手机“核战争”将走向终结?

2013年09月18日 08:29   爱活网   

  这台手机是几核的?半年前,如果你在电器城柜台里相中了某款手机,这句寒暄十有八九是你的标准开场白。业内人士把这种现象形象的称为“核战争”——一款手机的处理器“核心”越多,它在残酷商战中胜算也就越大。

  然而,在短短半年后的今天,情况却发生了急剧变化——ARM计划推出更节能而不是更多核心的Cortex A12架构;英特尔、高通、NV下一代手机处理器核心数量停留在4个;苹果和摩托罗拉坚持双核设计,并引入额外协处理器概念。一切迹象都表明,不单消费 者,厂商们也厌倦了CPU里面的数字游戏。看似喧嚣的“核战争”正迅速走向终结。

【新技术研习社】手机“核战争”走向终结?

  几个月前,“四核”、“八核”CPU还是各大手机厂商广告词里的重要卖点,为何在一夜之间,厂商们纷纷对它避之不及?

  用高通公司在一份文档中提出的话来说,“因为在移动终端的功率和热能限制内,通过简单叠加CPU来应对日渐增多的计算需求,带来的回报将越来越少。”翻译过来就是:再往上加CPU,太热,太贵,太耗电,而且提升太小了。

  功耗壁垒

  按照我们在《2013年手机处理器指南》中的计算,频率1.5GHz、使用TSMC 28LP工艺的高通骁龙APQ8064四核处理器,单个核心的功耗大约是700mW,四个核心功耗加起来超过2.5W,这个数字已经接近一台4英寸手机在通常条件下的热量散发能力极限。

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测试数据表明,如今的主流处理器单个核心功耗已经超过500毫瓦

  高通新一代骁龙800处理器使用了更先进、漏电更小的TSMC 28HPM工艺,但频率也提升到了2.3GHz。在满负荷工作时,单个核心功耗几乎不可能低于APQ8064,已经有诸多测试证明了这一点。在功耗问题得 不到解决的情况下,如果继续增加处理器核心数量(例如推出“八核骁龙800”),手机的续航会陷入悲惨的境地。即使你不在乎续航时间,散热问题也会成为拦 路虎——一台手机内部的热对流环境是恒定的,它在单位时间内能够散发出的热量也是有限的,如果处理器的发热超过这个上限,结果就是处理器温度飙升至阀值, 频率自动降低,最终用户体验得不到任何提升。

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  半导体行业从业人员把这种情况形象的称为“不可逾越之墙”。“在半导体工艺既定、功耗指标被限死的前提下,我们能实现的单一集成电路规模是有限的, 不可能无限放大。”“你要不惜代价往上冲,就会一头撞到天花板,掉进深渊,再也爬不起来”,一名前IBM半导体实验室材料研究员如此对我们说道。

  性能存疑

  另一方面,即使不惜代价强行设计出核心更多的移动处理器,其性能是否能获得同样的提升,也要打一个很大的问号。

  高通公司副总裁沈劲表示,智能机处理器竞争很激烈,也很复杂,但移动处理器提升性不能通过“简单地多加几个核”来实现。沈劲强调,移动处理器不只有 CPU一个部件,CPU起到的作用在整个移动处理器中最多占15%-20%,更多任务由GPU、DSP等其它专用引擎分别完成。很多和用户体验直接相关的 如网页浏览、导航、游戏等都是由GPU的性能决定。

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  高通在本月初放出了一组颇具说服力的统计数字:高通实验室专门统计了中国市场下载量排行前20的App,结果发现其中85%以上App运行时只调用 了两颗 CPU内核,在最常见的10个App中只有一款App用到了第三个CPU核,而且只使用了4%。其他的九个App只用到两个CPU核。把四核全部用上的 App一个都没有。

  相反,这些应用对处理器的GPU、DSP却提出了一定的需求,如UI渲染会用到GPU,照片滤镜则会用到ISP,传感器使用SSP来计算....。。高通由此得出结论:简单叠加CPU核数只会造成资源浪费,而无法带来用户体验的提升。

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GLbenchmark这种图形数据比较密集的程序甚至只用到了一个CPU核心

  虽然高通这份调查硬件平台仅涉及自家的骁龙处理器,但依然可以代表当前主流移动处理器的普遍情况——大家指令集都是兼容的,不管是Cortex A7、A9还是A15,CPU核心数量大于4,对于现有的安卓App而言意义均不大。

  出路在哪里?

  很明显,从2007年至今,手机、平板等移动设备处理器发展模式实际上沿用了PC时代硬件更迭升级的固有思维方式——追求参数指标上的更高、更快、 更强,而从业人员们忽视,或者说故意无视了一个重要问题——PC硬件大部分没有移动需求,它们的能耗上限可以放得很宽,最顶级的PC处理器和显卡几乎不怎 么关心功耗。

  如果移动处理器一味延续PC的发展思路,最终将付出惨重代价——你能接受一台处理器有16个核心,但电池只能用半天的“旗舰”手机吗?

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当年一个著名的实验:手机工作时持续发热,以至于放在手机上的黄油都融化了

  既然继续叠加核心数量是死路一条,那么移动处理器的发展出路在哪里?实际上,已经有聪明的厂商给出了答案,那就是异构计算。

  在半导体工艺进步速度有限的情况下,异构计算是解决问题的关键。

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苹果A6 SoC的芯片照片,处理器只占整个SoC面积的20%不到

  异构计算指将不对称的任务分配给不对称的处理单元完成,简单的理解,就是“把工作交给最合适的人”。移动处理器内涵CPU、GPU、DSP、传感器 核心、通信模块等多个部件,工作起来更像是一个大型的‘交响乐团’,而非CPU自己一人独唱或者独奏。依照数据类型的不同,将任务灵活的分配给不同的配件 进行处理器,实现效率和性能的最大化,就是异构处理的精髓所在。

  以高通骁龙600处理器为例,它除了包含“Krait”CPU,还内建了“Adreno”显示芯片、“Hexagon”DSP、摄像头/视频/传感 器核心、“Atheros”WiFi芯片 、“Gobi”调制解调器等部件,如果开发得当,你可以为每个部件都找到一份合适的工作。例如,诺基亚Lumia 1020的4100万像素摄像头照片数据后处理器,就是在骁龙处理器的“Hexagon”DSP上完成的。

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骁龙600是一个SoC,它由诸多部件构成

  异构处理如今已经成为业界公认的未来手机处理器架构发展方向。摩托罗拉Moto X算是第一个吃螃蟹的人。

  作为一款2013年第三季度才问世的手机,Moto X“仅”搭载了高通骁龙S4双核处理器,但它拥有摩托罗拉自行研发的两个关键部件——它们被称为“自然语言处理器”和“语境计算处理器”。这两个协处理器 为摩托罗拉自行研发设计,应用了摩托罗拉过去在DSP开发上的不少经验,它们没办法处理所有的数据,但在完成专门工作的时候,它们的功耗远低于普通ARM 核心。也正是因为这两个协处理器的存在,Moto X实现了无接触控制、快速拍照、免触控验证、超长续航时间等附加功能。

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你不需要接触手机,也不需要打开手机,Moto X在待机状态下就能听懂你的指令

  苹果近期发布的iPhone 5s也选择了异构处理的模式。除了64位的A7双核处理器,iPhone 5s还搭载了专门的M7协处理器,负责处理处理器来自加速感应器、陀螺仪和指南针的运动数据。

  在iPhone 5身上,传感器数据是由主处理器完成处理器的,这就带来一个问题:一些App需要持续使用传感器(如Nike+),为了处理它产生的数据,iPhone 5的A6主处理器需要时刻开启。

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  而到了iPhone 5s时代,M7协处理器接过了主处理器的班,负责处理传感器数据,M7只为“处理传感器数据”这一种工作优化,功耗极低,可以有效减少A7主处理器的开启时间,提升手机续航性能。

  “如果视硬件比拼为智能手机竞争的1.0时代,代表产品价值和用户体验革新的智能手机2.0时代正在到来。”一位移动处理器半导体行业从业人员在接 受爱活记者采访时这么说道。“你所问的处理器‘核战争’,我们其实已经不太关心,那是上个时代的竞争模式了”,这位负责人略微不屑的说道。

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