【手机中国 评测】虽然Qualcomm骁龙820已经发布了一段时间，但是随着消费者不断竞猜哪一家厂商将会夺得Qualcomm骁龙820的首发这项殊荣，让这颗处理器的关注度依然很高。
本期文章小编将通过对比Qualcomm骁龙820与骁龙810在性能等各方面参数上差异，看看Qualcomm骁龙820在性能以及功耗上的升级与优化究竟有哪些？我们先看一张图：
Qualcomm骁龙820和骁龙810横向对比
通过上图对比分析，Qualcomm骁龙820在性能方面提升主要体现在自主架构设计下，主频能够达到更高的Kryo CPU四核处理器，图像处理性能更强的Adreno 530 GPU，全新的14bit双ISP处理器Spectra ISP，更快更稳定的X12 LTE调制解调器。
Qualcomm骁龙820在功耗方面提升主要体现在处理器采用了更先进、拥有更高能效比的14nm制程打造，全新升级的Hexagon 680 DSP，进一步强化的Quick Charge 3.0快充技术。
下面我们分别针对上面提及到的改进，详细聊聊这颗Qualcomm骁龙820。
自主架构那些事
iPhone 4开始，苹果正式采用“A系列”的名称，用以命名旗下自主架构设计的处理器。
Qualcomm骁龙系列处理器自Qualcomm骁龙S1开始，就已经采用自主架构设计，从单核、双核的Scorpion，到四核的Krait，再到如今的64位架构Kryo，一步一个脚印地打造其处理器帝国的基石。
受Qualcomm在全球手机处理器市场的影响，三星、联发科、LG、联想、小米、华为、中兴纷纷传出需要自主设计处理器架构的消息，可谓百花齐放。究竟Qualcomm的自主设计架构有什么魅力，能够让全球的IDM、Fabless和手机厂商纷纷投身到自主设计芯片的热潮中？先用一张图简单介绍一下IDM、Fabless和Foundry三者之间关系，感兴趣的读者在下文也会详细介绍。
IDM、Fabless和Foundry三者之间关系
既然有自主设计架构，自然就有公版架构，而这个公版架构就是ARM。在PC市场有Intel和AMD统领的x86架构处理器，而在手机和平板市场则是ARM架构处理器占去了一大半的江山。如今的三星、联发科、华为纵然拥有自主设计的手机处理器，例如Exynos 7420、MT6795、麒麟950，但他们依然采用了ARM Cortex-A系列的内核，严格意义来说架构在根本上没发生改变，正如如今那些所谓深度定制的Android系统，底层依然是Android系统，但是交互层的UI设计和逻辑修改成了手机厂商深度定制的模样。
苹果和Qualcomm则不同，以最新的苹果A9和Qualcomm骁龙820为例，他们采用的自主研发处理器，在架构上并没有直接采用Cortex-A系列的核心（例如Cortex-A72或者Cortex-A53），只是采用了ARMv8架构的指令集。
当年采用了32位指令集的Krait架构，和如今支持64位指令集的Kryo架构，相比同时期那些双4核和真8核处理器架构，无论性能上还是能耗上表现都让人印象难忘。自主架构的优势，第一点就是用最少数目的核心打造更强性能和更低能耗的处理器。这一点在之前的文章有讨论过，详细请参照：“机情问答：全面了解Qualcomm骁龙820”中，关于“Kryo CPU四核心相比如今烂大街的8核处理器会不会出现性能上的瓶颈？”这个问题的解答。
链接如下：//www.cnmo.com/reviews/524139.html
除了用更少的人做更多的事情这个好处，Kryo CPU自主设计架构还对ARMv8指令集进行了优化。众所周知，ARMv8指令集兼容32位和64位两种指令，继承了ARMv7架构的TrustZone、虚拟化技术和NEON advanced SIMD技术。而TrustZone就是ARM提供给其它Fabless厂商的安全接口，用于加密存放指纹识别模块记录的隐私信息等敏感内容，Qualcomm在公版的基础上进一步加强这方面的内容，提出“Sense ID指纹识别”。这项技术在年初的MWC上正式提出，和如今手机厂商普遍采用的电容触控板指纹识别模块不同，“Sense ID指纹识别”模块采用的是超声波技术扫描指纹，相比电容传感器记录的二维指纹图像，超声波扫描还能渗透到皮肤表面之下识别出指纹独特的3D特征，对于手指沾有污垢或者不便使用手指解锁的场合，“Sense ID指纹识别”无疑是一个不错的选择。另一方面，“Sense ID指纹识别”和普通的电容式指纹识别技术不同，需要将指纹识别模块和Qualcomm骁龙处理器密切配合才能够工作，有赖于Qualcomm自主设计架构修改了ARMv8指令集和TrustZone接口的内容，扩充了ARM公版架构的内容，考虑到用户更多实际场景。
Sense ID指纹识别
另一个优势就是理论上最大主频相比ARM公版架构，能够达到更加高水平。众所周知，前两年在Krait 450架构（Qualcomm骁龙805处理器）上，Qualcomm最终以2.7GHz的杰出成绩为Krait架构画上了圆满的句号。相比同时期采用Cortex-A15架构的处理器，例如三星Exynos 5410、Exynos 5430的最高主频都要高出不少。类似地，作为Kryo CPU的对手，ARM的Cortex-A72内核最高能够达到的主频仅为2.5GHz，而Qualcomm公布Kryo CPU最高能够达到3GHz主频。进一步体现了Qualcomm自主架构的优势。
和ARM公版架构相比，最后一点优势就是，以Kryo CPU为核心，负责管理整个SoC的不同配置，选取最高效和最有效的处理器与专用内核组合、并以最低功耗，最快地完成任务的Qualcomm Symphony System Manager。这也是打通Qualcomm骁龙820内部各个模块（CPU、GPU、ISP、DSP等）的“中枢神经系统”和“司令部”。针对ARM公版架构模块间在通讯性方面关联性不强的软肋，在Kryo CPU自主架构上有针对性加强。这也是Qualcomm在看到今后异构计算逐渐成为市场主流的背景下，在自主架构设计上引入的全新思维。
Qualcomm Symphony System Manager（截图来自Qualcomm）
关于芯片的制程
提到降低功耗，无论是智能手机还是PC领域，提高处理器的制程是一个绝佳的办法。伴随着处理器架构不断迭代，芯片内部的晶体管呈指数式的增长，处理器的性能也成倍地增长，但是芯片的体积却越来越小，发热和功耗也越来越低，这主要得益于制程和工艺。
结合IT界著名的摩尔定律，其实就是说所有的电子芯片（CPU、GPU、存储等），每隔一段时间就会更新架构，之后每隔一段时间又会更新制程，之后又回到更新架构状态，然后又是更新制程，周而复始，循环往复。
典型的例子就是Intel在2007年左右正式提出的“Tick-Tock”定律，大概以一年为周期，用一年时间更新处理器架构，再用一年时间更新处理器的制程，让产品线迭代变得很有规律，目标明确。架构先进性只能够保证处理器性能彪悍，但是制程和工艺的进步才是让架构更新顺利进行的关键，如果空有先进的架构，却受制于制程和工艺的落后，再强悍的性能也无法全部发挥出来，因为发热和功耗无法控制。
Intel的“Tick-Tock”定律
Qualcomm的芯片路线图
Qualcomm深知其中道理，Qualcomm骁龙820采用了14nm制程打造，目前也是业界首屈一指的工艺节点。纵观PC和手机端的处理器更新历程，在制程上的较量可谓龙争虎斗。请看下图：
PC和手机端的制程迭代
直到目前为止，Intel、三星、Qualcomm、苹果、华为的处理器都分别迈入14/16nm的工艺节点，正如上文所述，这些厂商能够在先进的工艺节点下充分发挥处理器最新架构的最大潜力，带来更强的计算性能和多媒体处理能力。当然，除了Intel和三星拥有自己的晶圆厂，能够将IC设计、芯片制造、芯片封装、测试、投向消费市场五个环节一手包办以外，Qualcomm、苹果、华为的处理器在设计好芯片之后，就需要找相关的Foundry（代工厂，例如台积电、GlobalFoundries）进行代工生产。综上所述，Intel和三星俗称IDM，Qualcomm、苹果、华为俗称Fabless，台积电和GlobalFoundries俗称Foundry。
从上面图片可得，Intel作为“Tick-Tock”定律的提出者，在更新制程的步伐是最有规律的，不会在某个工艺节点上停留时间过长，也不会一年更新几次制程，类似的还有三星，这主要得益于两家厂商拥有自己的晶圆厂，一手包办设计、制造、封装等多个环节，很好地把控着每一代制程的诞生和更替时间。
当然也有例外，像Qualcomm和苹果，纵然没有自己的晶圆厂，但是凭借在业界的影响力和知名度，充分发挥行业老大对下游厂商把控力，让拥有晶圆厂的三星和台积电将最新的工艺生产流水线提供给Qualcomm和苹果的产品，这也是Qualcomm骁龙处理器和苹果A系列处理器一直以来领先同行的其中一个原因。
严格意义上说，14/16nm属于同一代制程，20/22nm也是属于同一代制程，所以上述图片的工艺节点可以合并为14/16nm、20/22nm、28/32nm、40/45nm、55nm、65nm，同一代制程的处理器粗略来看，在发热和功耗上的控制能力相仿，当然具体还要看看具体采用了哪种工艺技术，偏向性能优先还是能效比优先的节点工艺，这些内容有些超出本文范围，有机会再和大伙分享。关于14/16nm、28/32nm等工艺节点属于同一代制程的说法，其实早就PC时代就已经成为晶圆厂“视觉欺骗”的一种手段，看上去好像比对方的晶圆厂更先进，小了几nm数值（理论上数值越小越好），但是其实还是同一代制程下的产物，请看下图：
PC平台制程较量
细心的读者应该已经发现，Intel和AMD的处理器制程在某一段时间总比Nvidia和AMD/ATI的显卡制程落后那么几nm，当处理器处于45nm工艺节点的时候，显卡处于40nm。当处理器处于32nm工艺节点的时候，显卡处于28nm。这种错落有序的“视觉欺骗”背后，其实就是晶圆厂之间“数字游戏”，实质上并没有两代制程（升级换代）之间变化那么大。32nm、22nm制程打造的处理器相比32nm、28nm制程打造的处理器，前者两种制程间为处理器性能带来的差距更大。接下来我们简单（节选部分周期）回顾一下PC和手机处理器的制程历史，先看65nm~32nm，如下图所示：
65nm~32nm的制程历史回顾
当Intel和AMD的处理器在65nm制程之际，也正处于PC处理器比拼核心数目的时代，双核处理器崭露头角。反观手机端处理器到达65nm制程的时候，Qualcomm骁龙S1才刚刚启用自主架构设计，还是单核时代。进入40/45nm制程之后，Intel和AMD的四核处理器斗得不可开交，手机处理器方面，受Nvidia的带动，Qualcomm、三星、联发科等厂商纷纷开启“核战模式”，Nvidia更率先在40nm制程上使用了四核处理器，让手机处理器的“核战”一发不可收拾，延续到今天的8核、10核乃至12核心的竞逐。这是个反面教材，当时全球首颗四核手机处理器——Tegra 3，普遍消费者都认为这是一颗仓促上阵的处理器，并没有像Qualcomm和三星的四核处理器使用更先进的28/32nm制程节点，导致发热大、功耗高，所搭载的手机，例如HTC One X，经常出现因机身过热而自动重启的现象，耗电也十分严重，可见先进制程才能够让最新架构充分发挥潜力。接着是28nm~14nm制程的处理器历史回顾，请看下图：
28nm~14nm的制程历史回顾
伙伴们第一时间肯定注意到采用28nm的处理器特别多，由于历史的原因，在28/32nm制程上，除了Intel轻松越过工艺瓶颈，来到了22nm工艺节点，有条不紊地继续实施“制程年-架构年”的迭代计划，三星和台积电等厂商普遍遇到棘手的技术难题，导致将近两年时间没有更新手机处理器的制程，而采用这些厂商流水线的上游处理器厂商受到了波及，Qualcomm、AMD、Nvidia、三星、苹果全部都无一幸免。不过即使没有得到最新的制程支持，Qualcomm骁龙800系列处理器依然称霸了安兔兔和鲁大师的跑分宝座多时，苹果的A系列处理器也步入了64位处理器全新纪元。
踏入2015年，当20nm制程日趋成熟，三星、Qualcomm和苹果终于能够将最新的处理器架构推向市场。另一方面，Intel早在前两年就已经成功量产14nm制程的PC/笔记本处理器，三星、台积电也终于在今年和Intel回到同一起跑线，量产出14/16nm制程的处理器，让Qualcomm骁龙820在内的，更强更注重能效比的处理器搭载在最新的手机上。最后请大伙看看下图：
三星、苹果、Qualcomm之间制程更新换代的节奏很相似
三星、苹果、Qualcomm的处理器制程迭代节奏是不是很相似？三者之间是否存在着什么基情？众所周知，三星为苹果提供了多款A系列处理器的制造流水线，反观Qualcomm和他们之间好像并没有什么强关联。答案在下面：
6家手机处理器厂商背后对应的晶圆厂
在45nm制程，Qualcomm骁龙S2和骁龙S3采用了台积电的工艺，这个阶段，台积电同时量产出40/45nm两种同制程的流水线，40nm流水线代表有联发科的MT6577和Nvidia的Fermi架构显卡内核，45nm流水线则有Qualcomm骁龙S2和骁龙S3为代表。
28nm制程嘛，正如上文所说，全球晶圆厂基本上遇到技术瓶颈，导致大伙都停留在28nm上，三星、苹果和Qualcomm处理器在制程上又会师了一次。
14nm制程的第三次相遇，则是因为苹果和Qualcomm不约而同选择了三星为代工厂，负责生产最新架构的处理器，凭借三星这两年在半导体行业的优秀制程技术，加上Qualcomm处理器全新设计的64位自主架构，强强联手下打造Qualcomm骁龙820的表现值得期待。
综上所述，Qualcomm骁龙820出色的性能和功耗控制，不仅得益于Kryo CPU，而且还和14nm的制程密不可分。
Adreno 530在多媒体处理能力上进步
相比Qualcomm骁龙810的Adreno 430，Qualcomm骁龙820上的Adreno 530在性能上提升40%的同时，功耗降低40%。另一方面，对4K视频解码的能力从Adreno 430的30fps提高到60fps，同时，对1080P视频解码的能力从Adreno 430的120fps提高到240fps。
Adreno 530 GPU介绍（截图来自Qualcomm）
对用户体验实际的加分作用就是观看4K视频和1080P视频的时候，面对高码率和高压缩的视频文件，例如HEVC视频，在解码的时候会更加迅速，带来更加流畅的视觉体验。想要在手机上流畅播放《烤鸭》、《鸭子飞了》等常用测试视频也不再是梦，即使是《美国风光》和《少女时代》那种变态码率的4K视频，也仍然比没有采用Adreno 530 GPU的手机流畅。
知名4K测试视频《烤鸭》
知名4K测试视频《少女时代》
得益于Adreno 530优秀的多媒体处理能力，实时渲染出的图片，无论是光影、纹理、质地的表现都相当出色。
Adreno 530优秀的多媒体处理能力
另一方面，Adreno 530并不是孤立地存在在Qualcomm骁龙820的SoC中，而是和Adreno视频模块、Adreno显示模块协同工作，在带来出色解码速度的同时，也相对逼真和准确地还原到手机显示屏上，减少延迟和失真。
更多关于Adreno 530 GPU的内容，可以参考之前的文章“深入浅出 自主架构下骁龙820亮点剖析”。
文章链接：//www.cnmo.com/reviews/526159.html
独立的ISP有什么好处？
很多读者经常听别人说独立的ISP好处多多，但是却不是很清楚有哪些好处？甚至连ISP是什么也不是很清楚。众所周知，CPU负责处理通用逻辑数据，GPU则负责处理图像方面的多媒体数据，ISP则是负责处理拍照模组反馈的信息，也是另一颗重要的处理器，还有下文提到的DSP等模块，共同打造Qualcomm骁龙820的异构计算体系，各模块合理分工并协同工作，最大效率地优化日常工作流程。
我们回忆一下拍照时候的流程：打开快门的瞬间，当光线透过镜头、光圈之后，折射并传递到摄像头感光元件（CMOS）上，产生光电效应，这个时候CMOS传感器就会将这些数据传递到ISP进行处理，最终将电信号转化为肉眼可见的数码相片，显示在屏幕上。
成像原理
整个过程中，ISP起到关键作用，不仅仅需要准确还原CMOS上得到的数据，还要对部分有瑕疵和损坏的数据（例如噪点、亮度衰减、肤色苍白）进行算法优化。华为、锤子等手机厂商经常强调自己的SoC采用了独立的ISP芯片，这里所说的独立ISP芯片并不是指Qualcomm平台自带的ISP芯片，而是其它厂商的ISP，例如ALTEK 6010。殊不知，其实Qualcomm处理器自带的ISP本身的算法优化和成像表现已经比较出色，关键是，无论采用Qualcomm SoC的独立ISP还是ALTEK 6010等第三方厂商提供的独立ISP，关键还是得看芯片厂商和手机厂商的配合，正如独立显卡并不一定比集成显卡强一样的道理。
回到Qualcomm骁龙820的Spectra ISP上，虽然和Qualcomm骁龙810的ISP都是14bit双ISP处理器，但是在细节上进行了优化。首先，通过ISP和下文提及的DSP进行配合，自适应地增亮视频和照片中较暗的区域，在保证视觉效果的前提下减少ISP的功耗。其次，Spectra ISP支持最多三个摄像头，让更多智能手机能够享受奇酷手机 旗舰版、HTC One(M8)、LG V10这些三摄像头手机带来的拍照乐趣。
Spectra ISP支持最多三个摄像头
Spectra ISP最大的特色还是其出色的场景检测系统背后的Zeroth认知平台，支持下一代计算摄影（认知计算）。索尼Xperia Z系列旗舰机的“金相机”模式，vivo Xshot中的“自动场景”模式，联想乐檬X3的“智画智能场景”模式，其实都是场景检测系统的实际应用，通过相机内部ISP智能分析被摄物所处的实际环境究竟是室内、室外还是其它地方？然后通过ISP的算法对拍摄场景的曝光、色温等参数进行优化，真正做到随手一拍，让用户减少调整复杂的相机参数。
三种自动检测场景的模式
除了能够智能识别场景，还能够判断被摄物是否文本/一大片文字，从而调用内部算法对拍摄文本内容进行优化，例如HTC One X相机和vivo Xshot就有类似的“文本模式”，前者主要让相片变成黑白两种颜色，增强文字和背景的对比度，更好地保留文本阅读的视觉效果。后者则具备“文档纠正”功能，能够将拍歪的文本通过算法调整，最终以正面拍摄的效果呈现在屏幕上（一张为调整前，一张为调整后的照片）,这些其实都是手机处理器内置功能带来的实际应用扩展。
vivo的“文档纠正”功能
手机厂商以前可能需要通过额外的方式完成“场景识别”和“文档模式”的功能，而Spectra ISP就是通过提供相关接口给手机厂商，让他们不再需要单独通过其它软硬件的方式就能轻松实现上述功能。
上述的拍照功能只不过是Zeroth认知平台的一个方面——图像识别和模式识别（视觉认知），其实还有音频识别、深度学习神经网络等技术。
Zeroth认知平台
Qualcomm骁龙X12 LTE调制解调器的定位
提到Qualcomm骁龙处理器的性能表现，Qualcomm骁龙X系列LTE调制解调器其实也是其中的一部分，和三星、联发科的旗舰处理器相比，Qualcomm的处理器最大的优势就是在SoC中集成了自家的基带芯片，为消费者带来疾速的网络体验，凭借Qualcomm在通讯行业的多年积累，也带来了稳定的信号质量和通话效果。另一方面，Qualcomm基带芯片除了在旗舰级别的型号中实现了全网通功能，即使是Qualcomm骁龙410这种中端芯片也默认支持三网（中国电信、中国联通、中国移动）通吃。
相比Qualcomm骁龙810的Qualcomm骁龙X10 LTE调制解调器，Qualcomm骁龙820上搭载了最新的Qualcomm骁龙X12 LTE调制解调器，前者的LTE类别已经达到Cat.9的高度，横向相比同时期三星Exynos 7420、苹果A9、联发科Helio X10和华为Kirin 930所搭载的基带芯片，最高也只是达到Cat.6级别的传输速度。纵然已经领先，但是Qualcomm骁龙820依然没有松懈，采用的基带芯片传输速度达到了Cat.12/13的全新高度，为明年各大厂商升级换代后的竞争产品提前做好准备。这块基带芯片理论最高下行速度达到了600Mbps，上行速度达到了150Mbps。以下是Qualcomm官网关于自家的调制解调器种类介绍：
Qualcomm骁龙X系列LTE调制解调器的分类
如今，越来越多手机厂商开始在系统中加入“蜂窝数据”（4G网络）和“Wi-Fi”同时下载的功能，侧面也反映出如今的网络速度已经可以和Wi-Fi传输的体验相提并论，在必要时候可以两种下载模式同时并行，合力加速完成任务。系统功能上的进步，幕后功臣自然就是硬件设备，得益于Qualcomm骁龙X系列LTE调制解调器的传输速度不断提速。随着网络运营商的后续跟进，未来将有更多搭载Qualcomm处理器的机型能够享受到这种“双下载模式”的快感。
Hexagon 680 DSP如何节省能耗
Hexagon 680 DSP（截图来自Qualcomm）
Hexagon 680 DSP作为Qualcomm骁龙820的SoC中另一颗至关重要的芯片，首先能够分担Kryo CPU的任务，充当类似苹果M系列协处理器的角色，将部分传感器的计算任务转移到自身，减少唤醒CPU的次数。其次，对于图形运算任务比较重的Adreno 530 GPU，不少消费者会比较担心能耗方面的问题，全新架构的Hexagon 680 DSP能够让Adreno 530 GPU相比Adreno 430 GPU性能提升40%的同时，能耗却降低40%。最后就是上文提及到的，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。
Hexagon Vector eXtension（HVX）
Quick Charge 3.0究竟有多快？
除了依靠14nm制程和Hexagon 680 DSP降低整套SoC平台功耗，在Quick Charge快速充电技术上也迎来了突破。Quick Charge 2.0相比Quick Charge 1.0技术充电速度已经提升了不少，是普通充电方式的1.75倍。而Quick Charge 3.0相比Quick Charge 2.0又提高了38%，最终根据Qualcomm给出的数据，QC 3.0的充电速度是传统充电方式的4倍。届时各位读者不妨和OPPO的VOOC闪充进行一下对比。另一方面，如今市面上（除OPPO的VOOC闪充）搭载了Qualcomm处理器的手机，只要提及到快充技术，其实都是脱胎于QC 2.0快速充电技术，可见Qualcomm除了基带芯片在行业中拥有定制标准的地位，快速充电技术也不遑多让，成为了多家厂商制定技术标准的参照，这大概就是“三流企业销售产品，二流企业提供服务，一流企业制定标准”的道理吧。
三代Quick Charge快速充电技术对比
结束语：相比Qualcomm骁龙810，采用全新自主架构的Kryo配合先进的14nm制程联手打造的Qualcomm骁龙820，充分权衡了性能和功耗问题。另一方面，Qualcomm Symphony System Manager将Qualcomm骁龙820内部各个异构计算的模块打通，根据实际场景需要，合理调度最佳的解决方案和核心去处理每一项任务，最大限度提高工作效率和降低能耗，不浪费硬件资源。最后，凭借Hexagon 680 DSP分别配合Kryo CPU、Adreno 530 GPU、Spectra ISP三大模块在保证性能的同时做到“节能减排”，当然还有Kryo CPU，只用4颗核心去处理其它厂商需要8颗核心才能够完成的任务，高效率的表现。
综上所述，Qualcomm骁龙820就是Qualcomm针对前作在性能以及功耗上的全面升级与优化的解决方案。
版权所有，未经许可不得转载
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