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2014年国产ARM SoC芯片巡礼(上)

2014-08-29李实《微型计算机》2014年8月上

在PC时代,国内厂商无法获得诸如CPU、GPU这类核心产品的发展空间,但是在移动计算时代,手机、平板中却不乏国产SoC芯片。在2014年,国内主流厂商的ARM SoC更是与时俱进,出现了很多无论在功耗还是性能上都堪称优秀的产品。由于产品较多,本期我们先重点介绍华为海思麒麟系列芯片,之后还将解析瑞芯微、全智、联发科等厂商的全新产品。

国内ARM SoC芯片产业起步并不晚,很多国内厂商都在制造ARM架构的单片机、多媒体设备以及其他行业设备。随着移动计算时代的来临,国内厂商纷纷涉足针对手机、平板等设备的SoC芯片。这其中,华为、瑞芯微、全志以及来自中国台湾省的联发科,联合筑起了一道反击国外产品的钢铁长城。

华为:踏着希望而来的“麒麟”

华为在SoC芯片上的发展一直非常坚定,这一点从它对被大家称为“祖传海思”的K3V2的使用上就可以看出,华为宁可使用这样一颗较老的产品在新的手机上,也不愿意更换同期各方面更强大的芯片。这样做的目的也很明确:即使自己的技术暂时落后,也不能放弃一条已经成熟的产品线,至少得有人用,才可能有发展、有希望。为了改变在SoC芯片上的劣势,华为在2014年布局了全新的产品。这也就是代号为“Kirin”的全新麒麟系列处理器。

华为K3V2芯片,虽然被玩家吐槽,但不得不说它成功地开启了华为的SoC时代。
华为K3V2芯片,虽然被玩家吐槽,但不得不说它成功地开启了华为的SoC时代。

说起麒麟,就不得不提到海思K3V2,这颗芯片实际上是全球首款四核心ARM SoC,其正式亮相时间比NVIDIA的Tegra 3早了一天。不过由于工艺、制程以及技术调配方面的原因,等到搭载海思K3V2的手机上市,市场上已经遍布四核心手机了,华为的先发优势没有得到体现。此外K3V2还存在着一些问题:首先是制程落后,40nm制程在这颗SoC漫长的使用时间中已经远远落后于其竞争对手,发热量大并且频率不易提升,华为也一直没有将它升级到28nm以及更新的制程。其次,K3V2的GPU模块使用了体积小、效率高但是非常少见的Vivante GC4000,这使得K3V2拿下了业界小四核心处理器的名头,但是Vivante的兼容性不佳,早期K3V2对游戏的兼容性实在不能令人满意。

虽然海思K3V2存在这样那样的缺陷,但在自家的高端手机上,华为一直坚持使用海思K3V2搭配霸龙通讯基带。凭借华为强大的渠道实力,它终于还是闯出了一片天地。在两三年的时间中,别家处理器至少进步了一代甚至两代,但是华为还是在用海思K3V2。好在华为在这么长的时间中没有懈怠,而是一直在“憋大招”。2014年,随着麒麟系列的发布,华为海思麒麟910和麒麟920终于来到我们面前。

定位主流市场:麒麟910

代号为麒麟910的系列SoC定位主流,主打千元级市场。首先来看制程,麒麟910的工艺终于升级到了28nm,由台积电代工。在台积电的四种28nm工艺中,除了28nm HP是面向高性能产品之外,还有比较少见的28nm HPL,高性价比但是效能较差的28nm LP,综合性能优秀同时也是贵的28nm HPM—三种面向低功耗产品的工艺。麒麟910不负众望地使用了优秀的28nm HPM,这也是目前高通骁龙801、NVIDIA Tegra K1等顶级SoC所使用的工艺,具有漏电率低,频率表现出色等特点。从已知的测试情况来看,麒麟910的发热和耗电情况还不错,相比上代海思处理器有了长足进步。

麒麟910集成了华为LTE基带和Mali-450 GPU,进步显著。
麒麟910集成了华为LTE基带和Mali-450 GPU,进步显著。

虽然工艺有所进步,但是华为在核心架构方面并没有盲目跃进。在CPU模块方面,麒麟910采用了ARM Crotex-A9r4的四核心配置,相比早的Crotex-A9r1以及Crotex-A9r2版本,新的Crotex-A9r4加入了针对存储设备的管理以及增强的指令跳转预测,在功耗控制方面也提供一些更为精确有效的节能功能。在28nm工艺下,Crotex-A9r4高频率可以达到2.3GHz。根据ARM的官方资料,Crotex-A9r4在2.3GHz下相比早期的1GHz Crotex-A9,性能高可以达到后者的3倍以上。

Cortex-A9r4相比之前的版本性能有明显提升。
Cortex-A9r4相比之前的版本性能有明显提升。

说完了CPU,再来看看GPU。相比之前海思处理器采用小众的Vivante,麒麟910终于“主流”了一把,ARM官方的Mali-450MP4 GPU的加入使得麒麟910在游戏兼容性上不会再有问题。Mali-450是ARM之前Mali-400的升级版本,支持OpenGL ES2.0,并支持多核心配置。麒麟910使用的是四核心配置方案。从市场角度来看,使用Mali-450和Mali-400系列产品的厂商非常多,包括三星、联发科,尤其是联发科推出的八核心处理器MT6592同样使用了Mali-450MP4。不过,虽然兼容性问题得以解决,但是Mali-450本身技术规格较为老旧,尤其是无法支持OpenGL ES 3.0,这也和其市场定位直接相关。

Mali-450虽然架构较老并且只能支持OpenGL ES 2.0,但是却依靠极为出色的性能功耗比,成为主流市场的佳选择之一。
Mali-450虽然架构较老并且只能支持OpenGL ES 2.0,但是却依靠极为出色的性能功耗比,成为主流市场的佳选择之一。

在内存配置方面,麒麟910只设计了单通道内存控制器,但高可以支持到LPDDR3 1600,内存带宽为6.4GB/s。这也是目前主流市场的标准内存规格,对1280×720以及1920×1080分辨率的产品来说还是够用了。其他功能方面,麒麟910宣称使用了Tensilika HiFi12音频芯片,可以实现高质量的音频输出,不过暂时没有太多资料披露。
此外,为了加强麒麟910的竞争力,华为没有像之前的产品那样,将基带芯片和应用处理器分开设计,而是将其整合在了一起。这样做可以有效减小芯片面积,降低产品设计难度。麒麟910中加入了华为霸龙系列五模全频段基带,支持目前几乎所有制式的2G、3G、4G网络,尤其是支持LTE Cat4 150Mb/s 4G网络,是目前主流市场上少有现货出售的支持4G规格的产品。

型号方面,麒麟910目前分为两个版本,其中标准版麒麟910的CPU频率为1.6GHz,GPU频率不详。加强版麒麟910T的CPU频率达到了1.8GHz,GPU频率也应该会随之提升。实际上从台积电28nm HPM工艺本身来看,麒麟910的频率应该还会更高,至少达到2GHz不成问题,不知道华为是否在设计上遇到了某些难题亦或其他方面的因素使得频率无法进一步提升,目前这一切还不得而知。

性能方面,麒麟910的性能测试表现在预料之中,基本上达到了去年中高端SoC的水平。比如在流行的《安兔兔测试》中,麒麟910的成绩大约在24000~26000分左右,和高通骁龙600,以及目前比较流行的八核心产品MT6952基本上处于相当的水平。尤其值得一提的是麒麟910使用的Cortex-A9r4核心,本身单核心性能要领先目前中低端产品常见的Cortex-A7不少,因此在实际使用中,虽然麒麟910只有四个核心,但实际感受应该会比采用更多核心的Cortex-A7处理器要好,这也是其设计特色所决定的。此外,麒麟910的3D性能要比同样采用Mali-450 GPU的MTK 6592更为出色,因此在运行大型游戏时应该有更为流畅的使用体验。

总的来看,麒麟910是一款定位明确、性能出色、规格强大的产品,尤其是华为在基带上的优势,使得麒麟910在4G大潮中抢得了先机,产品大卖应该不是难题。

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