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手机cpu真相

骁龙865为啥最厉害？CPU和GPU架构了解下！手机的“心脏”只有指甲盖大小 ， 但凭借着高集成度的SoC身份 ， 这种芯片却完美诠释了“麻雀虽小五脏俱全”的定义 。 如果说指令集架构和制程工艺决定了SoC的天赋（详见《硬核科普！为啥说SoC的性能取决于架构和工艺？》） ， 那SoC的直观战斗力则全看CPU+GPU模块的规格了 。 骁龙865之所以是Android手机圈综合性能最强的SoC ， 就是源于其集成的GPU更加强悍 。 接下来 ， 我们就将SoC分解 ， 并先来看看影响其绝对性能的这两个关键模块 。 CPU：性能基石在SoC的组成部分中 ， CPU是最关键的核心单元之一 ， 我们可以将它理解为PC上的酷睿处理器 ， 而它的强弱主要受到以下几个参数的影响 。 手机专用的SoC都属于“ARM处理器” ， 而ARM公司与芯片厂商的合作则存在3种形式：原生Cortex-A系列架构ARM公司平均每年都会推出全新的“原生”（公版）架构 ， 包括性能级的Cortex-A7x ， 以及效能级的Cortex-A5x ， 前者可以作为CPU中的“大核” ， 目前SoC正好处于Cortex-A76向Cortex-A77之间的过渡阶段 ， 2020年中旬ARM还将祭出Cortex-A78架构 。 Cortex-A架构版本越高 ， 性能越强后者则属于CPU中的“小核” ， Cortex-A73或更早期的大核都会与Cortex-A53搭配 ， 从Cortex-A75开始则与Cortex-A55“联姻” ， 短期内ARM还没有更新效能级核心架构的计划 。 基于Cortex的半定制化架构芯片商在拿到ARM原生Cortex-A的架构后 ， 可以对其进行一定程度的改造 ， 从而实现更高性能、更多功能或更低功耗 。 高通旗下的骁龙SoC总会采用名为“Kryo”的核心架构 ， 而它们就都是基于原生Cortex-A架构半定制化而来 ， 业内人士还习惯将这种形式称为“魔改” 。 华为从麒麟980开始 ， 包括最新推出的麒麟990 ， 也是主打Cortex-A框架 ， 但是属于公版框架 。 如果ARM拒绝麒麟 ， 那么海思芯片就没有技术可言 ， 因为其不具备自研的技术实力 。 这也是ARM不看重麒麟海思的原因 。 而联发科和海思芯片一样 ， 采用公版框架 ， 这样可以节省很多科研费用 ， 也就是某公司宣传每年投入几百亿科研费用 ， 实际上百分之九十九没有用在Cortex的研究上 。 基于指令集的自研架构如果芯片商只凭借ARM的指令集授权 ， 并在此基础上研发芯片 ， 则可被归类到“自研”架构 。 比如骁龙820采用的Kryo核心、三星猫鼬（Mongoose）核心、苹果从A5往后的SoC就都采用了在ARM指令集基础上的自研CPU架构 。 而联发科和海思属于公版框架 ， 就是那种直接花钱买框架拿来用的 。 从ARM授权的成本角度来看 ， 采用原生架构的授权费用最低 ， 魔改次之 ， 基于指令集的授权最高 ， 而且芯片商想在ARM指令集基础上加以定制优化以形成自己独特的设计 ， 还需要强大的研发实力 ， 所以目前只有苹果、高通和三星有所涉猎 。 从性能的角度来看 ， 不同时期的架构之间则存在明显的性能压制 ， 比如Cortex-A77天生就比Cortex-A76更强 ， 同一时期的原生、魔改和自研架构之间的差异其实很大 ， 受制于核心数量、多丛集和最高主频方面的影响也不小 。 像A系列和骁龙系列 ， 因为投入技术力量和魔改研发费用 ， 在性能和稳定性方面 ， 远超联发科和海思芯片 。 多丛集设计我们都知道Cortex-A7x性能比Cortex-A5x更强 ， 为什么没有SoC采用全部由Cortex-A7x打造的多核处理器？答案很简单 ， 高性能的背后就是高功耗 ， 为了让智能手机可以具备至少一天一充的续航底线 ， 手机SoC必然要采取“大小核”（Cortex-A73之前称Big.Little ， Cortex-A75之后为DynamIQ Big.Little）的搭配策略 。 从Cortex-A75开始 ， DynamIQ技术可以实现更灵活的核心搭配为了更好地权衡性能和功耗 ， 手机SoC在“大小核”的基础上还引入了“多丛集”的概念 ， 比如联发科天玑1000就是了“4+4”双丛集的代表 ， 由4×Cortex-A77和4×Cortex-A55共计8个CPU核心构成 。 麒麟990属于A76落后一代而且是公版框架 ， 骁龙865是最新A77魔改框架 。 可见 ， 成本和技术实力就差很多 。 实际上麒麟990和骁龙855是同一代的soc ， 但是麒麟990因为是公版框架 ， 性能和成本都不如骁龙855 ， 和骁龙855plus也差很多（都是7nm工艺 ， 有没有e ， 都是7nm ， 不要相信海思的7nm带e的会比7nm或者5nm强 ， 否则会被洗脑 。 ）差异是前者采用了“2+2+4”（2×A76+2×A76+4×A55） ， 后者则是“1+3+4”（1×Kryo 585+3×Kryo 585+4×Kryo 585） ， 即大核+中核+小核三种核心搭配的策略 。 在不考虑功耗的前提下 ， 自然是大核架构越先进 ， 数量越多性能越强 。 骁龙865的三丛集设计但是 ， 现实中SoC在全速运行（玩游戏）时CPU非常容易因过热而触发降频机制 ， 从而导致性能骤降引起卡顿问题 。 因此 ， “2+6”的双丛集和“1+3+4”或“2+2+4”的三丛集设计正逐渐成为主流 。 运行频率CPU的性能强弱 ， 除了受制于核心架构和多丛集设计 ， 运行频率的影响总是更加立竿见影 。 我们都知道Cortex-A77架构比Cortex-A76架构强 ， 2019底才刚刚量产的联发科1000L（大核为Cortex-A77）的CPU性能比2018年底上市的麒麟980（大核为Cortex-A76）强很多 。 不要被洗脑文章误导 。 现在手机soc玩的就是框架 。 你会信联发科1000L比不上麒麟960吗？但是这种文章就是会出现 。 也许是麒麟海思太自大了 ， ARM如果不卖给它公版框架 ， 那么 ， 它就整天吹嘘它拥有的框架 诋毁新版更新的框架原因很简单 ， 联发科1000L的大核主频2.2GHz是最新A77框架公版 ， 而麒麟980的主频2.6GHz也是公版 ， 更高新的框架足以弥补频率上的劣势 。 就像i7第十代 ， 及时性能再差 也要比i7第一代强 。 相同SoC的手机之间 ， 散热设计越好的手机性能往往也是最强的因此 ， 对于同期同级别的SoC而言 ， 谁的CPU主频更高 ， 往往更容易取得性能上优势 。 当然 ， 前提是手机自身的散热设计必须过硬 ， 可以让CPU长时间运行在预设的最高主频上 。 所以麒麟海思系列调高主频 ， 散热难以控制 ， 就费电 ， 电池自然需要设计更大 ， 但是不能以技术缺陷 ， 当成加大电池容量涨价的借口 。 GPU：游戏引擎GPU是SoC中重要性仅次于CPU的单元 ， 我们可以将它理解为PC上的独立显卡 ， 一款手机能支持多高的分辨率、刷新率、玩游戏能跑出多少帧数 ， 几乎都需要看GPU的脸色 。 GPU品牌和SoC中的CPU单元由ARM一家独大不同 ， 其集成的GPU单元还未江湖一统 ， 在Android手机领域正处于“三国争霸”的格局——高通旗下的骁龙SoC全部集成自家Adreno品牌的GPU ， 华为/三星旗下的SoC则青睐ARM公司推出的Mali品牌GPU ， 联发科则经常“脚踏两只船” ， ARM Mali GPU和Imagination公司的PowerVR GPU都有所涉猎 。 据悉 ， 三星已经携手AMD ， 在未来Exynos SoC很可能会集成由AMD授权的RDNA架构GPU ， 而华为也正在开展自研GPU的项目（水军项目） 。 核心架构和ARM CPU架构总在不断升级一样 ， 各个品牌的GPU每隔1年~2年也会完成一次迭代 。 其中 ， 高通Adreno GPU刚刚完成了Adreno 500向Adreno 600的全面升级 ， 从定位中低端的骁龙665（Adreno 610）到最新的顶级旗舰骁龙865（Adreno 650） ， Adreno 6x0中的“x”数字越大代表性能越强 。 ARM Mali品牌的高端GPU正经历由Mali-G76（与Cortex-A76 CPU搭配）向Mali-G77（与Cortex-A77 CPU搭配）过渡 ， 而中端GPU很快也要从Mali-G52升级到Mali-G53 。 ARM Mali GPU的发展路线在大的方向上 ， Mali-G7x肯定强过Mali-G5x ， 并同样是“x”数字越大代表性能越强 。 Imagination GPU很快也要从第九代（PowerVR 9）过渡到第十代（PowerVR IMG A） ， 考虑到该系列GPU比较小众 ， 我们就不在本文赘述了 。 如果你想了解更多手机GPU的历史和相关技术 ， 请参考《手机处理器的GPU谁最强？看完这篇文章你就懂了！》这篇文章 。 计算单元在现实中 ， 很多GPU都采用相同架构的核心 ， 但它们的GPU性能却存在很大的差异 。 比如 ， 骁龙675（Adreno 612）和骁龙730（Adreno 618）集成的都是Adreno 61x系列GPU ， 麒麟990和Exynos 980集成的也都是Mali-G76 GPU ， 但它们两两之间的3D性能却不可同日而语 。 DIY用户都知道 ， PC领域的独立显卡会根据不同数量的“流处理器”来划分档次 。 手机SoC内的GPU也是如此 ， 只是这里的“流处理器”叫法不同 ， 高通Adreno GPU称做“ALUs” ， ARM Mali GPU则叫“Shader Core” ， 我们习惯将它们统称为“计算单元” 。 还是以麒麟990和Exynos 980为例 ， 前者为Mali-G76 GPU搭配了16个计算单元 ， 即Mali-G76MP16 ， 而后者的计算单元数量只有5个 ， 即Mali-G76MP5 ， 所以麒麟990的3D性能至少2倍~3倍于Exynos 980 。 这也体现在公版框架先进性上 ， 就是新的比旧的强 。 图形接口在3D游戏的开发中 ， API图形接口越先进 ， GPU的执行效率越高 。 如果手机GPU恰好支持这种API ， 就能最大限度避免“负优化” ， 还有机会实现“越级挑战” 。 手机SoC GPU所支持的API主要以OpenCL、OpenGL、Vulkan和DirectX为主 ， 目前它们最新的版本分别为OpenCL 2.0FP、OpenGL ES3.2、Vulkan 1.1和DX12 ， 很多最新的GPU加入了多神经网络加速器的优化 ， 可配合NPU单元进一步加速AI运算 。 从2018年底开始很多中端手机玩《王者荣耀》也能启动60FPS模式并比同时期的旗舰级还要流畅 ， 就是因为该游戏推出了Vulkan API的优化版 ， 可以进一步释放新款GPU的全部潜力 。 运行频率和CPU一样 ， GPU的强弱除了架构之外 ， 也受到运行频率的牵制 。 联发科Helio G90、骁龙730和骁龙765是最具代表性的SoC ， 它们都存在一个后缀带“G”的型号 ， 通过提升CPU和GPU的频率获得了更强的性能 。 如果你只关注绝对性能 ， 看到这里就能告一段落了 。 当我们看到一款陌生的SoC时 ， 可以先看框架 ， 如果它能采用最新框架 ， 就代表它具备更加节能省电的特性 。 而7nm-evu不过是7nm基础上的工艺 ， 不能被某家采用了就说明它好 ， 因为它没有采用最新版A77框架 。 然后看CPU架构和主频 ， Cortex-A77和Kryo 500核心代表着当前架构的最强音 ， 当CPU主频高于2.6GHz那它就具备旗舰级的CPU性能 ， 如果低于2.4GHz就是中等偏上 。 如果你喜欢玩游戏 ， 就需要看它的GPU是Mali-G7x还是Mali-G5x ， 并数一下计算单元的数量 ， 多多益善 。 然而 ， 手机并不仅限于跑分和玩游戏 ， 在追求更强性能之余 ， 它在日常应用环境下的表现 ， 往往要比绝对的性能更加重要 。 比如 ， 基带、DSP、ISP等单元


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