主流手机处理器格局浅析

无论桌面还是移动，处理器无疑是驱动所有结构工作的核心动力;在移动领域除了ARM这个家长在为需要高性能低功耗的嵌入式领域设计规范之外，高通、NV、三星以及新晋Intel都积极的在此规范之上、依靠自己在计算、通信、图形各个领域的经验长处打磨着专属自己的处理器平台。

几年的争斗催生了移动领域以远大于PC领域的前进速度诞生着新品，当然其中有的叱咤风云有的黯然离场有的后来居上;对不同平台的选择也直接影响到你在用手机时所看重的应用场景——究竟是偏重多核的性能、寡核的功耗表现，还是GPU的游戏表现——于是如今的移动市场又被怎样的格局划分，或许应该成为你所应该知道的一部分。

雄霸90%以上份额的ARM阵营

俗话说一流的公司卖标准，在手机芯片领域ARM就是以这样的身份存在的;除了刚刚商用并不算久的Intel Atom平台(智能手机领域的Atom)，我们所见到的智能手机处理器几乎都源自ARM所设立的标准。ARM公司通过出售芯片技术授权，建立起新型的微处理器设计、生产和销售商业模式，并将其授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商(后面提到的高通、NV等)，每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。也就是说不卖产品，只卖配方。

 

ARM各代架构演进(图片来自ARM)

相比PC平台，移动领域所需要的计算并不复杂，因此ARM的优势就在于利用精简指令集RISC在有限的手机硬件上实现性能和功耗的双丰收;这也正是一直沿袭CISC复杂指令集的Intel在移动领域所望其项背的地方，Atom也在一直被质疑功耗对于手机平台来说过大。

 

ARM指令集、微架构分布(图片来自ARM)

整个ARM的体系非常之庞大，智能手机所涉及到的主要是基于ARMv7A指令集设计的Cortex-A5、A7、A9以至A15架构。目前A15的双核处理器由三星首次推出，而四核首次露面则是NVIDIA的Tegra4，代表着目前最高性能的A15还未大面积出现。而对于未来ARM也已经公布了基于ARMv8 64位指令集的第一套处理器“Cortex-A50系列”，并且剑指企业级服务器领域。

四系列覆盖 高通骁龙处理器

高通的骁龙系列如今应该是个机友圈家喻户晓的名字，即使你对此一无所知，那么去年末今年初“5英寸四核1080p”旗舰机的大肆轰炸也应该让你知道所有的平台都采用的是高通骁龙Krait架构的S4 Pro APQ8064。

不同于多数厂商采用的标准ARM Cortex架构，Krait是高通在ARMv7-A指令集的基础上自主设计的、采用28纳米工艺的全新处理器微架构。能够实现每个内核最高运行速度可达2.5GHz，较高通第一代的Scorpion CPU微架构在性能上提高60%以上，并将功耗降低65%。

 

Krait架构与Cortex各代比较(图片来自AnandTech)

高通骁龙平台特色

异步架构与All-in-One整合

如今骁龙所独有的Krait架构的特点在于将微架构设计为异步对称式多核处理器系统(aSMP)，相比当前的同步SMP架构，在aSMP中每个内核都拥有独立的时钟、电压和二级缓存，这使每个CPU内核都能够根据处理的工作类型，以最有效的电压和频率运行，从而获得最佳功耗。

 

同步架构与骁龙异步架构功耗水平区别(图片来自高通)

此外，高通平台的特色还在于SoC出色的All-in-One整合能力和为低端市场提供的QRD方案——其中整合能力表现为将CPU、GPU、3G/4G移动基带、gpsOne引擎、视频解码支持、显示屏支持、摄像头支持等统一整合到SoC当中。

 

骁龙800系列处理器集成(图片来自Qualcomm)

高通参考设计平台QRD

参考设计平台QRD则面向的是OEM厂商，它包含手机必备的的硬件元器件和软件应用程序等，OEM拿到QRD方案后能在很短时间内完成手机的研发，以此研发成本、缩短研发周期;对于千元级别智能机的快速出货与扩大占有率有很大帮助。

多模多频段网络支持

高通在无线通信领域方面的优势也是其有力的武器，特别是多模多频段的3G以致4G网络的兴起，所支持的频段越多，越容易受到经常漫游各地的消费者的钟爱。高通前些日子发布的RF360支持的网络制式包括了FDD-LTE、TD-LTE、WCDMA、CDMA、TD-SCDMA、EV-DO、CDMA1x、GSM以及EDGE。基本涵盖了目前主流的网络制式。

 

高通RF360基带芯片(图片来自Qualcomm Gobi)

高通骁龙重点产品对比

高通平台目前在中高端智能手机领域非常普遍，200/400/600/800系列的划分直接对应了从入门到旗舰级别的各个类型平台。在新的系列命名之前广为流行的还是骁龙S4系列，从 Play到Prime分别定位低中高端，除Play系列采用Cortex-A5架构之外，其他均采用自由的Krait架构，并且均为先进的28nm制程。

 

高通骁龙S4各个系列演进路线(图片来自Qualcomm)

 

骁龙S4各系列处理器(图片来自高通)

而且去年底以来Android阵营的旗舰机都采用了骁龙S4或600系列的处理器，甚至蔓延到了Windows Phone 8系统以及新诞生的Blackberry 10系统，诺基亚920、HTC 8X等以及黑莓Z10均以骁龙MSM8960作为处理器。

高通骁龙未来规划与升级

高通也在今年对旗下产品重新命名，更带来了产品线的全面升级。点击图片可查看详细参数规格

 

高通200/400/600/800新系列(图片来自Qualcomm)

按照目前高通骁龙系列处理器的分类，活跃在目前市场的除了HTC One、LG Optimus G Pro等旗舰机所采用的骁龙600平台之外，去年底推出的MSM8X30(骁龙400系列)是定位中端甚至千元这个更加普及的市场的产品，但是就此前我们的性能测试来看跑分也在一万左右，可以很好地胜任日常需求并且在多模网络的支持方面有着独到的优势;骁龙200系列也是为入门市场而推出的Cortex- A5架构的四核处理器，目前拥有8225Q、8625Q，以应对联发科四核MT6589的冲击。

高端领域骁龙600的三星S4、HTC One等刚刚涌现，骁龙800这个大杀器差不多要到下半年才能够出现，最高主频可达2.3GHz的四核CPU以及Adreno330 GPU的组合绝对不可小觑。

高通骁龙平台代表手机

 

高通骁龙平台代表手机(图片来自高通)

高通的地盘奇大，明星机型因此众多;不过其在中国市场打开名声很大程度要归功于小米手机的影响力;跑分神器让人了解了当初MSM8260的性能长处，小米手机2更是采用了S4 Pro级别也就是后来驱动很多5英寸四核1080p进行的APQ8064。除此以外，诺基亚的Windows Phone从800开始就以骁龙S2的8255作为处理器，到920时代仍然沿用双核8960。

 

HTC Butterly

骁龙系列最近一次的爆发，当然要数去年底HTC Butterly的推出所引起的各品牌5英寸、四核、1080p屏幕旗舰机的层出不穷，随后OPPO Find 5、索尼Xperia Z、LG Optimus G Pro等等纷纷以非常相似的硬件配置登场，而它们背后正是骁龙S4 Pro处理器的支持。

独特4+1结构 NVIDIA Tegra处理器

如果说高通的传统在于无线通信，那么NVIDIA是大家熟知的PC时代的图形专家;Tegra是NVIDIA于2008年洞察到移动领域的巨大潜力，而适时推出的基于ARM构架通用处理器品牌。

 

NVIDIA Tegra平台演进(图片来自NVIDIA)

NVIDIA Tegra平台特色

“4+1”协处理器

自从Tegra3起，NVIDIA开始在Tegra处理器当中采用为功耗考虑的独特“4+1结构”，特色在于在“动态待机”(即运行后台进程)和音乐、视频播放这种低负载任务时，全部四个主核心皆关闭节能，仅留下协核心运行。而在运行需要更高性能的应用时，则按需逐个开启主核心，同时关闭协核心。

 

Tegra3 “4+1”结构工作机制(图片来自NVIDIA)

Geforce ULP

另外Gefroce ULP的加入让Tegra平台从2代开始拥有独享的NVIDIA专用游戏专区TegraZone，专门的优化使得Tegra平台游戏具备分辨率更高的纹理、高动态范围(HDR)照明、各种镜头光晕和更加绚丽的爆炸效果。

 

Tegra专属游戏优化(图片来自NVIDIA)

NVIDIA Tegra重点产品对比

Tegra2已经渐渐离我们远去;不过采用双核Cortex A9架构、最高主频可达1.2GHz的Tegra2平台还是给我们留下了不少代表作为，诸如LG Optimus 2X，摩托罗拉Artix 4G、Xoom，宏碁A500，华硕 Eee Pad TF101，戴尔Streak 10 Pro等等。

时至2011年移动领域首款四核处理器Tegra3诞生，Tegra3(代号“Project Kal-El”)采用了独特的4+1结构，内置一个协处理核心，NVIDIA将这种架构称为vSMP(可变对称多处理，Variable Symmetric Multiprocessing)。Tegra3变种及演进：

T30L：四核1.2GHz，单核最高1.3GHz，GPU频率416MHz，用于Nexus 7、华硕的TF300T平板

T30：四核1.4GHz，单核最高1.5GHz，GPU频率520MHz，用于HTC One X，LG Optimus 4X HD

T33：四核1.6GHz，单核最高1.7GHz，GPU频率520MHz，用于HTC One X+、华硕 TF700T平板

 

四核A15 72核心GPU的Tegra4(图片来自NVIDIA)

继承着每年一个里程碑的历史，全球首个四核Cortex-A15架构的处理器Tegra4在今年CES上面发布，采用了和Tegra3同样的4+1设计，配有72颗GeForce GPU核心，使用28nm制程，据称在显示性能方面是Tegra3的六倍。虽然没有成品的推出，但是开发平台泄露的种种数据表明Tegra4无论综合性能还是图形性能都有十分的潜力。

NVIDIA Tegra平台未来规划

 

Tegra Logan/Parker(图片来自NVIDIA)

除了Tegra4，NVIDIA也在今年3月公布了远至2015年的移动平台路线图。其中代号为Logan(或者Tegra 5)的平台将采用Kepler架构GPU，引入CUDA 5.0并且弥补Tegra 4并不支持OpenGL 3.0的遗憾而直接支持OpenGL 4.3。据悉Tegra 5将会带来并行计算、曲面细分、计算着色器、几何着色器等等全套高级特性。

除此以外还有首次露面的代号为“Parker”的Tegra 6平台，CPU部分为NVIDIA自己打造的基于ARMv8 64位架构定制的内核，也就是之前Denver Project的产物;GPU部分则为Maxwell，支持统一虚拟内存，意味着CPU、GPU将会构成融合的异构计算体系。

NVIDIA Tegra平台代表手机

 

摩托罗拉Atrix 4G

 

首款Tegra3 HTC One X

除了Tegra2时代的摩托Atrix 4G以及Xoom平板等，伴随Tegra3处理器出现的首款四核并以拍照为特色的HTC One X让更多人认识到这一平台;随后中兴U950、U986，LG Optimus 4X HD等智能手机，以及谷歌的Nexus7平板，微软的Windows RT系统平板Surface也采用了这一平台。可能你会听到某些产品采用“5核”这样的宣传策略，其实就是指的Tegra3。

GALAXY银河闪耀 三星Exynos平台

三星自从GALAXY系列智能机诞生就势如破竹的统治了大半个Android市场，于是自家推出的Exynos平台也越来越为更多人所熟知;首款Exynos品牌的产品为4210，拥有两枚主频为1.2 GHz的Cortex-A9通用处理核心，拥有32/32 KB I/D Cache, 1 MB L2 Cache，并且集成Mali-400MP GPU。它应用于当初大红大紫的GALAXY SII和GALAXY Note，以及魅族MX。

 

三星Exynos平台(图片来自SAMSUNG)

三星Exynos平台特色

说起来三星的Exynos并无太多突出的特色，既无自己设计的架构、又没有“4+1”这样的协处理模式;不过它的强大性能以及稳定性和所采用的Mali GPU良好的兼容性也堪称低调内敛的优势，正是凭借这些才默默捧红了三星GALAXY系列的二三四代机型。

 

三星GALAXY S以及SII

三星Exynos平台重点产品

正式沿用Exynos品牌之后，继上面提到的4210之后，三星GALAXY S3诞生时带来了四核Exynos 4412，Cortex-A9架构，32nm HKMG制程，支持双通道LPDDR2 1066。Exynos 4412四核处理器仍然集成Mali-400MP GPU，但三星公司已将这颗图形处理器主频由此前的266MHz提升至400MHz。应用于S3以及后来的Note II。

 

三星Exynos 4412(图片来自SAMSUNG)

向来站在硬件配置顶峰的三星今年带来了Exynos Octa——首个基于ARM big.LITTLE架构的双四核心处理器，采用四核Cortex-A15代表“超高性能”的集群和四核Cortex-A7代表“功耗节省”的集群组合;综合表现方面据官方称将比上一代Exynos处理器性能提升70%，而功耗可以下降20%。

 

三星发布A15+A7四核Exynos 5 Octa处理器(图片来自THE VERGE)

三星Exynos平台代表手机

 

Exynos代表 魅族MX与三星S3

 

联想K860

Exynos处理器目前除了三星GALAXY SII/S3以及Note/Note II等在用之外，还有魅族MX、联想K860等产品使用，不过并不采用Exynos品牌命名;虽然并没有太多像之前两家亮眼的技术加入，但是整个平台由于采用的是Mali-400MP，除了性能表现之外游戏兼容性还是很不错的，就实际测试来说不太经常会出现其他平台常见的游戏场景贴图错误。

借性价比遍地开花 联发科MTK平台

顶着山寨之王帽子的联发科在智能手机时代虽然依旧在中低端徘徊，但是却依靠高性能低功耗低成本的策略抢占了非常大的市场，2012年6月MT6577才刚发布，而就2012年的千元机市场来说就几乎无一不MT6577。

联发科2011年9月推出第一款面向智能手机设计的处理器——MT6573，2012年2月份推出基于Cortex-A9架构的MT6575，主频首次达到1GHz，6月份推出双核Cortex-A9架构的MTK6577。

联发科MTK平台特色

“双核Cortex-A9、频率1.0-1.2GHz、PowerVR 531、支持1280x720分辨率屏幕”的组合，还有双卡双待的标配，看起来对于新手来说还算够用，不得不说联发科的出现对于中国市场庞大的功能机用户 向智能机转型的趋势起到了很大作用。也许手握三星苹果HTC这些品牌高端机型的用户看不上这样千篇一律的路数，但是确实有用。

 

联发科平台(图片来自MTK手机网)

联发科MTK平台演进及规划

于是乘胜追击的联发科推出了四核产品MT6589，内置四个Cortex-A7架构核芯，集成PowerVR SGX544图形处理器，支持720p(1080*720像素)的屏幕、1300万像素摄像头和1080p视频播放。虽然达到四核水平但目前来看整体性能 相比其他四核并无太多亮眼之处，或许还需要价格来打天下。

另外除了MT6589，未来联发科的四核甚至八核产品的前景还比较扑朔迷离。

 

联发科MT6589平台

联发科MTK平台代表机型

至于采用MT6577或者MT6589平台的就比较好认了，目前采用的品牌也都非常多，多为国产，一般以双核1GHz或者1.2GHz作为宣传并且不怎么突出处理器品牌的一般就非MTK莫属。虽然身份并不是太高，但是稳定性与性价比还是很合适的。

不食人间烟火的苹果A系列平台

苹果向来是个奇葩，虽然嘴上毫不强调硬件性能，但是背地里总能把iOS优化的在怎样的硬件上都无比流畅;大多数时候甚至单核800MHz所实现的流畅度都成了Android阵营双核甚至四核产品的秒杀对象。苹果此前的处理器都来自于三星，但毕竟处理器是整个硬件平台的核心，为了避免泄露太多的技术细节苹果也招兵买马开始自己设计芯片。

 

苹果A4处理器

于是iPhone 4得以搭配A4处理器诞生，仅仅单核水平、工作频率固定在1GHz(iPhone 4为800MHz)的iPhone 4的流畅程度目前依然是许多Android产品所无法比拟的;随后推出的A5处理器可以自行改变运行频率，并且从Cortex-A8架构提升至A9，采用双核配置。

 

双核CPU+三核GPU 苹果手工设计A6处理器(图片来自chipworks)

当然更让我们惊讶的还是双核CPU+三个GPU核心的A6这颗奇葩，虽然基于ARMv7指令集，但A6是苹果第一款非标准ARM架构处理器，全手工排布使得A6处理器为iOS系统做出更多优化，从而获得了更好的性能较之A5处理器。A6处理器性能是前者的两倍，而在实际使用阶段，配备A6处理器的iPhone 5应用加载速度更快，Pages加载速度达到之前的2.1倍，Keynote加载速度也有之前的1.7倍。

 

iPhone 5要比iPhone 4S提升2.13倍(图片引自anandtech)

目前有消息显示苹果下一代iPhone 5S有望针对CPU和RAM进行全面升级，传说中的iPhone 5S将会搭载四核A7处理器，拥有最高1.2GHz主频，同时提供2GB运行内存，而内存主频也会发生变化，从之前的LPDDR2变成LPDDR800。

不过话说回来，在苹果这样软硬件一家包揽的世界里，单纯讨论硬件性能是没有什么意义的;按照苹果的逻辑不会一味扩张性能，而是要在性能、功耗以及iOS的用户体验三方面寻求权衡;对于苹果什么也不必猜测，只需要等待一个个惊喜。

跨行后起之秀 Intel X86平台

抛开庞大的ARM阵营，移动领域还有另外一位重量级选手——Intel。就年龄来说，Intel算是新人;可是就资历和经验来说可一点儿都不年轻。Intel在智能手机的平台让我们所熟知来自于与联想共同推出的K800，随后采用升级版——Atom Z2480单核2GHz处理器的摩托罗拉MT788真正大放异彩，打破了长久以来单纯论“核战争”的局面——你有多核我有单核多线程，还要算跑分?单核秒杀你绝大多数双核，由此x86与ARM的战争也逐渐拉开。

 

Intel智能手机领域的最新作品Atom Z2580(图片来自AnandTech)

摩托罗拉MT788所采用的Intel Medfield平台的处理器型号为Atom Z2480，基于32nm工艺打造，单核双线程，具备512KB L2缓存，搭配PowerVR SGX540 GPU，支持双通道LPDDR2内存。

 

Intel X86演进路线(图片来自Intel)

Intel X86平台特色

超线程、睿频、Smart Idle

虽然在核心数上并不占优，但是Intel Atom处理器支持PC上才有的超线程技术，确保处理器能并行执行两个指令线程，以单核模拟双核环境，实现了当前多任务环境下的性能和系统响应能力。实际的性能测试也显示它在核心方面足够具备以一敌二、以二敌四的能力。

 

Intel X86睿频技术

除此之外，睿频技术的采用使得处理器能够动态突破到更高的性能，让智能手机能按照需求提供更高的性能，并优化功耗。额外的Smart Idle Technology技术可以让CPU核心和处理器其他部分关闭时，操作系统依然保持待命的开启状态。

既然性能不是问题，大家选择Intel平台所存在的顾虑就可能是由于x86与ARM所采用的指令集的不同，造成为ARM设计的Android系统当中的应用程序无法在x86上面正常运行。其实X86平台已经为此做出了不少努力，通过BT转换将ARM指令转换为X86可以识别的形式再进一步执行。

 

Binary Translator(图片来自Intel)

Intel X86平台重点产品对比

虽然Intel Atom的首秀性能就让人眼前一亮，不过依然挡不住Android阵营长久以来的硬件战步伐，高通以及NV都朝向自己的下一代Krait架构以及ARM的 Cortex-A15投入精力;为了与之对抗，Intel今年也毫不客气的拿出了Clover Trail+平台，联想K900所搭载的Atom Z2580——双核四线程，主频为2GHz，仍然基于32nm工艺的搭配——跑分比拟双四核版本三星GALAXY S4的事实又让我们再次重新认识这个PC领域的芯片领导者。

 

单核Z2460与双核平台规格比较(图片来自AnandTech)

全新的Clover Trail+平台相比之前，不仅在CPU核心方面有所提升，还采用了计算能力更强的PowerVR SGX544MP2 GPU，支持高达1066MHz的LPDDR2内存芯片以及最大256GB的扩展存储，多媒体方面支持最高1600万像素的摄像头。

 

Medfield与Clover Trail+平台规格比较(图片来自Intel)

Intel X86平台未来产品规划

 

下一代Bay Trail平台(图片来自engadget)

当然Intel未来还将有四核产品推出，开发代号为Bay Trail，采用22nm工艺，相比目前有两倍的性能提升和更好的功耗表现。不过从目前的消息来看Bay Trail应为平板电脑所准备，并不确定它是否会应用到智能手机上面。

Intel X86平台代表手机

 

联想K800

作为为国内用户所熟知的联想首部Intel X86架构处理器的手机K800，拥有1.6GHz主频，单核性能表现彪悍直逼主流双核处理器水平，也可以兼容大多数应用;但当时来说对于游戏的兼容性尚且不够完善。此后推出的摩托罗拉MT788则更加成熟，在我们之前刚刚推出的《X86挑战ARM 29项测试揭秘鲜为人知的功耗》测试当中，Atom Z2480平台的摩托罗拉MT788无论性能还是功耗都足够让人满意。

 

联想K900

如果说K800只是简单地试水，联想K900看起来更加来势汹汹;Intel Clover Trail+平台的露面再一次选择了联想，而K900更是一款外观与性能并驾齐驱的高端定位机型。

作为首款搭载了代号为“Clover Trail+”Intel Atom Z2580双核处理器的智能手机，联想K900主频达到了2GHz，同时辅以2GB DDR2运行内存。GPU图形处理器则为PowerVR SGX 544MP2。之前的联想K900评测显示Intel Atom Z2580的架构性能从跑分上来看跟ARM A15架构不相上下。

移动性耗战 Intel X86 VS ARM

就算是小米所倡导的发烧精神，最终也是需要为可怜的电池容量而考虑;智能手机领域因此并不存在PC上面那样风靡的DIY以及硬件发烧精神，更多的情况下仍需要兼顾“性能与功耗”两个方面的考虑。

 

移动性耗战 Intel X86 VS ARM

从源头上来说，复杂指令集CISC和精简指令集RISC的不同思路导致了Intel X86与ARM之间的根本差异，继承自PC平台的X86更加看重高性能，不过同时带来了高功耗;而ARM看重小尺寸低功耗领域的特性使其自然而然的成为了智能手机的依托，至少是计算水平还不是很高的时候的智能手机的依托。X86不能做到ARM的低功耗，而ARM也无法做到X86的高性能。此外X86传统的PCIe总线无法应用于SoC，而且X86也并没有与ARM AMBA总线类似的SoC平台总线，仍是Intel进军嵌入式领域一个不小的障碍。

 

29项测试揭秘鲜为人知的功耗

不过但就目前来看，Intel X86平台的几款机型在功耗上面并没有太差的表现，至少联想K800和摩托罗拉MT788诞生以来的功耗数据都还是让人满意的。通过之前的《X86挑战ARM 29项测试揭秘鲜为人知的功耗》专项测试当中显示，Intel X86并没有在功耗优化上面落后;而且自己的睿频等技术也在一定程度上改善了平台本身的功耗问题。

 

ARM合作伙伴

从产业环境来看，把持移动领域多年的ARM在技术专利以及产业盟友方面所织下的网络已经非常之大，Intel想要凭借一己之力短时间内攻破在通信、图形各个方面都有所专长的ARM阵营高通、NV这样的对手并不容易;除了硬件层面的对手，系统层级的谷歌、乃至微软Windows对于ARM的支持都将成为 Intel的重重威胁。