解密驍龍820：完爆八核的神秘四核架構(gòu)

　　【手機(jī)中國 評測】平時(shí)我們的技術(shù)解析文章總圍繞著驍龍600系列處理器，今天我們換一位主角——驍龍820。除了性能強(qiáng)勁以外，還追加了不少新特性和友商打出差異化競爭，例如Quick Charge 3.0（下文簡稱QC 3.0）、驍龍全網(wǎng)通。正如介紹驍龍600系列處理器的內(nèi)容一樣，我們對驍龍820的技術(shù)解析也會分開多個(gè)章節(jié)進(jìn)行描述，今天我們先聊聊架構(gòu)的事情。

　　驍龍820和驍龍810不同，回歸了驍龍801的自主架構(gòu)設(shè)計(jì)并依然只采用了四顆核心。從第一代驍龍?zhí)幚砥鏖_始，Qualcomm對于自主架構(gòu)設(shè)計(jì)看得特別重，后來的雙核心架構(gòu)Scorpion（驍龍S3時(shí)代）就是Qualcomm自主架構(gòu)的處女作。四核心架構(gòu)Krait（經(jīng)典的驍龍600和驍龍800時(shí)代）更為其奠定了今后在手機(jī)處理器端的王者地位。

　　接著我們對比一下驍龍801和驍龍820這兩套SoC方案，看看同樣采用了四核心的Krait 400和Kryo CPU架構(gòu)之間究竟有哪些改進(jìn)？

驍龍820 VS 驍龍801

　　驍龍820無論從哪個(gè)角度看，硬件參數(shù)相比驍龍801都要好上不少，所以我們重點(diǎn)關(guān)注的并不是性能上差異，而是兩套自主架構(gòu)方案的傳承和革新，下文的內(nèi)容也是基于這個(gè)原則開展的。

　　驍龍820和驍龍801雖然都是四核心設(shè)計(jì)，但是在三個(gè)很重要的方面進(jìn)行了重大提升。首先將處理器指令集從32位升級到64位，接著將處理器的工藝從28nm升級到14nm，最后就是把Adreno 330升級到Adreno 530。由于最后一項(xiàng)牽扯到GPU內(nèi)容，今天我們暫不展開討論。指令集的升級最大的好處就是能夠支持Android L（Android 5.0）以后的系統(tǒng)，包括最新的Android M。

　　根據(jù)PC處理器的常識，如果我們需要提升處理器的運(yùn)算能力，一般可以通過提高主頻、增加核心數(shù)目、更改核心架構(gòu)和更新制程四種常見方法。

　　單核心時(shí)代的手機(jī)處理器發(fā)現(xiàn)當(dāng)主頻抵達(dá)一定高度之后就無法提升上去。接著芯片廠商開始琢磨核心數(shù)目、架構(gòu)和制程三方面的內(nèi)容。這兩年，隨著處理器核心數(shù)目抵達(dá)一定數(shù)量之后，“核戰(zhàn)”的意義變得沒那么重要了，手機(jī)處理器廠商也開始理性回歸，重點(diǎn)優(yōu)化處理器架構(gòu)和制程。

　　從32位架構(gòu)提升到64位架構(gòu)之后為什么能夠帶來更強(qiáng)大的運(yùn)算能力？打個(gè)比方，以往我們用小卡車只能夠同時(shí)搬運(yùn)32箱大貨物，如今用了大卡車之后我們能夠?qū)?shù)量上升到64箱。

　　假設(shè)芯片廠商研發(fā)實(shí)力足夠成熟，設(shè)計(jì)出一款在提高主頻、增加核心數(shù)目、更改核心架構(gòu)三方面都優(yōu)化到位的處理器，但是最大的瓶頸往往是落在工藝制程上。驍龍820采用14nm制程，相比28nm驍龍801升級了兩代工藝，帶來最大好處就是處理器能夠塞下更多的晶體管。如果不升級制程情況下硬塞晶體管進(jìn)去處理器，即使能夠讓你塞得進(jìn)也會讓處理器內(nèi)部變成火爐，功耗和發(fā)熱問題會讓這顆處理器根本無法正常工作。

　　簡單來說，工藝制程就是為了保障我們的處理器能夠擁有更多的核心，更先進(jìn)的架構(gòu)和更高的主頻的前提。

　　上面的內(nèi)容在我們以前的文章中或多或少都有接觸過，今天我想研究一些干貨內(nèi)容，要了解處理器架構(gòu)我們最好就是通過處理器核心開啟機(jī)制直觀地看出端倪。

　　不少讀者留言想看看驍龍820和驍龍801這兩套Qualcomm自主設(shè)計(jì)架構(gòu)處理器的核心開啟機(jī)制又會是怎樣的？大家都是四核心設(shè)計(jì)，會不會像驍龍650和驍龍808這兩顆六核心處理器那樣出現(xiàn)了不一樣的調(diào)用情況？或者是任何時(shí)候都是四核全開？

跑分對比

　　解密核心開啟機(jī)制之前先看看跑分，滿足部分消費(fèi)者的對比欲望。不感興趣的讀者可以直接看下一頁的內(nèi)容。

安兔兔評測

驍龍820 VS 驍龍801

　　從上面的跑分明細(xì)表就已經(jīng)能夠看出Adreno 530相比Adreno 330的進(jìn)步可謂巨大的，3D性能從四位數(shù)升級到五位數(shù)，這也是每一代Qualcomm處理器相比友商同級別處理器具有優(yōu)勢的地方之一。CPU性能和RAM性能從上面的截圖來看相差并不大，但是驍龍820的SoC仍然具有優(yōu)勢。UX性能的差距僅次于GPU，這也是安兔兔評測近幾個(gè)大版本變革后的重點(diǎn)測試項(xiàng)目。

魯大師

驍龍820 VS 驍龍801

　　和安兔兔評測不同，驍龍820和驍龍801在魯大師的三個(gè)測試項(xiàng)目的得分差距都并不大。無論是主打傳統(tǒng)跑分的性能評測，還是更注重UE、UX的體驗(yàn)評測和HTML5評測。很多讀者估計(jì)也沒預(yù)料到相隔兩年的兩代旗艦架構(gòu)在魯大師跑分相差并不大。

PCMARK

驍龍820 VS 驍龍801

　　雖然兩者在PCMARK的總分差距并不大，但是子選項(xiàng)得分還是能夠明顯看出差距的，尤其是文檔編寫和圖片編寫這些任務(wù)。

3DMark

驍龍820 VS 驍龍801

　　如果大伙還記得之前評測文章中驍龍808的跑分，就會發(fā)現(xiàn)驍龍801的成績比其要好，因?yàn)轵旪?08只在ICE STORM這個(gè)場景出現(xiàn)過“達(dá)到極限值！”的提示，另外兩個(gè)場景都并沒有出現(xiàn)這種情況。Adreno 530相比Adreno 330在3DMark這類專業(yè)的GPU跑分軟件的成績大概相差10000萬。

GFXBench

驍龍820 VS 驍龍801

　　除了Adreno 530的三個(gè)場景超過或者達(dá)到了24 Fps這個(gè)臨界值，Adreno 530和Adreno 330合計(jì)另外的5個(gè)場景全部都沒有達(dá)標(biāo)。不得不承認(rèn)GFXBench相比3DMark的考驗(yàn)其實(shí)是更殘酷的。

安兔兔視頻測試

驍龍820

驍龍801

　　還記得前兩年我拿驍龍801和友商的處理器PK安兔兔視頻測試，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)置Adreno解碼模塊表現(xiàn)并不出色，之后驍龍615、驍龍410以及驍龍810和驍龍808的表現(xiàn)其實(shí)都并不好。直到今年的驍龍650、驍龍652和驍龍820終于把這塊短板彌補(bǔ)上。需要強(qiáng)調(diào)的是，安兔兔視頻測試并不能完全代表日常我們看視頻的用戶體驗(yàn)，有些格式縱然不支持，但是我們壓根兒都不會去看那一類格式的視頻或者音頻文件，那么這項(xiàng)指標(biāo)分?jǐn)?shù)偏低對用戶體驗(yàn)扣分自然也無傷大雅了。

Vellamo

驍龍820 VS 驍龍801

　　由于驍龍801并不支持最新版的Vellamo，所以我們分別采用兩個(gè)版本軟件對兩顆處理器進(jìn)行跑分。在瀏覽器和金屬這兩個(gè)經(jīng)典項(xiàng)目上驍龍820還是發(fā)揮出應(yīng)有的優(yōu)勢，只是Vellamo計(jì)算分?jǐn)?shù)的方式不同安兔兔評測，所以看上去差距并沒有那么大。

Geekbench 3

驍龍820 VS 驍龍801

　　雖然都是四顆核心，但是引入了64位架構(gòu)并用上了14nm制程之后，Kryo CPU的單線程和多線程跑分相比Krait 400架構(gòu)呈現(xiàn)了翻倍的增長，可見Qualcomm潛心研發(fā)兩年的自主64位架構(gòu)確實(shí)優(yōu)化到位，無論是單核心的能效比還是多核心的并發(fā)能力都有所交待。

AndroBench

驍龍820 VS 驍龍801

　　最后這個(gè)考驗(yàn)存儲系統(tǒng)項(xiàng)目和CPU自身關(guān)系并不大，但是驍龍820啟用了全新的架構(gòu)之后引入了對LPDDR4和UFS 2.0兩項(xiàng)技術(shù)的支持，這是驍龍801所不具備的。最終在順序讀?。ǔ掷m(xù)讀?。┧俣壬洗蠓胶笳?，也就是從手機(jī)拷貝大文件到其它地方時(shí)候更省時(shí)間，算是自主架構(gòu)升級的一個(gè)小福利。

核心開啟機(jī)制

　　關(guān)于核心開啟機(jī)制的研究我們按照慣例主要分為跑分軟件、在線視頻和游戲三方面。

跑分軟件

　　先解讀一下圖例，驍龍820四顆核心的最高主頻并不一致，理論上有兩顆核心最高能夠達(dá)到2-2.2GHz（下文簡稱高頻核心），另外兩顆核心則能夠達(dá)到1.6-1.7GHz（下文簡稱低頻核心）。驍龍801四顆核心最高都能夠達(dá)到2.5GHz的理論值，但是筆者手上這臺樣機(jī)為低配版，所以最高只能夠達(dá)到2.3GHz。

　　如下圖所示，系統(tǒng)監(jiān)視器顯示驍龍820的CPU0和CPU1為低頻核心，CPU2和CPU3則是高頻核心。驍龍801四核顆心都是一樣的設(shè)計(jì)，在下文的系統(tǒng)監(jiān)視器中也印證了這一點(diǎn)，這也是Kryo CPU和Krait 400架構(gòu)的不同之一。

驍龍820

驍龍801

　　在安兔兔跑分的第一個(gè)環(huán)節(jié)中，對于CPU的負(fù)載按道理并不會太高。驍龍820兩顆低頻核心一直處于低負(fù)載狀態(tài)，高頻核心主頻則一直維持在1GHz以上，但是并沒有達(dá)到重負(fù)載，最高也只飆到1.7GHz。驍龍801則關(guān)閉了兩顆核心，讓另外兩顆核心處于高負(fù)載，主頻基本上維持在最大值2.3GHz。

驍龍820 VS 驍龍801

　　多任務(wù)這個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)該是跑分控最愛，驍龍820和驍龍801都選擇了四核心全開，驍龍801四顆核心都達(dá)到了最高主頻，而驍龍820四顆核心則并沒有。在多任務(wù)環(huán)節(jié)也出現(xiàn)了類似的情況。

驍龍820 VS 驍龍801

驍龍820 VS 驍龍801

　　經(jīng)過了上面的多線程和多任務(wù)監(jiān)控，不少讀者會以為這款樣機(jī)的驍龍820是類似小米手機(jī)5標(biāo)準(zhǔn)版那顆低頻版，其實(shí)不然，通過上面國際象棋游戲測試項(xiàng)目，我們能夠看到驍龍820的兩顆高頻核心是能夠達(dá)到2.15GHz的最大值。

　　驍龍820和驍龍801在國際象棋游戲這個(gè)環(huán)節(jié)核心開啟機(jī)制并不相同，前者依然偏向調(diào)用兩顆高頻核心，后者則更偏向?qū)⒐ぷ髁考性谝活w核心上。

驍龍820 VS 驍龍801

　　中國象棋游戲的環(huán)節(jié)驍龍820改變了調(diào)用策略，將兩顆低頻核心頻率提高，并降低兩顆高頻核心的負(fù)載。驍龍801則依然偏向讓一顆核心處于高負(fù)載狀態(tài)，另外三顆核心雖然處于最高主頻但是負(fù)載并不重。

驍龍820 VS 驍龍801

　　五子棋游戲?qū)τ趦商滋幚砥骷軜?gòu)來說都提升了負(fù)載的需求，驍龍820四顆核心主頻都突破了1GHz，兩顆高頻核心也處于最高主頻狀態(tài)，它們之中其中一顆核心為100%負(fù)載。驍龍801也出現(xiàn)了一顆核心為100%負(fù)載，另外三顆核心負(fù)載都突破了雙位數(shù)。

在線視頻

驍龍820

驍龍801

　　對于負(fù)載相對較輕的在線視頻環(huán)節(jié)，驍龍820四顆核心主頻基本上都維持在1GHz以下，而且并沒有出現(xiàn)關(guān)閉部分核心的情況。相反，驍龍801則長期關(guān)閉了其中三顆核心，讓剩下一顆核心作為主力工作。

游戲

地鐵跑酷

驍龍820

　　對于地鐵跑酷這種小游戲，驍龍820四顆核心都開啟不過頻率并不會太高，除了應(yīng)付一些運(yùn)算量瞬間劇增的畫面，例如上圖最右邊的情況四顆核心主頻都達(dá)到了1.3GHz左右。

驍龍801

　　驍龍801則選擇關(guān)閉其中兩顆核心，另外兩顆核心處于相對高一點(diǎn)的負(fù)載狀態(tài)，但是主頻并沒有突破2GHz。

激流快艇2

驍龍820

　　對于激流快艇2這種大型游戲，驍龍820兩顆低頻核心基本上徘徊在1.4-1.6GHz，兩顆高頻核心則長時(shí)間處于1.4GHz左右，部分時(shí)間達(dá)到最高主頻2.15GHz。

驍龍801

　　和地鐵跑酷類似，在激流快艇2中驍龍801大部分時(shí)間繼續(xù)關(guān)閉兩顆核心，另外兩顆核心處于相對較高的負(fù)載狀態(tài)。

極品飛車17

驍龍820

　　沒有想到的是驍龍820在極品飛車17測試中基本上處于穩(wěn)定的核心開啟狀態(tài)，如上圖所示，看來如今的大型游戲?qū)τ隍旪?20來說也并沒有太大壓力。

驍龍801

　　驍龍801方面也表現(xiàn)得很輕松，繼續(xù)關(guān)閉兩顆核心同時(shí)另外兩顆核心的負(fù)載也并沒有我們想象中的那么高。

狂野飚車8

　　本次參測的兩臺分別采用驍龍820（Optimus UI）和驍龍801（Funtouch OS）的手機(jī)都無法正常運(yùn)行狂野飆車8，出現(xiàn)了閃退的現(xiàn)象而且重裝軟件和重新下載數(shù)據(jù)包都沒有任何作用。所以暫時(shí)不討論兩款處理器在這款游戲上的表現(xiàn)。

　　總結(jié)：同樣采用了Qualcomm自主架構(gòu)設(shè)計(jì)的驍龍820相比驍龍801在核心開啟機(jī)制方面的算法明顯復(fù)雜更多，驍龍801在安兔兔評測的3D場景測試、小型游戲和大型游戲的環(huán)節(jié)中基本上都會關(guān)閉兩顆核心，在線視頻環(huán)節(jié)更出現(xiàn)了關(guān)閉三顆核心情況。

　　驍龍820在多任務(wù)和多線程環(huán)節(jié)雖然四顆核心全開并實(shí)現(xiàn)了100%負(fù)載，但是兩顆高頻核心主頻并沒有達(dá)到最大值，反而在后續(xù)棋類跑分和大型游戲中短時(shí)間出現(xiàn)了單核心最高主頻。

　　另一方面，將核心開啟機(jī)制和各種跑分軟件成績相結(jié)合，我們不難發(fā)現(xiàn)Qualcomm自主架構(gòu)的進(jìn)化歷程其實(shí)是有規(guī)律可循的。驍龍801的Krait 400架構(gòu)偏向關(guān)閉兩顆核心，從而壓榨另外兩顆核心的最高能效比，用更少的人辦更多的事情。

　　驍龍820的Kryo CPU在Geekbench 3中能夠看到無論是單線程還是多線程運(yùn)算能力相比Krait 400都發(fā)生了翻倍的變化。實(shí)際應(yīng)用場景中雖然算法比較復(fù)雜，但是簡單來看面對輕負(fù)載的情況，例如在線視頻雖然會四顆核心全開但是主頻都并不高。而面對高負(fù)載場景則主要依賴兩顆高頻核心工作，突顯最高能效比的概念，延續(xù)了Krait 400架構(gòu)的特點(diǎn)。

　　一件繁重任務(wù)分派到一個(gè)車間，領(lǐng)導(dǎo)發(fā)現(xiàn)這件事情能夠拆分開幾個(gè)小任務(wù)，之后分別安排給張三、李四和王五三個(gè)人完成。其中工作效率最高的張三分派到的子任務(wù)自然就是最重的，耗時(shí)也會相對較長，但是總比沒有人協(xié)助要完成得快。這就是單核心主頻抵達(dá)一定高度時(shí)候需要多核心分擔(dān)運(yùn)算任務(wù)的原理，并不能一味地推高主頻，當(dāng)年Intel的Pentium 4就領(lǐng)教過苦果。

　　相應(yīng)地，另一件復(fù)雜任務(wù)交給車間長審核之后，發(fā)現(xiàn)讓工作效率最高的張三一個(gè)人就已經(jīng)能夠搞定，當(dāng)然就會直接指派給張三完成，而并不會讓李四和王五在旁邊協(xié)助。這就是芯片廠商歷年都在不斷優(yōu)化處理器架構(gòu)和制程，進(jìn)一步提升單核心能效比的做法。

　　驍龍820就是上面兩個(gè)例子的綜合版，在需要開啟多核心的時(shí)候就會讓四顆核心協(xié)同工作，而偵察到某個(gè)運(yùn)算任務(wù)并不需要那么多核心時(shí)候，驍龍820就會讓部分核心處于低負(fù)載狀態(tài)，將工作集中在一顆核心上從而發(fā)揮其最大能效比的優(yōu)勢。而部分友商的所謂八核心和十核心處理器大部分時(shí)間其實(shí)并不能做到這一點(diǎn)，相關(guān)內(nèi)容有機(jī)會留待以后的章節(jié)和各位進(jìn)行深入探究。

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