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平板电脑也是“电脑” 处理器篇
  • 2012-10-9 17:13:32
  • 类型:原创
  • 来源:电脑报
  • 报纸编辑:王诚
  • 作者:八戒
【电脑报在线】在上一期《新手营》里,我们已经带大家认识了平板电脑、智能手机的主要核心成员,而在这些核心成员中最关键的无疑就是处理器这个主角。与PC处理器市场上英特尔、AMD两霸相争格局不同,目前平板、智能手机处理器领域只有一位领袖人物:ARM。

    在上一期《新手营》里,我们已经带大家认识了平板电脑、智能手机的主要核心成员,而在这些核心成员中最关键的无疑就是处理器这个主角。与PC处理器市场上英特尔、AMD两霸相争格局不同,目前平板、智能手机处理器领域只有一位领袖人物:ARM。


不断进化的ARM处理器频率

  

    在那个800MHz就算高频的年代,人们选购智能手机时更多是注重外形设计、功能性,很少有人关注到幕后的ARM。直到iPhone、ipad的出现、Android系统的普及,处理器性能的重要性才引起了大家的关注。提升频率是提升性能最直接的方法,因此自2010年起,ARM处理器也进入了频率比拼时代----从800MHz到1GH单核再到1.5GHz双核,用了不到两年时间。而在即将到来的Cortex-A15架构,2GHz将成为ARM处理器的新起点。


    频率提升背后伴随着生产技术进步、ARM架构优化的发展。我们知道制程数量级越小,也就意味着在处理器主板上单位面积中容纳的晶体管的数量更多,这样处理器的主频就能提升更高。目前主流ARM处理器已经普遍采用40nm、32nm制程了,而新一代四核ARM将会采用更先进的28nm制程----高通采用28nm纳米的四核处理器APQ8064的频率高达2.5GHz。另一方面,如同英特尔酷睿处理器一样经历从最初的Nehalem发展到SNB,再升级IVB架构一样,ARM近两年来的架构也经常优化、换代的过程。比如目前主流双核、四核ARM采用Cortex-A9就是Cortex-A8优化的结果,频率也更易提升,而最新Cortex-A15性能更强,起始频率更是提升到了2.5GHz。




  不过,频率提升也有一定的后遗症,比如功耗呈几何级的增长,在电池技术没有新的突破前,这对于更追求移动性的平板、智能手机是无法接受。在这种情况下,为了追求能耗的平衡性,ARM厂商引入了多核设计---通过增加内核来实现单纯提升频率所达到的性能。虽然增加内核心在一定程度上会增加功耗,但工作量低时可以让多余的核心休眠,能耗控制更易控制。所以只有软件对核心的使用效率非常高,足以抵消多核引起的额外开销,多核解决方案比单纯提升频率更有有实用价值。


ARM多核不完全等同于X86多核

    如X86处理器发展一样,近两年ARM处理器经历了从单内核向双内核、四处理内核发展的过程。增加多个处理最大的好处可以立竿见影提升ARM处理器的性能:系统效能需求有多少,就复制多少个核心塞进芯片中,从而可以取得较为更为广泛的应用广度。


    即便如此,我们仍不能简单地将ARM多核心与X86多核心相提并论,因此它们所采用的基本设计概念天差地远,架构上的采用自然无法一概而论。在硬件架构上,ARM采用RISC(精简指令集)体系,而X86处理器采用CISC(复杂指令集)体系,这两种设计思路是完全不同,两种处理器在工作时的思考方式也有很大的区别。打个比方,如果要让我们执行早上起床上班的任务应该怎么做呢?复杂指令集此时只要对我们下达吃饭的命令,我们就会自动执行一系列复杂的动作,如拿勺子,舀起一勺饭,然后张嘴,然后送到嘴里,最后咽下去等命令;而精简指令集则要单独向我们下达一个一个简单的指令,让我们一步一步执行他下达的命令,最终达成吃饭的目的。


  因此从效率上,ARM多核设计所带来提升仍与X86多核心有着相当大的差距。如苹果 A5 双核心ARM性能仅与1995年的奔腾 Pro相当,而三星猎户座4412四核处理器,性能也只能与1999年英特尔赛扬500MHz持平。当然四核ARM的性能用来应付对主流的安卓系统而言仍是绰绰有余的,多核设计也可以带来更佳的用户体验,特别是目前Android 4.1、新游戏都针对所有多核心CPU的优化,因此大家在选择平板电脑当然尽可能向四核看齐了!

 

延伸阅读:ARM多核设计内有玄机。

     从目前ARM多处理内核的设计来看,有两大派系:一个是异步架构,只有高通的处理器采用这种结构,如骁龙S4、四核Krait产品;另一个是同步架构,如三星、英伟达、Ti等的产品都采用这种架构。


    如果我们把智能手机系统看作一个火车票售票厅,处理器就是窗口和窗口后面坐着的客服人员,而指令就是排队的人。如果一个营业厅只有一个窗口和一位客服人员,可以简单理解为营业厅是“单核”的——节假日时业,一个客服人员往往忙不过来,也就是说这个单核的手机就会变得很卡。在这种情况下,售票厅可以增加一些客服人员与窗口,来提升处理能力,这就是所谓的“多核心”。这时有两种选择,第一是在原窗口后面增加一名客服人员(这相当于异步架构),而另一种选择则是新开一个窗口及配备一名客服人员(这相当于同步架构)。自然的,前者要付出的代价比后者低,而且业务不繁忙时可以安排“人员(核心)”轮休----对多核处理器来说更省电,但缺点也显而易见:工作效率最终会受制于窗口的数量(一个)而不是客服人员的数量(两个)---多核采用这种设计受吞吐量量限制很难达到1+1=2的性能比。而拥有两个窗口的营业厅可以获得接近两倍的处理能力-----多核采用这种设计理论上可以达1+1=2的性能比,但设计更复杂、不能休息。


     有这么一个计算公式:异步双核的效率等于(相对于同步双核)1-核心数×10%,异步双核的效率就是80%。异步双核处理器只能通过提高主频来弥补和同步双核的差距,这也是为什么高通双核/四核处理器的频率一般比三星、英伟达等其它厂商的要高的原因。因此,大家在选购多核ARM智能终端时并不能仅仅从核心数量多少、频率高低来考虑了!


让人迷糊的ARM处理器内存

    与PC内存的布置方式不一样,内存芯片也被整合到ARM处理器上。只不过内存颗粒直接采用PoP堆叠封装方式焊到处理器上面,如同双层饼干一样。受功耗控制制约,ARM所支持内存规格不可能与我们日常接触到电脑内存同日而语,主要是JEDEC制定的LPDDR2标准和DDR3标标准,而前者仍是目前的绝对主流。LPDDR2标准相当于DDR2的超低电压版,允许供电电压低至1.2V,并专为节能进行优化的配套技术,最高可支持LPDDR2-1066MHz。




  在内存位宽上,目前ARM处理器只支持32bit内存位宽,即便是在双通道下也只能达到64bit的规格,远远落后于PC内存规格。以Core i7为例,搭配高频率的DDR3内存,内存带宽很容易就突破50GB/s,而首款四核Tegra3的内存带宽只有可怜的4.2GB/s,两者相差十倍不止。


延伸阅读:智能手机、平板的内存要看RAM容量!

    目前厂商和媒体会给出智能手机、平板与内存有关参数有RAM和ROM两种,不少人都仍容易混淆。所谓RAM实际上就是相当于电脑上的普通内存,容量对性能影响较大。而ROM就可以理解为电脑上的操作系统分区,只不过你不能随便改就是了,这部分你可以通过闪存卡来扩展。因此我们在选购时主要关注RAM的容量大小,一般而言双核ARM最低要求是512MB RAM,而四核ARM的内存配置至少要1GB起步,大家在选购平板电脑时不要被商家所迷惑!

 
本文出自2012-10-08出版的《电脑报》第40期 E.硬件发烧友
(网站编辑:黄旭)


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