　或者像金立E6的“笑脸快门”功能，基于人脸识别的原理，在检测到人物脸部表情发生变化的时候，手机自动拍照，无须用户手动按下屏幕快门键。而Qualcomm智能捕捉功能正是将上述两项功能结合起来，为消费者带来全新的拍照体验。

拍摄这种水球破裂的照片也不再是困难的事情

　　Qualcomm骁龙文本激活功能（Snapdragon Text Activation）可以读取和解释现实世界中的文字，并提出适当操作或应用建议。这项技术的雏形就是很多商务手机（例如联想P780）都搭载了的“名片全能王”，能够简单拍摄名片之后，名片上的信息就能够被识别并保存到手机联系人之中。根据Qualcomm的介绍，这项技术不仅仅能够实现这种识别图片的功能，还能够在识别到网页链接的时候，询问用户是否打开浏览器进行浏览，相当人性化。

Touch-to-Track

　　Qualcomm触摸跟踪功能（Touch-to-Track）已在部分基于骁龙的移动终端中实施，在Qualcomm骁龙820中，这项功能得到了Hexagon 680 DSP 硬件的支持，并实现了较低的功耗。要解释Touch-to-Track技术，我们以小米手机4为例。

小米手机4官网宣传

　　从上图看出，小米手机4摄像头能够追踪并锁定对象，跟随移动路线连续对焦，动态调整焦点并计算曝光。根据Qualcomm的描述，用户可以对选定的对象进行放大、过滤或使用其它功能，配合动态追踪对焦技术，甚至在它们移动的时候也可以进行。用户还可在画面内跟踪多个对象，在对象或背景上使用效果（比如改变对焦）。以前只能够在专业相机上实现的功能，现在在智能手机上也能够轻松使用。

ARM的Mali-T880 GPU和Qualcomm的Adreno 530 GPU相比，性能上谁更占优势？

　　将Adreno 530 GPU和Mali-T880 GPU参数对比可得，Mali-T880 GPU相比前作更换了16nm FinFET制程打造，得益于制程的进步，Mali-T880 GPU将主频从前作的650MHz提升到850MHz，但是功耗却下降了40%。除此以外，并没有像Adreno 530 GPU引入全新的技术和模块优化多媒体方面处理能力。

　　正如上文所述，Adreno 530 GPU配合Spectra ISP、Hexagon 680 DSP在多媒体处理、影音和拍照方面都有全面的提升，而且功耗也降低了。目前来看，如果Mali-T880 GPU只是Mali-T760 GPU的频率放大版，那么Adreno 530 GPU的优势将十分明显。细心的读者也会发现，Mali-T880 GPU是不支持DirectX 12的。

称霸武林的独门秘方

　　一如既往，Qualcomm为Qualcomm骁龙820配备了全球传输速度最快的X12 LTE调制解调器，其中，下行速度最高达到了600Mbps，上行速度最高达到了150Mbps，让Qualcomm骁龙820再一次问鼎基带芯片领域的王者宝座。

Qualcomm官网对比图

　　从上图也能够看出Qualcomm骁龙X系列LTE调制解调器目前主推三个型号，除了搭载在Qualcomm骁龙820上的X12 LTE调制解调器，还有X7 LTE调制解调器，以及搭载在Qualcomm骁龙616上的X5 LTE调制解调器，目前采用这颗处理器的机型有华为 麦芒4和荣耀7i。

　　为什么Qualcomm家的基带芯片能够达到如此快的传输速度？最重要的原因就是载波聚合技术。更多和Qualcomm骁龙X系列LTE调制解调器和载波聚合技术有关的内容，请参考：

　　//www.cnmo.com/guide/521223.html

　　结束语：本期文章，我们对Qualcomm骁龙820的Kyro CPU、Spectra ISP、Adreno GPU、骁龙X12 LTE调制解调器等模块进行了深入浅出的介绍，另外也介绍了Hexagon 680 DSP如何配合ISP和GPU，在多媒体处理、影音和拍照方面，降低整套SoC的功耗。相信各位读者对Qualcomm骁龙820这套自主架构的方案以及SoC内各个模块的全新特点已经有一定的了解。

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