说到“手机的平台化”,首先要给大家澄清一下“平台化”的概念。一般来说,讲“平台”,会包含软平台和硬平台两种,所谓软平台就是刚刚提到的手机操作系统,称之为平台,更多地是基于应用开发者的角度考虑。至于硬平台,则是今天文章的主题,也就是基于ARM基础架构的目前手机市场智能产品普遍采用的处理器芯片组。
ARM(Advanced RISC Machines)
ARM公司是专门从事基于RISC(32位元精简指令集)技术芯片设计开发的公司,作为知识产权供应商,本身不直接从事芯片生产,靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片。说通俗一点,就是ARM既是一家公司的名字,也是一种微处理器架构的名字。就好像高通一样,ARM自己也不生产芯片,而是将技术专利出售获取利润。但架构这个东西是个基础,任凭有再强大的芯片设计,归根到底还是得基于ARM架构开发。
Snapdragon骁龙S4——高通Qualcomm
高通Snapdragon骁龙
Snapdragon骁龙是高度集成的移动优化系统芯片(SoC),结合了业内领先的3G/4G移动宽带技术与高通公司自有的基于ARM的微处理器内核、强大的多媒体功能、3D图形功能和GPS引擎。虽然本届MWC展会高通并没有特别强调自己的Snapdragon骁龙S4芯片组,但这个28nm制程、支持异步对称式多核、业界首款完全集成的LTE世界模/多模的调制解调器、高性能可编程Adreno GPU、以及高度集成所带来的低功耗处理器,却绝对是高通在2012年的拳头产品。
TEGRA3——NVIDIA英伟达
全球首款移动四核心处理器,采用台积电40nm工艺制造,四核心最高频率1.4GHz,单核最高1.5GHz,CPU性能最高可达Tegra 2的5倍。内部集成12核GeForce GPU,GPU性能是Tegra 2的3倍,并支持3D立体显示。同时,其四核功耗也比双核的Tegra 2更低。
在本次MWC展会上,我们也了解到了TEGRA3的终极奥义:4-PLUS-1,即四核之外的第5颗核心。这颗被称为“Companion CPU core”协核心的处理单元,与其它四核同为ARM Cortex-A9架构,但其中四个采用高性能制程(G)制造,为更高频率运行优化;而最后一个“协核心”则为低功耗制程(LP)打造,漏电流更低,为低频率运行优化,最高频率仅500MHz。
Exynos5——SAMSUNG三星
2011年2月,三星电子正式将自家基于ARM构架处理器品牌命名为Exynos。Exynos由两个希腊语单词组合而来:Exypnos和Prasinos,分别代表“智能”与“环保”之意。大家所熟悉的中文名“猎户座”,其实是它的开发代号Orion。
虽然Exynos诞生的时间不长,但是三星处理器的历史却追溯到很久以前。在Exynos命名之前,三星的处理器型号夹杂字母和数字,比如一代iPhone和iPhone 3G所使用的S5L8900(主频412MHz、GPU是PowerVR MBX-Lite)。而iPhone 3GS使用的基于ARM Cortex-A8架构的S5PC100处理器,主频667MHz,也是帮助三星处理器名声大振的一代产品。再之后Exynos经历了3、4代的发展,包括3代Hummingbird(蜂鸟),以及三星GALAXY S II和魅族MX所使用的4代Exynos4210。
最新的Exynos5250,采用32nm工艺,双核ARM Cortex-A15架构设计,工作频率2.0GHz,内存带宽达到12.8GB/s,可驱动高达WQXGA(2560x1600)分辨率的显示设备,计算性能是目前1.5GHz双核Cortex-A9架构的Exynos4210的2倍。虽然没有搭载产品亮相MWC2012展会,但是谁能不期待这样的产品呢?
TI OMAP5——TEXAS INSTRUMENTS(TI)德州仪器
OMAP(Open Multimedia Application Platform),是德州仪器(TI)公司的开放式多媒体应用平台,通常包括一个或多个ARM构架处理器和专用协处理器。从2003年至今,OMAP也经历了5代换血,2011年的OMAP4430是TI的首个双核处理器,采用双核心ARM Cortex-A9 MP处理器,相比Cortex-A8内核整体提升了1.5倍的性能。OMAP4430在同级双核里被喻为性能最优秀的处理器,拥有Tegra2没有的NEON模块,拥有比Exynos4210更小的发热量,拥有比MSM8260更优秀的构架,有“怪兽级”双核处理器之称。
后续的OMAP4460、4470也全都是ARM Cortex-A9架构的产品。到了OMAP5,包括5430、5432两个型号,都采用TI定义的低功耗28nm制造工艺,同时拥有两个ARM Cortex-A15 MP内核处理器,均具有高达2GHz的主频,两个ARM Cortex-M4处理器可实现低功耗负载和实时响应,支持双通道DDR3/DDR3L内存。
说到三星,就不能不说苹果。这对冤家在专利战没有胜负的情况下,仍然坚持着处理器上的代工合作,这从表面上看,是苹果对于三星的依赖,但深挖一下的话,这难道不是包括三星、苹果在内的所有终端厂商,对于ARM的妥协吗?
就好像Intel霸占着PC市场一样,ARM架构也在统治着移动处理器市场。具体到苹果身上,其实三星和苹果的处理器之前都是一家公司代工。但是后来三星买走了该公司的一个技术专利授权,于是自己也能做处理器了;而苹果直接买下了该公司,所以苹果也没有吃亏。不过这直接导致了苹果A4处理器和三星I9000的基本一致。
关于苹果A5处理器,编号APL0498E01(A4处理器编号为APL0398B01)。与A4最大的区别,就是A5升级为双核心ARM Cortex-A9架构处理器,45nm工艺。此外,A5的Cortex-A9虽然同样采用的是双指令解码,但是其指令执行顺序为Out-of-Order(乱序执行),可以多任务并行执行,最大限度发挥处理器的效能,处理速度快。
苹果A5处理器(图片来源于互联网)
苹果的iPhone、iPad如此成功,但依然还是要受制于ARM架构,或者说是只能基于ARM架构进行研发、设计,尚不能像Intel一样拥有自己的微处理器架构。并且,苹果目前的产品还是需要找到代工厂协助,才能满足市场供应量的需求。
从苹果的角度出发,唯一能与其发生关联的只有芯片部分,系统?终端厂商?在苹果眼里都是可以搞定的,苹果目前仍处于被追逐、被模仿的阶段,或许Intel的x86才是苹果最该关注的点。
最后来看看Intel的这一次“跨界”。从PC到手机,终端的尺寸小了,移动性要求高了,功耗要求更苛刻了,集成度要求更强了......面对这些变化,Intel依然选择涉足移动终端市场,让我们来看看Intel的x86到底具不具备征战手机市场的资本。
首先来解释一下x86架构。x86或80x86是英特尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称,该系列较早期的处理器名称是以数字来表示,并以“86”作为结尾,包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486,因此其架构被称为“x86”。
x86架构是重要的可变指令长度的CISC(复杂指令集计算机,Complex Instruction Set Computer),但在较新的微架构中,x86处理器会把x86指令转换为更像RISC的微指令再予执行,从而获得可与RISC比拟的超标量性能,同时仍然保持向前兼容。
首款x86架构的Android手机出现在CES2012大展上,是由联想首发与英特尔合作的Medfield智能手机——联想K800。联想K800上市时将会搭载Android 4.0系统,采用4.5英寸的显示屏,屏幕分辨率达到720P(1280×720),后置800万像素摄像头以及双LED闪光灯,使用英特尔Atom Z2460处理器(单核多线程1.6GHz)。表面上看起来与ARM架构安卓手机并无差别,但实际上两者所运行的基础架构环境截然不同。
Android机器人拥有了新的芯片架构选择——Intel X86(图片来源于互联网)
仅以刚刚介绍的苹果A5处理器为例,在台积电的40nm工艺下,双核心的Cortex-A9所占据的核心区域约为6.7平方毫米,目标频率2GHz、1.9W功耗(包括了L1缓存和总线接口);而同为40nm工艺的x86架构双指令Out-of-Order(乱序执行)处理器,单核心就要占据5平方毫米空间,也就是说x86架构相比ARM在面积上不占优势。但即便如此,苹果还是锁定了iPhone 4S、iPad 2的主频,可见移动设备的性能、功耗依旧很难两全。
实际上,x86架构微处理器目前急需解决的问题,并非高功耗,至少从联想K800的续航表现来看,也没有比ARM架构手机逊色;同样也不是基于x86架构的软件兼容性问题。目前的问题在于,能够适配Atom处理器的周边元器件供应商选择太少,整个供应链体系还不成熟,需要消耗大约半年到一年的时间来解决,当然前提是Intel自己愿意做这个投入才行。