不仅是CPU性能提升骁龙820性能全解析 - MSCBSC 移动通信论坛

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不仅是CPU性能提升骁龙820性能全解析

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发表于 2015-12-29 15:06:47 只看楼主

2015年临近尾声，回顾一下今年的手机市场，用两个字：疯狂来形容一点不为过。举几个简单的例子：小米年初喊出8000万到1亿台的年销量、魅族一年推出近10款新机、华为荣耀提前达标卖“一亿”送“一亿”回馈用户等等的事情让我们大跌眼镜，感叹这个市场变化之快。进入12月后，新机发布数量明显减少，这其中有一部分原因在于厂商更愿意把新机放在一个全新的财年发布，但同时还有一个更重要的原因，也就是我们常说的“憋大招”。各家厂商纷纷在年末开始憋大招，蓄力16年初，让我们相信在16年初将会有多款重磅级产品亮相。而作为众多手机厂商“憋大招”的重要一块拼图——骁龙820 SoC也于上周末正式在京亮相。好不夸张，一颗好的SoC能够主导整个智能手机产业链发展，而究竟骁龙820好不好?性能如何?哪些新特性将在即将发布的旗舰机型上亮相呢?

数读骁龙820发布背景

今年是Qualcomm公司诞生30周年，也是骁龙以中文名称进入中国市场的第三个半年头，文章的开头我们并不为Qualcomm庆生，只是Qualcomm在此次骁龙820亚洲首秀的媒体沟通会上分享了一些有趣的数据，这些数据既是骁龙820发布的背景，也的确值得我们深思。在文章的一开始，我们先通过这些数据来了解下骁龙820究竟是在怎样一个大背景下发布的?作为一家行业巨头Qualcomm又是怎么理解手机行业未来的?

53%：Qualcomm预计全球手机市场2015年到2019年五年时间内装机量将提升53%。如果换算下来相当于每年匀速增长10%左右。虽然这一预测相比于近两年来全球智能手机出货量增长率并没有提升(甚至略有下降)，但仍然预测每年10%左右的增速也预示着Qualcomm认为至少在5年内，智能手机市场仍然整体向上、增速迅猛。

85亿：同样，Qualcomm预计2015年到2019年五年间，全球手机市场出货量累计将超越85亿部。换算下来平均每年售出20亿部智能手机，也就是说全球平均每3个人在一年当中就要换一部手机，平均每人在5年中都要更换一部智能手机。这一数据仅针对智能手机。参考14年全球市场手机出货量18.9亿台，其中智能手机12亿台。从Qualcomm给出的预测我们也可以看出未来五年的全球手机市场将是智能手机从普及到全面覆盖的五年。

9.32亿：在整个2015年，QualcommMSM系列芯片累计出货9.32亿片，相当于每天出货250万片。我们知道QualcommMSM系列芯片是QualcommSoC芯片，代表产品有QualcommMSM8994(骁龙810)、QualcommMSM8976(骁龙652)等，也就是说今年全年有超过9.32亿台搭载Qualcomm芯片的手机发布。初步估算今年全球市场超过50%的手机设备都采用了Qualcomm芯片。如果保持这一态势，未来四年中将有超过40亿台搭载Qualcomm芯片的智能手机问世。这一数据除了向我们“炫耀”了Qualcomm在整个智能手机领域的霸主地位，也从侧面印证了我们前面说的：Qualcomm的一举一动的确能够牵动整个智能手机行业的发展方向。

95%：前面我们提到，根据Qualcomm的预测，未来四年将是智能手机从普及到全面覆盖的五年。而全面覆盖到什么程度?Qualcomm给出的数据是到2019年市面上将有95%的智能手机。并且2019年智能手机出货量将为PC(包括整机和笔记本)的7倍。从这个数据中，我们也可以看出在未来的一段时间内，手机将成为电子消费品的处理终端。

5亿：截止2015年底，中国尚有5亿2G用户。虽然这项数据并不代表目前仍然有5亿人群未能享受到3G/4G网络(一部分2G用户也是双卡用户)，但仍然证明国内3G/4G网络普及还需要努力，同时也证明国内4G网络引发的换机潮仍在进行中。

70+：目前基于Qualcomm骁龙820的设计研发中的设备已经超过70款，这还仅仅是骁龙820尚未发布之前的数据，随着骁龙820的正式上市，未来可预见的还有更多的设备采用该产品。并且Qualcomm也表示目前70款以上设备不仅仅局限于智能手机。按照惯例一些平板设备、其他智能设备也将采用该旗舰芯片。

通过上述数据总结几个观点：1.到19年仍然是智能手机发展的黄金时期。2.中国智能手机市场远远没有达到饱和的情况。3.4G网络的到来仍然是智能手机普及乃至全面覆盖的重要因素。4.Qualcomm将在今后几年智能手机市场上起到举足轻重的作用。5.市场十分看好骁龙820。在以上大背景下，Qualcomm要把骁龙820打造成为一款什么样的产品?之前我们所说的强大的绝不仅仅是CPU又是怎么回事呢?接下来我们就通过关键字的形式来给大家详细解读骁龙820的性能如何。

性能提升关键字一：三星14nm FinFET LPP工艺

相信很多关注手机性能的网友们都对神马三星、台积电、FinFET等词语谙熟于心，也能随口说出一些关于三星最新工艺和台积电最新工艺之间的优略。而提到骁龙820的性能，我们首先就要提到此次骁龙820选用的三星14nm FinFET工艺。简单来说更先进的工艺能够提升单位面积下晶体管数量，提升晶体管性能，提升整体芯片性能。同时通过更先进的制程工艺也能够达到降低漏电率降低功耗减少发热的效果。总体而言更先进的制程能在相同的功耗下达到更高的性能，在相同的性能下有着更好的功耗表现。对于绝大部分消费者来讲，认识到这一点就已经足够了。但相信也有一部分网友对此次Qualcomm采用14nm FinFET LPP工艺有着诸如：为何不用台积电16nm FinFET+?三星14nm听说效果没有台积电好?LPP是个神马东西?等等的疑问，笔者在这里也给大家进行一个简单的解读。

首先，我们先来看看LPP究竟是什么?迄今为止，三星已经在14nm FinFET工艺上演进了两代工艺。分为14nm FinFET LPE(Low Power Early版本，代表作为三星Exynos 7420、Exynos 7422、苹果A9等芯片)、14nm FinFET LPP(Low Power Plus版本，Qualcomm骁龙820为该工艺的首发芯片)。三星官方给出的数据是14nm FinFET LPE工艺相较于上一代28nm工艺性能提升40%，封装面积降低50%，功耗降低60%。而LPP官方并没有给出太多详细的数据，仅表示相比LPE晶体管性能又有10%的提升，并且相应的功耗也有进一步下降。即将要推出的三星Exynos 8890不出所料也将采用LPP版本的14nm FinFET工艺，从三星将首发芯片让给Qualcomm骁龙820来看，LPP版本的良品率和产能应该不存在太大问题了。还有一点值得我们注意，14nm可以算是半导体产业的一个“大年”，也就是说在未来两年甚至更长一段时间内，14nm制程工艺将会主导高端半导体芯片产业，有消息称三星也将在明年晚些时候推出14nm FinFET的更新版本LPH等以适应下一代旗舰SoC芯片的需求。同时台积电也将在16nm FinFET Plus工艺上进行深入演进。

虽然三星、台积电近两年在半导体工艺制程方面基本处于“齐头并进”的局面，甚至开始逐渐威胁到Intel的霸主地位，由于所推出的产品不同，很难将三星、台积电最新工艺做一个严谨的对比。但今年苹果A9处理器给了我们这样一个机会，A9处理器采用了两家最新工艺同时供货，有网友测试认为台积电版本的A9处理器要比三星版本的A9处理器更加省电。三星和台积电官方并没有就这一情况给出相应的说明。但笔者猜测原因在于：

1.FinFET工艺相比传统工艺复杂度大大提升，设计规则增多30%左右，并且还要克服离子污染带来的硅纯度不稳定和金属互联的不确定威胁。同时也需要厂商在28nm、20nm制程工艺上有很好的积淀。

2.我们知道台积电在16nm FinFET+之前也拥有一个早期版本，也就是说现有台积电16nm FinFET+工艺和三星14nm FinFET LPP工艺属于同一代产品，而台积电早期16nm FinFET版本鲜有产品推出并不被我们所熟知。从这一点上来看，如果苹果A9处理器能够更新采用三星14nm FinFET LPP工艺相信性能和功耗将有所改进。所以我们也并不需要过于担心三星工艺、台积电工艺的差别。两者之前的确存在很多差异化的指标，但最终呈献给我们消费者的表现应该是大致相同的。

性能提升关键字二：Kryo CPU

前面我们提到，今年是Qualcomm成立30周年，但相信很多用户熟知Qualcomm还是从Qualcomm进军移动通讯SoC芯片领域开始，相比于之前，现在的Qualcomm也开始逐渐面向消费级推出重磅产品，这也对提升Qualcomm在普通消费者中知名度有很大帮助。扯远了，我们再把思绪往回拉一拉，在笔者印象中，Qualcomm有几款颇具影响力的SoC产品：QSD8250、QSD8260、APQ8064、骁龙800、骁龙801、骁龙820等。其中QSD8250/8260采用自主研发Scorpion架构，骁龙800/801采用自研Krait架构，而此次骁龙820则采用最新的Kryo自研架构。

自研架构相比于公版ARM授权架构(例如我们常说的Cortex-A53/A57等)有个不形象却通俗易懂的比喻——“站在巨人的肩膀上”。大体来说就是Qualcomm获得ARM公版授权后在已经较为成熟的公版设计上在做修改，例如公版设计上三行代码解决一个问题，Qualcomm精简为一行，当然更重要的是加入一些全新的特性例如更新的内存控制机制等等，最终得到一个更高效率的自研架构。这也是Qualcomm一直以来有别于其他家厂商的差异化竞争力之一。Qualcomm之所以能够霸占旗舰手机市场大部分份额多年，其自研架构的战略也起了很重要的作用。

众所周知，今年Qualcomm全年的旗舰产品骁龙810是Qualcomm为数不多的采用ARM公版架构设计的旗舰SoC芯片。对于为何在这一代产品上放弃了自己核心竞争力之一的自研架构，大家众说纷纭。最普遍的看法是为了能够推出迎合用户需要的产品。其实我们可以看到在骁龙810之前，Qualcomm的Krait架构、Scorpion架构并没有大小核心之分，而从Cortex-A15架构推出以来，ARM官方就已经开始提倡big.LITTLE大小核理念，Qualcomm在A15架构上并没有盲目追随ARM所谓的指导意见，依然采用最新的Krait 400架构，但到了A57架构时，再在Krait架构演进性能方面已经没有太大优势。加之之前没有大小核自研架构产品的推出，最终才在骁龙810上出现了自研的断档情况。这也是普遍看法下一种稍微深层次的解释。而经过一代的公版设计后，Qualcomm对于大小核心的理解也渐入佳境，理所当然的推出了全新自研架构Kryo。

此次采用Kryo架构的骁龙820采用四核心设计，时钟频率达到2.2GHz，但有一点值得我们注意，相比于APQ8064、骁龙800、骁龙801不同，此次骁龙820采用了2*2.2GHz+2*1.5GHz的不同时钟频率的四颗核心设计。同时，之前骁龙800采用了4aSMP，也就是四个异步对称式核心，每科核心均能够单独控制，每颗核心的频率也不存在差异。而此次骁龙820采用两簇核心管控2aSMP，也就是2+2的异步对称式核心，换句话说2颗1.5GHz核心是同步同频的，而两颗2.2GHz也是同步同频的，但在这两簇核心组之间采用了异步对称式的设计。讲到这里大家可能认为骁龙820也采用了类似big.LITTLE的设计，但通过Qualcomm官方的讲解其实并不是这样，两簇核心组仅是时钟频率上有所差异，但仍采用相同的Kryo架构。

关于自研架构我们上面已经简单的解释一下Kryo架构，顺便提一句多渠道信息表明，包括三星、LG在内的多家厂商也开始走自研芯片的道路。关于性能方面，上周末媒体沟通会后也对骁龙820的CPU进行了性能基准测试，虽然时间较为短暂，但我们仍然对Kryo CPU进行了例如Geekbench、Antutu等软件测试，也通过高压负荷状态测试了Kryo CPU是否能够运行在较高主频上。

通过图片，我们可以看到，无论是单核性能、多核性能还是CPU整数、浮点运算方面，骁龙820都全面超越了之前的骁龙810、猎户座7420等机型，并且已经和苹果A9处理器性能持平。但更加值得一提的是，骁龙820能够在10分钟满符合高压测试中保持91%以上的工作效率，并且四核核心也在10分钟测试过程中保持2*1.5GHz+2*1.8GHz以上的高速运转。这也说明骁龙820的确解决了漏电功耗较高的问题，能耗比大幅上升。(之前效率最高的芯片为三星Exynos7420)。总体而言，骁龙820采用的Kryo CPU是目前最为强大的移动处理器之一。关于CPU部分的更详细的测试，我们后续会有商用机型更详细的多软件性能基准测试。

性能提升关键字三：Adreno 530

前面我们提到，自研架构是Qualcomm旗舰SoC产品的重要差异化核心竞争力。而文章的这一阶段我们要说的Adreno系列GPU同样是QualcommSoC产品中的重中之重。说到这里笔者还想说个题外话：很多人认为iPhone硬件性能并不强大，之所以体验不错更多的功劳是靠软件后期优化而来，其实这个看法是很片面的。在目前智能手机领域，多线程应用场景并不普及，所以CPU单核性能和GPU性能则显得尤为重要，而苹果每一代芯片均在这两方面能够做到业界领先。换句话说多核心对于目前的智能手机来讲用处并不明显，做好每一颗核心性能、做好GPU性能才是关键。而业界能在CPU单核性能、GPU性能方面与苹果匹敌甚至超越苹果的厂商凤毛菱角，其中QualcommAdreno系GPU就是其中一个代表。

Qualcomm官方给出数据显示，Adreno 530相比上一代Adreno 430性能提升40%，并且在功耗方面下降40%，这都得益于Adreno 530的全新架构设计。其中Qualcomm工程师也特别提到，在Adreno 530内部内嵌了一颗超低功耗处理器，用于检测GPU功耗并且动态调节GPU使之处于最佳状态，Adreno 530的最高主频为650MHz。并且在Adreno 530上Qualcomm率先支持了最新的OpenCL 2.0和Renderscript，这也是目前首款支持OpenCL 2.0的智能手机SoC。之前只有例如Nvidia Titan等高端桌面显卡支持该规格，这也有利于游戏设计厂商将自己的PC大作更容易的移植到智能手机/平板。

至于性能方面，我们也通过GFXbench进行了GPU显示性能测试。通过对比我们可以看到，相比例如Adreno 430、Mali-T760等15年旗舰GPU还是有很大提升，基本和iPhone6s/6s Plus上的PowerVR 7XT系列GPU水平持平。通常意义上我们理解的GPU仅仅是处理UI滑动、渲染游戏场景、协助CPU进行运算。但在未来的一段时间内，包括4K视频、虚拟现实显示、增强现实显示等方面也将发挥决定性的作用。

性能提升关键字四：X12 LTE Modem

性能方面我们提到的第四个关键字是Qualcomm的“传统优势项目”——调制解调器，此次高通骁龙820搭载了X12 LTE Modem模块，支持下行CAT12(600Mbps下载带宽)，上行CAT13(150Mbps上传带宽)。并且支持下行3*20MHz载波聚合，上行方面也支持2*20MHz载波聚合。目前国内三大运营商也开始了4G+的商用，未来将会有更多支持载波聚合的设备问世，其实我们总是关注实验室的理论传输速度，并且认为下载600Mbps并不实用，但却忽视了3频段载波聚合的存在。当一个频段上用户太多，即使信号强度满格也达不到理想网速，在这种场景下多频段载波聚合能够提升有效带宽，提升网速，这也是为何今后一段时间内4G+将成为三大运营商重要的发展战略。

单谈Modem我们通常仅关心支持几模几频、带宽多少、信号好坏等等。但此次Qualcomm在网络方面还带来了更多的新特性。例如WiFi方面不仅支持802.11ac MU-MIMO，还率先支持了802.11ad规格。并且还特别针对很多运营商资费较高的地区推出了WiFi通话功能。值得一提的是，此次骁龙820还将支持LTE/WiFi双通道下载等。文章的这一阶段我们就对这些我们通常并不会关注的点进行一下解读：

MU-MIMO：MU-MIMO指代“Multi-User Multiple-Input Multiple- Output”的缩写，也就是多用户多入多处的缩写。普通802.11ac路由器在同一个时段只能与一个设备进行数据交换，802.11ac拥有80MHz的频谱带宽，对于普通家庭四五个联网设备来说并无太大问题。但随着物联网时代的到来，普通家庭中可能会有十几款甚至几十款联网设备时就会出现大部分设备虽然连接路由器但无法实现数据交换，并且也会出现各产品之间的资源互躲的现象，网络得不到合理的利用。而MU-MIMO则可以实现同时和多款设备同时通讯，互不影响。不过MU-MIMO也有一个弊端在于路由器端和设备端均需要硬件支持，不能够通过软件的形式升级，举个例子，目前MU-MIMO路由器商用的并不多，并且普遍在千元以上。想要体验MU-MIMO带来的快感，也得花不少钱啊。

802.11ad:在很多消费者刚刚弄清楚5GHz WiFi和4G LTE网络之前的区别时，Qualcomm则率先在骁龙820上支持了802.11ad标准WLAN网络。有别于之前的2.4GHz/5GHz频谱，802.11ad采用60GHz的高频谱资源。配合MIMO技术可将带宽拓展至惊人的7Gbps，换言之每秒能够传输近1GB大小的文件。要知道我们目前仍在普遍使用的SATA3机械硬盘的传输速度也仅仅为6Gbps，也就是说未来WLAN传输速度将超过一般存储介质的存储速度。如此之快的连接速度可以被应用于设备和设备之间的数据交换，超高清4K视频的WLAN传输播放等。当然802.11ad采用的60GHz频谱也存在穿透性能有限的问题，所以更适合距离较近的设备之间使用，未来很有可能将替代蓝牙存在。

性能提升关键字五：3D超声波指纹+QuickCharge 3.0

前面我们说Qualcomm骁龙820很大程度上能够决定未来一年整个智能手机产业的发展方向，不仅仅硬件的提升能够给很多软件厂商提供更好的硬件平台来制作体验更好的软件。并且骁龙820还支持很多全新特性，例如QuickCharge 3.0、3D超声波指纹识别、improveTouch体验等，诸如这些特性将会在明年即将推出的智能手机上大放异彩。文章的这一阶段我们就那些骁龙820上即将在行业挂起旋风的特性。

3D超声波指纹识别：不知道大家有没有看到过科幻电影中，主人公将手指放在手机屏幕上固定区域就可以实现指纹解锁?这样曾经可换的场景时下正在一步步实现。目前智能手机上主要采用按压式指纹识别实体按键的设计，这一设计主要有两点考虑：1.按压式指纹识别模块对于识别区域的材质有较高要求。2.老一代指纹识别模块需要配备金属环用于防干扰。而3D超声波指纹识别的加入可以将指纹识别模块嵌入例如玻璃材质、塑料材质底部，无需在表面放置实体按键区域。虽然仍然不能做到屏幕下方指纹识别，但也将指纹识别应用推进到了一个更新的领域。16年不出意外的话，将会有很多手机取消实体指纹识别按键，转而将其隐藏在玻璃下方。这背后就是高通骁龙820和产业链相关厂商一同努力的结果。

如果说未来一年智能手机发展主流趋势都有哪些可能我们还不能一一列举详细，但快速充电一定是其中之一。明年是锂离子聚合物电池受到其化学性质所限短时间内容量不能有质的飞跃的一年，快速充电算是一种曲线救国的方式。时下一些快速充电标准已经能够解决充电初期的大功率充电安全性，但对于充电后期的涓流充电安全性还鲜有突破。以QuickCharge 2.0规格为例，仅支持3档功率充电，无法针对电池容量进行实时的微调。而全新的QuickCharge 3.0可以实现类似“无级变速”的多档位功率充电。可以针对不同的充电阶段实时调节充电功率，保证充电安全的同时也能够提升充电效率。16年也将会有更多的厂商打出充电X分钟，使用X小时的口号，这背后依然是骁龙820和产业链相关厂商一同努力的结果。

曾经有某业内人士说：虽然和Qualcomm属于竞争关系，但整个行业中最不愿意看到Qualcomm出现任何动荡。这种观点背后也折射出Qualcomm对于整个行业发展起到了举足轻重的作用。前面我们的标题为强大的并不仅仅是CPU，也提到了骁龙820的很多新特性将在今后的一年中引领整个智能手机产业的发展。当互联网手机市场已经认识到单纯性价比不能拉开品牌差异、需要寻找新的“爆”点的时候，谁能够通过硬件的形式为手机厂商带来新的具有竞争力的特性才是一家SoC厂商核心竞争力的体现。同时，骁龙820上我们又看到了之前那个理性的Qualcomm，随着消费者对于智能手机认知的深入，“核”战争迟早会成为一个伪命题，作为一个媒体人，笔者想说，单纯性能比拼方面，与其比拼各款芯片的最高性能，不如比较单位性能下功耗控制、超低功耗下性能是否强悍。相信在未来的16年中也会有更多的上游厂商、手机厂商回归产品为本这个思路上来。

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