Android最强“心脏”

2019-10-30 03:45
电脑爱好者 2019年2期
关键词:骁龙旗舰级麒麟

三强争霸战揭幕

在智能手机领域,性能的强弱完全取决于SoC(手机处理器平台,包含CPU、GPU、ISP和Modem等单元),所以关心体验的玩家都会格外看重“芯脏”的参数。随着海思麒麟980、三星Exynos 9820和高通骁龙855这些旗舰级SoC的陆续发布(表1),2019年的高端Android手机已经蓄势待发。现在的问题是,这三颗SoC谁更强悍?

后来居上的骁龙855

高通每一代旗舰级SoC(骁龙800系列)的更新节奏都是头年12月发布,第二年初量产,在时间节点上基本和三星Exynos持平,落后于海思麒麟。但是,历代骁龙800系列的综合性能却又都是同期旗舰级SoC中最强的,也是最有机会威胁苹果A系列SoC性能霸主地位的存在。

高通产品管理高级副总裁KeithKressin在演讲中曾提到:“全球无线生态是每10年一个G”。1999年3G时代来临,2009年4G时代揭幕,而骁龙855诞生的节点恰好处于5G即将爆发的敏感时刻,因此它在骁龙800家族中将起到承前启后的作用,以更强的性能、更大的带宽和承载能力以及低延迟的网络呈现在世人面前。

话不多说,下面我们就从大家最为关心的几个角度,浅析—下骁龙855的与众不同吧。

新工艺带来感人功耗

高通旗舰级SoC从骁龙820开始就一直都是由三星代工。由于三星7nm工艺遏阻,导致骁龙855的代工权被台积电抢走,使其成为继麒麟980、苹果A12仿生之后,第三款采用台积电7nm制程工艺打造的手机SoC芯片(图1)。高通官方并没有透露骁龙855具体的核心面积和晶体管数量参数,只是含糊地表示7nm旗舰级SoC的晶体管都不少于60亿个,但从高通官方的宣传图来看,骁龙855芯片的表面积比1美分的硬币还要小(图2),结合PoP层叠封装工艺(将CPU和内存芯片封装在一起),可以更大限度节省手机主板空间。

从高通的现场演示来看,同时搭载骁龙845和驍龙855且内置3000mAh电池的两款原型机,在运行“吃鸡”游戏中的平均功耗分别为3280mW和2580mW,骁龙855的功耗降低了大约21%;在模拟日常应用的环节中,二者的平均功耗分别为2240mW和1785mW(图3),骁龙855的功耗同样有着20%的降低。这意味着,在其他配置相同的情况下,搭载骁龙855的新手机,要比骁龙845的老将多玩1个小时的游戏时间!

这就是7nm工艺的好处,让骁龙855在提供更强性能潜质的基础上,续航不输于骁龙710等上一代主打能耗比的中端移动平台。

CPU/GPU双双进化

高通近几代骁龙800系列最大的特色就是“不跟随”,其CPU核心总是基于ARM公版CortexA架构的基础上进行“魔改”(半自研)而来的“Kryo”(环蛇),因此在性能上都较公版架构有所提升。这一次,骁龙855的CPU核心进化到了“Kry0 485”,和A76/A55公版架构相比拥有更大的乱序执行窗口、优化的数据预取等,同时还引入了“三丛集”和“超级核心”( PrimeCore)技术。

所谓“三丛集”,就是骁龙855采用了类似联发科Helio X20/×30和麒麟980相似的三组不同主频核心组合的架构;而“超级核心”,则是骁龙855有别于竞品那种大核+中核+小核的组合,而是超级核心(1×Kryo485,2.84GHz)+大核(3xKryo 485,2.42GHz)+小核(4xKryo 485,1.8GHz)的结构(图4),更加注重性能的爆发,而且高通还表示骁龙855的CPU性能可长期稳定在最高水准,不会像对手那样经常降频。

具体来说,骁龙855的“三丛集”结构支持aSMP异步多核和big.LITTLE大小核心模式,支持多种核心和频率的组合运行,搭配更加灵活(图5)。此外,骁龙855的八个核心都有各自的二级缓存,比如超级核心每个核心内置512KB缓存、性能核心每个256KB,能效核心每个128KB,同时所有核心共享三级缓存。

可能有用户会问了,骁龙845的最高主频就达到了2.8GHz,在7nm工艺加持下的骁龙855为何最高主频没有变化?答案很简单,高通认为没必要,如今很多计算任务都已经从CPU中剥离开来,比如视频、音频、张量处理等,不再需要太高的CPU频率。即便骁龙855的主频没有明显变化,但它的CPU性能也要较骁龙845有着45%的提升(图6)!

我们不妨做个简单的推演,以GeekBench 4跑分为例,骁龙845的单核性能约为2400分,骁龙855在提升45%后,其单核理论成绩会在3400,基本和麒麟980持平。现在的问题是,骁龙855的多核性能是否也能有45%的提升?如果有,那它的GeekBench 4多核性能就能在9000分的基础上提升到13000分,不仅高于麒麟980的10000分,还超过了苹果A12的11500!当然,芯片厂在宣传中总喜欢拿“最高提升”为前缀,所以大家对骁龙855的多核性能还是保持观望态度比较好。

高通骁龙855的GPU从骁龙845的Adreno 630升级到了Adreno 640,由高通自主设计,集成微控制器,支持Vulkan l.1图形规范(全球首家)和OpenGL ES 3.2、OpenCL 2.0 FP等图形接口。据悉,Adreno640的性能较上代提升了20%,而且和CPU一样可以提供始终如一的性能表现,不会因为过热降频而导致性能波动(图7)。

CFan在2018年24期《宿命的对决麒麟980和骁龙845谁更强》一文中曾对比过麒麟980和骁龙845的GPU1生能,结论是二者基本处于同一个档次(图8)。因此,骁龙855的GPU在有了20%的性能提升后,自然可更轻松地超过麒麟980,但依旧无法和苹果A12的GPU匹敌。换句话说,2019年理论游戏性能最强的智能手机仍是新一代iPhone。

不依靠NPU的AI加速

早前网上曾一度流传骁龙855会引入和麒麟970/980一样的独立NPU来进行本地Al运算,但高通显然不喜欢“模仿”,为其赋予了“第四代Al引擎”。

简单来说,骁龙855继承了家族前辈依靠CPU、GPU、DSP等传统单元进行Al运算的思路(图9)。但是,骁龙855此次却在Hexagon 690 DSP中集成了全新设计的“HTA”张量加速器(Hexagon TensorAccelerator),DSP中同时还集成有4个“HVX”向量扩展内核( Hexagon Vector eXtensions),综合实现了专有的、可编程的Al加速。除了DSP有所升级以外,骁龙855的Kry0 485 CPU加入了可以更进一步加速Al性能的全新指令,Adren0 640 GPU也带来了50%的算术逻辑单元(ALU)提升。

CPU、GPU、DSP、张量加速器的携手,组成了高通第四代多核人工智能引擎AIEngine,其可以实现每秒超过7万亿次运算(7TOPs),Al性能较前代旗舰移动平台相比提升3倍(图10)。同时,高通还发布了全新的Al Engine软件套件,支持回声消除和噪音抑制Al加速,并携手无数厂商构建7Al生态链帝国(图11)。考虑到高通SoC在智能手机领域的占有率,第四代Al引擎大有可为。

多媒体娱乐再度增强

如今智能手机越来越看重拍照效果,为此高通为骁龙855准备了新一代的Spectra 380 ISP(图像信号处理器),它也是全球第一个计算机视觉(CU-ISP),集成了大量硬件加速功能,支持最尖端的计算摄影和视频拍摄功能,同时功耗降低高达4倍。

具体来说,Spectra 380 ISP支持在4KHDR@60fps的状态下实时进行视频拍摄(支持HDRlO+视频拍摄),还能进行对象分类和对象分割,这意味着我们在拍摄视频时可精准地对选定的对象或背景进行实时替换,既提高了效率,也减轻了CPU和GPU的负担。高通表示,CV-ISP方案相比传统的CPU+GPU+DSP方案可以在人体追踪时降低50%功耗,物体追踪和物体检测时的功耗则降低80%,拍摄4K视频时功耗也能降低到25%(图12)。

考虑到手机存储空间有限,所以骁龙855还支持HELF编码格式的硬件加速,可在不影响画质的前提下将录制的视频文件体积减小50%,哪怕手机不支持存储卡扩充也不怕。除了拍照摄影优化外,骁龙855还首次在移动终端上实现了对HDRlO+播放的商用支持,并新增H.265、VP9硬件加速解码,可显著延长播放视频时的续航时间,借助全新高通aptX Adaptive音频编解码器还能带来更为震撼的视觉体验。

作为旗舰级SoC,骁龙855自然还大幅强化了游戏性能。这款芯片是全球首款符合Elite Gaming體验标准的平台,支持True HDR(超过10亿色)、电影级色调映射、基于物理渲染(PBR)等。Adren0 640GPU所支持的Vulkanl.1 API,相较OpenGL ES可以将功耗降低20%,基于物理渲染则能将性能提升20%(图13),通过定制算法,骁龙855还可以减少90%以上的掉帧。此外,骁龙855所支持的VR虚拟现实、AR增强现实、MR混合现实等XR应用也是一大特色,而其主打的8K分辨率的VolumetricVR沉浸式视频体验更是足以打破现实与虚拟世界之间的视觉界限。

进一步优化的网络

都说2019年是5G普及的元年,但骁龙855默认捆绑的调制解调器却是骁龙X24 LTE,而支持5G的骁龙X50 LTE依旧是可选项(外挂的形式)。据一加手机CEO刘作虎透露,第一波5G手机的价格要比4G手机贵200美元到300美元(约合人民币1380元-2070元),这主要源于外挂的X50基带和各路毫米波收发模块的成本(图14)。考虑到国内运营商5G基站的建设进度,笔者反而不推荐大家第一时间入手5G手机(如5G高配版),2020年才是5G网络能有所作为的时间节点。

请放心,骁龙855默认集成的骁龙X24 LTE已经具备不俗的实力了,它是全球首个提供LTE Cat.20级别,即最高2Gbps的下载速度的Modem,而且还首次支持256QAM,上传峰值速度可翻倍到300Mbps。此外,骁龙855还是第一个对第六代Wi-Fi( 802.1lax)提供支持的移动平台,支持8x8探测机制(是现有4x4的2倍),目标唤醒时间的能效比提升67%,支持WPA3安全标准(图15)。

同时,骁龙855还支持60GHz Wi-Fi(802.1lay标准),最高速度可达10Gbps,有着媲美有线网络的低时延。配合最新的路由器,玩电竞游戏时可最大限度避免460问题,堪称游戏手机的绝配。

还有更多看点

2018年,屏下指纹识别手机已经逐渐普及,但大家不难发现一个问题:当手指沾水,或屏幕有油污时,屏幕解锁经常会失败,而这也是光学屏幕指纹方案的通病。骁龙855将是首款支持3D声波传感器的移动平台,也是全球首个支持屏下超声波指纹识别的商用解决方案,其能够穿透不同类型的污渍准确识别指纹,具备更高的安全性和准确性。

作為骁龙845的迭代更新之作,骁龙855无论是性能、功能还是功耗都较前辈有了长足的进步,从高通已透露的信息来看,它将成为2019年度Android领域的最强芯,有着比麒麟980更喜人的性能表现,非常值得我们期待。与此同时,高通还同时发布了针对PC平台定制的骁龙8cx(图16),它同样采用7nm工艺设计,只是将TDP提升到了7W,支持4G始终在线、始终连接,可提供长达数天的续航时间,可以提供接近英特尔15W TDP处理器的性能体验。至于骁龙855和骁龙8cx的真实表现如何,敬请期待CFan的后续报道吧。

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