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)計看得特別重，后來的雙核心架構(gòu)Scorpion（驍龍S3時代）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)容也是基于這個原則開展的。

　　驍龍820和驍龍801雖然都是四核心設(shè)計，但是在三個很重要的方面進(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)大的運算能力？打個比方，以往我們用小卡車只能夠同時搬運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)實力足夠成熟，設(shè)計出一款在提高主頻、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，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大版本變革后的重點測試項目。

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在魯大師的三個測試項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的體驗評測和HTML5評測。很多讀者估計也沒預(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，因為驍龍808只在ICE STORM這個場景出現(xiàn)過“達(dá)到極限值！”的提示，另外兩個場景都并沒有出現(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的三個場景超過或者達(dá)到了24 Fps這個臨界值，Adreno 530和Adreno 330合計另外的5個場景全部都沒有達(dá)標(biāo)。不得不承認(rèn)GFXBench相比3DMark的考驗其實是更殘酷的。

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，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，那么這項指標(biāo)分?jǐn)?shù)偏低對用戶體驗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經(jīng)典項目上驍龍820還是發(fā)揮出應(yīng)有的優(yōu)勢，只是Vellamo計算分?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

　　最后這個考驗存儲系統(tǒng)項目和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)讀取）速度上大幅超越后者，也就是從手機(jī)拷貝大文件到其它地方時候更省時間，算是自主架構(gòu)升級的一個小福利。

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，在下文的系統(tǒng)監(jiān)視器中也印證了這一點，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，其實不然，通過上面國際象棋游戲測試項目，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間處于1.4GHz左右，部分時間達(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算能力相比Krait 400都發(fā)生了翻倍的變化。實際應(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。

　　一件繁重任務(wù)分派到一個車間，領(lǐng)導(dǎo)發(fā)現(xiàn)這件事情能夠拆分開幾個小任務(wù)，之后分別安排給張三、李四和王五三個人完成。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)一定高度時候需要多核心分擔(dān)運算任務(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就是上面兩個例子的綜合版，在需要開啟多核心的時候就會讓四顆核心協(xié)同工作，而偵察到某個運算任務(wù)并不需要那么多核心時候，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間其實并不能做到這一點，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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