骁龙猫鼬劲敌 华为海思麒麟950深度解析

2015-12-21 16:40产品 标签:骁龙猫鼬 华为海思麒麟950

随着华为Mate8的发售,安兔兔等测试软件的榜首之位终于被一颗国产之芯占领,而这颗国产芯就是华为自家的海思麒麟950处理器。那么,麒麟950又是凭借那些秘籍实现了国产芯的逆袭呢?

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华为海思发展简史

在国产手机阵营中,华为是唯一拥有自主移动SoC(片上系统,集成了CPU、GPU、Modem、ISP、DSP等芯片,为了便于理解,下文还是以“处理器”加以称呼)核心技术的企业。早在2012年,华为就凭借海思K3V2(40nm工艺,四核Cortex-A9架构,集成GC4000 GPU,代表产品:Ascend D1、Mate1,荣耀3等)抢先进入了四核战场(图1)。可惜,K3V2工艺相对落后,GPU的兼容性和优化也一般,因此一直被要求苛刻的玩家所排斥。

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图1

2014年初,华为海思新品正式冠名“麒麟”(Kirin)之名,其首代产品麒麟910(28nm工艺,四核Cortex-A9架构,集成Mali-450MP4GPU,代表产品有P7、Mate2、荣耀X1等),在功耗(发热)和游戏兼容性等方面有了长足的进步。2014年6月,麒麟920(28nm工艺,四核A15+四核A7架构,集成Mali-T628MP4GPU,代表产品有荣耀6)横空出世,麒麟家族正式进入八核时代。2015年,麒麟930(28nm工艺,四核A53E+四核A53架构,集成Mali-T628MP4 GPU,代表产品有荣耀X2)再度出发,从此麒麟在性能上终于可被列入高端行列。

小提示

麒麟925(代表产品有荣耀6Plus、Mate7)和麒麟935(代表产品有荣耀7、P8)分别为麒麟920和麒麟930的高频版。不过,麒麟925可以算是麒麟家族的一道分水岭,因为从这颗芯片开始麒麟家族开始武装协处理器。此外,麒麟家族还包含面向中低端的麒麟620等,只是此类芯片规格一般,在这里就不多加介绍了。

“老麒麟”的尴尬

虽然麒麟92x/93x已经让华为海思在中高端领域站稳了脚跟(图2),但就处理器的实际性能而言,这些麒麟只能算是出色,但却依旧达不到一流的水准。以搭载麒麟935的荣耀7为例,在安兔兔V5.7x测试中可以取得50000左右的成绩,但到了安兔兔最新版V6.0时的分数依旧是50000上下。反观高通骁龙810,安兔兔V5.x中成绩约60000,升级到V6.0后则可突破80000大关。究其原因,则是安兔兔V6.0版提升了GPU性能的权重,更能体现一款处理器的真实性能。

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图2 :搭载麒麟925的Mate7,让华为在中高端市场找到了自信

 

表1

麒麟920/925

麒麟930/935

麒麟950

CPU

四核A15(1.7GHz/1.8GHz)

四核A7(1.3GHz)

四核A15(2.0GHz/2.2GHz)

四核A53(1.5GHz)

四核A72(2.3GHz)

四核A53(1.8GHz)

GPU

ARM Mali-T628MP4(600MHz)

ARM Mali-T628MP4(600MHz)

ARM Mali-T880MP4(900MHz)

协处理器

i3(Cortex-M3架构)

i3(Cortex-M3架构)

i5(Cortex-M5架构)

内存支持

双通道LPDDR3 800MHz

双通道LPDDR3 800MHz

双通道LPDDR3/4

视频编解码

1080P H.264编解码

1080P H.264编解码

1080P H.264编解码

2160P 30fps H.265解码

ISP

第三方ISP

第三方ISP

自主研发双14-bit ISP

通讯基带

巴龙LTE Cat.6

 

实际上,“老麒麟”在GPU图形性能方面的瓶颈不是秘密,“万年Mali-T628MP4”就是玩家对其的评价。终于,华为在2015年11月祭出了海思麒麟950,而这颗处理器则凭借最新的Cortex-A72微架构和规格更高的GPU实现了性能上的逆袭(表1)。在安兔兔V6.0测试中可轻松突破90000大关(图3),将高通骁龙810和三星Exynos7420这两颗公认的旗舰级处理器甩在了后面。

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图3

 

“新麒麟”的谋划

麒麟950的发布时机可谓恰到好处。高通骁龙810的“热情”让人谈虎色变(图4),而上市近一年之久的三星Exynos7420也即将展露疲态。作为后来者,麒麟950自然有大把时间对这两款“年度旗舰”进行针对性的优化改良。因此,华为抢在骁龙820和三星Exynos 8890(代号猫鼬)之前祭出了这颗“谋划已久”的芯片,不能一举成名反而会显得不正常。接下来,就让我们对麒麟950做进一步的剖析吧。

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图4 :骁龙810的发热已经逼得手机厂商用上了笔记本领域常见的热管散热模块了

深入骨髓的变革

和上代麒麟935相比,麒麟950有了深入骨髓的变革。而这场变革首先就体现在制程工艺与核心微架构的进化之上。

工艺杜绝发热隐患

高通骁龙810和三星Exynos7420都基于ARM公版Cortex-A57+A53微架构设计,它们的性能毋庸置疑,而骁龙810之所以会深陷发热泥潭就是被相对落后的20nm制程工艺“坑害”的。

为了不被工艺拖累,麒麟950在研发之初就与台积电展开了合作,也因此成为了继苹果A9之后,第二批用上台积电最新16nm FinFET Plus先进工艺的移动处理器(图5)。从iPhone 6S“芯片门”事件可见,台积电的16nm FinFET Plus工艺在功耗和发热的表现上甚至要比三星的14nm FinFET还要优秀。

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图5

架构提升性能水准

为了与骁龙810和Exynos7420拉开差距,麒麟950绕过了Cortex-A57+A53微架构,直接选择ARM下一代顶级核心:Cortex-A72。简单来说,A72就是A53的升级版,性能比A53更高,但功耗却比A53还低(图6~图7)。此外,麒麟950依旧支持big.LITTLE技术,让A72和A53构成了双四核的微架构,唯一可惜的就是没能用上A72架构特有的“GIC500互连架构”(由于麒麟950研发较早错过了GIC500的更新,因此沿用了上代GIC400)。

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图6

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图7

更换GPU一雪前耻

将GPU升级到Mali-T880也是麒麟950的一大亮点。Mali-T880是ARM目前最高端的GPU显示核心之一(图8),它最多可以配备16个计算单元(即Mali-T880MP16)。可惜,华为为了控制功耗和发热,采取了高频少核的策略:集成四核版的Mali-T880MP4,并将核心频率提升到了900MHz。就实际性能而言,Mali-T880MP4可秒杀麒麟935集成的Mali-T628MP4,但与骁龙810(Adreno 430 GPU)和Exynos7420(Mali-T760MP8 GPU)相比还是存在着较大的差距(表2)。综合来看,麒麟950的游戏性能至多与骁龙次旗舰808持平。

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图8

表2

GPU

GFXbench3-曼哈顿

GFXBench-霸王龙

骁龙810

Adreno 430

25fps

55fps

Exynos7420

Mali-T760MP8

26fps

57fps

麒麟950

Mali-T880MP4

18fps

34fps

骁龙808

Adreno 418

14.8fps

34.4fps

骁龙801

Adreno 330

12fps

28fps

联发科Helio X10

PowerVR G6200

10fps

27fps

 

协处理器进一步降低功耗

细心的玩家可能已经发现了,麒麟950主打低功耗的Cortex-A53核心频率高达1.8GHz,远远超过了Exynos7420的1.5GHz和骁龙810的1.6GHz,这让麒麟950在一些常规应用中也能获得足够强大的性能基础。问题来了,高主频等于更高功耗,那麒麟950又该如何解决这一隐患呢?

答案就在于麒麟950改用了Cortex-M7架构的i5协处理器(图9)。与老麒麟集成的i3(Cortex-M3)相比,i5不仅在性能上提升了4倍,待机功耗也从之前的90mA下降到了6.5mA。不要小看协处理器的作用,它负责协调管理手机的重力、光线、指纹、加速、陀螺仪和指南针等感应器模块。比如,协处理器可以帮微信运动记录你一天的运动量,但功耗却可忽略不计。在i5协处理器的帮助下,麒麟950在更多低负载环境中可以“偷懒”,从而尽可能延长续航时间。

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图9

以体验为主的改进

除了性能提升之外,麒麟950更加注重日常体验。比如,它集成了华为自主研发的图像ISP核心,在拍照成像质量上有了明显提升;引入了启发式智能调度算法,可更合理地调度CPU核心和GPU的使用情况,减少卡慢现象的出现;支持芯片级智能定位,在室内导航或高架桥等复杂环境下可做到更精准的定位。

总结:暂时领先但易被超越

在上述特性的帮助下,让麒麟950在综合实力上堪称2015年度Android手机处理器的最强音。但是,麒麟950的强悍还是存在局限性的。比如,它之所以CPU性能强悍,是凭借首发Cortex-A72架构的天然优势;它之所以功耗较低,也是源于更先进的16nm FinFET Plus工艺;就GPU图形性能而言,麒麟950只是实现了“自我超越”,与竞品相比还是存在较大的差距;在网络方面,麒麟950沿用了上代通讯基带,由此也就埋下了“被超越”的隐患。

高通骁龙820和三星猫鼬(Exynos 8890)等下代旗舰级处理器都会采用更先进的制程工艺,并改用自主研发(优化)的微架构核心,并武装更强悍的GPU单元,麒麟950的所谓优势也将在这些竞争者面前毫无招架之力。在高通骁龙820的沟通会上,展示样机在安兔兔6.0中甚至取得了13000的成绩(图10),麒麟950面临的压力可想而知。还好,骁龙820的量产时间预计要到2016年的4月,而三星Galaxy S7发售时间也在这个节点之后。

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图10

当然,处理器的强弱并不能完全决定一款手机的优劣,在体验为王的当下,系统优化、拍照续航等方面的表现同样重要。但是,处理器却是最容易被量化的指标,从而给予用户最直观的选购参考建议。因此,未来的麒麟还有很大的改善空间,比如学习高通和三星的自主架构、武装更强悍的GPU等等。而我们也期待包括联发科在内的更多芯片厂加入到旗舰级处理器的“战争”中来,如此我们才能享受到竞争的红利。