回归理性,2013 年移动处理器发展趋势

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2013-02-22 09:53

自 2007 年第一代 iPhone 发布以来,以 ARM 为架构的处理器阵营开始崛起,催生了高通、英伟达、三星、联发科等移动处理器厂商。苹果也设计芯片,以封闭高度垂直独树一帜,三星一边设计芯片一边做终端,另外几家都是专注于芯片设计,然后授权给厂商使用。

移动处理器的发展和 PC  时代很不一样,摩尔定律在移动处理器上更加明显。2008 年的第一部单核 528MHz ,到如今八核 1.5GHz ,移动芯片性能的进化在短短五年时间即完成了 PC 处理器数十年的历程。2012 年的移动处理器市场,“核战争”依旧是火热的话题,从第一款四核手机 HTC One X,到后来的三星 Galaxy S III,以及号称“跑分天王”的小米手机 2,整个手机行业一直在围绕性能、跑分做文章。以致于后来的旗舰机型,如果不配上四核处理器,都不好意思称为旗舰,尽管用户能感受到的并不多。

随着“核战争”的愈演愈烈,以营销思想为主导,导致用户为过剩的性能过渡消费,开始引起行业的反思。处理器不应该成为营销的噱头,而是隐形的助推力,用户体验才是能感知的第一要素。

另一方面,和 PC 时代 CPU 决定了产品的用户体验不一样,智能手机上,GPU 主导用户体验,CP 发挥作用的时间并不多,称为 AP(Application Processor) 更为合适。

随着这一意识的抬头,未来两年移动处理器的发展趋势将扭转方向,朝着为软件服务、提升用户体验迈进。

具体而言,在 2013 年,移动处理器的发展趋势将包括高度集成化、软件功能固化、自建架构,当然,首要任务,还是要消除核战争。

消除核战争

打开手机,第一个动作就是滑动解锁,然后是滑动页面,打开应用,看视频、拍照、游戏。这其中,GPU 的表现无处不在,CPU 发挥效能的机会不如 GPU。最基本的,手机滑动页面要流畅,差不多要 60 帧或者以上,加上全高清屏幕的兴起,高性能 GPU 的作用十分关键。再说玩游戏,打开游戏加载开始,CPU 开始工作,指派各个配件工作,一旦加载完成,CPU 的满负载工作完成,剩下的低功率即可完成。

一位芯片领域业内人士告诉爱范儿,智能手机日常应用中,60-70% 需要用到 GPU,用到 CPU 的时间仅为 20% 左右。

现阶段,很少有应用需要用到多个核心,多核 CPU 往往是过剩的状态,并引起耗电问题。所以,未来做处理器设计的趋势,是把更多的芯片面积放在 GPU 和多媒体处理器上。

消费者和芯片厂商们逐渐认识到这一问题,将宣传重点放在软件、用户体验上,比如国产里的魅族喊出了“忘记参数”的口号, OPPO 则有“浪漫主义设计”。

可预见的是,在移动处理器市场,“核战争”在未来两年,将会逐渐平息,就像 PC 领域后期的发展一样。

高度集成化

iPhone 的供应商有数百家,要驾驭这数百家厂商,一方面苹果有供应链专家蒂姆·库克 (Tim Cook),一方面是苹果需求量大,话语权高,一般的厂商是驾驭不了的。而高度集成化的处理器,一定程度上可以解决这个问题。

高通 Snapdragon S 4 对于多种通讯基带的支持,让其受到厂商们的追捧,尤其是对 LTE 的支持,使得大量手机厂商投奔高通,比如 HTC One X 的 LTE 版本不得不放弃 Tegra 3,,转向高通骁龙 MSM 8960。

未来,不仅仅是多样的通讯基带,包括 Wi-Fi 模块、蓝牙模块、应用算法、GPS 都会集成在处理器内。另外,有些处理器还加入了针对特定应用的硬件支持,比如专门用来解解码高清视频、录制高清视频的硬件,这样可以代替 CPU 工作,节省电量。

高度集成的芯片可实现高度一体化的设计,这样做好处有四:

  • 因为集成,手机可以做到更轻薄
  • 集成成本低
  • 需要的配件少,进一步降低成本
  • 协同工作,省电

目前,高通的芯片在集成度上做的很超前,竞争力很强,想必会引起更多芯片厂商的追随。值得注意的是,这种集成有别于 QRD、MTK 平台,后两者是打包一站式服务,只适合于低端机型。

软件功能固化

随着处理器性能的过剩,芯片厂商在寻找下一个可挖掘的发展点,软件功能固化,成为一个趋势。

在今年的 CES 展会上,英伟达发布的 Tegra 4 的一大卖点,就是带来了 “计算拍照架构” (Computational Photography Architecture),能够自动处理 HDR 照片和视频,速度非常快。支持 HDR 连拍、闪光灯以及视频。也就是说,采用该处理器的手机,无需再去设计 HDR 拍照软件,可简单通过处理器实现。

在高通的部分高端芯片上,同样融入了软件应用功能,包括 HDR 拍照、笑脸识别等,终端厂商可直接拿来使用。

可以预见的是,集成应用功能将会是移动处理器的发展方向,更多基本又颇为复杂的功能将会打包在处理器内,供终端厂商使用。

自建架构

一直以来,很多芯片厂商都是使用 ARM A 系列架构,但其面临一个问题,在处理简单任务时,多个核心同时运作功耗表现并不好,所以催生了高通和苹果的自建架构。高通自建的两代架构分别是 Scorpion、Krait,苹果自 A6 处理器开始,也开始使用自家研发的架构。

自建架构的优势很明显,以高通 Krait 架构设计为例,其可控制每个内核的电压和频率,使得在简单处理时可以使用低功率模式,而且在不需要时可以独立关闭,这一技术称为 aSMP 微架构,比当前的同步SMP架构功耗可减少 25-40%。

相比之下,采用 ARM A 系列架构的处理器,随着多核的应用,无论是英伟达还是三星,都面临功耗的问题。英伟达 Tegra 3 使用的 “4+1” 核心,更多是因为四核 A9 核心耗电快,用一颗低功率的“伴核”来弥补。

三星在 CES 上推出的 “4+4” 处理器,同样是由于四个 A15 架构核心耗电,不得不采用四个低功耗的 A7 核心来分担一些任务,这一技术是由 ARM 开发,称之为 big.LITTLE 。实质上这一架构和 Tegra 3 的 “4+1” 类似。但如果它们都能自建架构的话,可以解决不少问题。

自建架构可以容许更多的自定义空间,提升浮点运算能力、优化计算单元、设计新的电路技术等,这些都可以在提升性能的同时降低功耗。高通目前在这一方面十分领先,因而受到大量厂商的亲睐,相信这一趋势会成为三星、英伟达、联发科的选择。

以上种种发展趋势,都是以提升用户体验为终极目的。具体而言,以上四条,每一条都对续航提升有帮助,在性能居高不下的情况下,性能和续航之间的平衡,依旧是芯片厂商博弈最多的地方。性能和续航兼顾,是移动处理器的未来。

抛开具体产品表现,从行业角度来看,芯片厂商的竞争依旧呈白热化,但高通的领先地位已经十分明显。一方面得益于产品的优势,另一方面,三星处理器虽然表现不错,但三星同时身兼最大智能手机厂商,身兼两职的角色促使大量重量级选手放弃三星,投奔高通和英伟达,三星的角色一定程度上造就了高通的辉煌。

而英特尔,这个“局外”的巨人,一直在努力跻身移动芯片领域。虽然实力雄厚,但其推出的多款移动处理器获得的终端支持非常贫乏,可运行的应用程序不多,产业链的缺失让其步履维艰。尽管手握 14nm、20nm 工艺技术,却面临承担着技术和资金的双重风险,英特尔还有一段很长的路要走。

题图来自 mshcdn

注:感谢读者指错,已经根据相关意见修改了文章。

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