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温习:只谈核数没含义,带你重新认识手机SoC

作者:admin 发布时间:2019-05-15 19:45:04 浏览次数:171
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你的手机是几核的?在比较两款手机差异时,在几年前,这是咱们最常问的一个问题。CPU中心数量的多寡的确是衡量手机功用的重要目标,但却不是最精确的目标。

以市面上最常见的高通骁龙处理器为例,在整个“处理器”中,CPU部分只占芯片面积的15%,其他85%则被图画处理器(GPU)、数字信号处理器(DSP)、调制解调器(Modem)、导航定位、多媒体等等芯片或许模块占有。

事实上,比起“处理器”,咱们把这种芯片称为“SoC(System on Chip,片上体系)”愈加适宜。SoC是一个细小的体系,假如把中央处理器(CPU)比作大脑,那么SoC便是包括大脑、心脏、眼睛和手的整个人体。爱活新技能研习社今日承当科普使命,为咱们解析手机处理器SoC里边的隐秘。

CPU:手机的大脑

假如把SoC比作人体,CPU便是整个SoC的大脑。CPU的正式称谓是“中央处理器”,你开口问朋友“你的手机是几核的?”指的便是这个部分。CPU是一块超大规模的集成电路,也是手机的运算中心和操控中心,它占的面积份额不大,却承当了最重要的功用。

作业时,CPU首要承当手机通用使命处理和操控、裁定作业。操作A和操作B相加等于多少?程序C有一段指令要履行,需求几个周期?履行结束后接下来该干吗?这些事儿CPU一秒钟要“考虑”万亿次,确保你的手机一直“智能”。

咱们最常问的那句“你的手机是几核的?”指的是CPU中心的数量。现代CPU早就脱离单打独斗的年代了,把许多个处理器集成到一个芯片里边,让各个处理器并行的履行不同的使命,提高处理器速度,这便是现代多核处理器的基本思想。现在的手机处理器有双核、四核、八核等多种形式。

中心数量的多寡在必定程度上可以表现功用,但作业没有这么肯定,除了中心数量,单个中心自身的“质量”也非常重要,这就牵涉到别的的概念:架构、缓存、频率。

一般来说,2014年你能买到的智能手机CPU,都运用ARM公司开发的同一个指令集——ARMv7-A,你可以理解为不同CPU都讲同一种言语(普通话)。但在相同指令集下,ARM却供给多种不同架构供厂商挑选(咱们都讲普通话,也分为小学生、中学生、大学生),例如常见的Cortex-A7、Cortex-A9、Cortex-A15....像高通这种实力比较强壮的厂商,还会开发自己独有的架构,例如骁龙800/600/400系列处理器运用的“Krait”。

不同的架构有着不同的功用和功耗,要详细讲清楚各个架构之间的差异,本文的篇幅就危如累卵了,此处不多费口舌。你只需求知道温习:只谈核数没含义,带你重新认识手机SoC:CPU仅仅整个SoC的一小部分,中心数量又是CPU许多功用目标的一小部分,中心数量的多寡不代表CPU的终究功用,更不能代表整个SoC的功用。

对了,衡量手机CPU还有另一个重要目标——能耗。手机电池容量有限,省电是每个手机CPU的必修课,许多公司在这方面都有自己的绝活。例如,在骁龙处理器中,高通自行开发的aSMP架构答应独自操控每个处理器中心的电压和频率,当使命比较简略时处理器还会智能的进入休眠状况,终究表现出来的作用是又快又省电。

GPU:速度超快的画师

实际上,不管是2D仍是3D游戏,它们多多少少都跟手机的GPU离不开关连。哪个部件在手机SoC里强占的面积最大?通知你吧,也是GPU(Graphic Processing Unit,图画处理单元),GPU担任手机上绝大多数图形的烘托,你往常玩儿的那些手机游戏,大部分都靠它来处理,你可以把它幻想成一名速度超快的画图师。

最开端,手机的GPU仍是一个很简略、很无关紧要的组件。像苹果的第一代iPhone,诺基亚一些选用Symbian体系的智能手机,它们的GPU,不管功用仍是功用都适当“不幸”。但跟着技能的开展,GPU在SoC中的位置敏捷胀大,其体积乃至超过了CPU,强占了一大块地盘。

为什么GPU会变得越来越重要?看看你手机上越来越大的屏幕就知道了——分辨率从最早的VGA(640480)一路进化到了现在的1080p(19201080),乃至是2K(25601440),GPU需求烘托的图形像素多了好几十倍,功用和功用天然也是水涨船高。

对了,跟着功用和功用的进化,现在GPU能完结的现已不仅仅是图形处理作业了,它乃至还“抢”了CPU一些活儿来干。安卓体系从4.0到4.1那次闻名的“黄油进化(Project Butter)”,便是让GPU承当体系界面的烘托作业,让整个体系界面变得愈加流通、丝般顺滑。

GPU特别合适处理大规模并行的数据,由于图形核算自身便是一种大规模并行处理。现在安卓体系中许多图形之外的使命都交给了GPU,例如网页烘托,你觉得用起来速度特别快的那些浏览器,它们烘托网页十有八九就用到了GPU。

在未来,跟着扩增实际等虚拟视觉技能的大行其道,GPU会承当更多通用处理的使命,它跟CPU之间的联系也会越发奇妙,用一句形象点的话来说便是:CPU做办理,GPU当苦力。咱们估计,GPU在整个SoC里的位置还会看涨,是一支优异的潜力股。诸位下一次够买手机的时分,千万记住重视下它的GPU哦。

DSP:处理数据的专家

为什么有些手机摄像头用起来反应迟钝,有些手机的摄像头却快如闪电?除了软件优化的功力,手机摄像头背面还站着一名功臣——DSP。

DSP是另一个要害的处理组件,它的性质与GPU有些相似:专门处理那些超大规模、并行的数据,最典型的两个比如便是:手机摄像温习:只谈核数没含义,带你重新认识手机SoC头所拍照的图画,以及手机播映器里形形色色的音效。

可不要小看了这两个看似简略的使命,现在手机搭载的摄像头像素都高得吓人,连拍速度动则10fps、20fps,假如没有DSP,短时刻内许多的图画数据足以把一个四核CPU塞满,让你的手机彻底干不了其它作业

依据揭露的数据,骁龙810处理器搭载的Hexagon DSP具有14位双图画信号处理器,像素吞吐量高达1.2GPixels/s——每秒钟12亿像素!经过这个数字,你可以感受一下流经DSP的数据量有多恐惧。

正是由于有了专门的DSP,咱们才干在手机摄像头上享用越来温习:只谈核数没含义,带你重新认识手机SoC越高的像素、零快门推迟、面部检测以及高档后处理(如目标移除和克隆)等功用。与CPU、GPU的不同之处在于,DSP的使命愈加专心、单一。DSP没办法担任CPU、GPU的悉数使命,但在它自己拿手的图画、音效处理中,它运转时的功耗要比CPU和GPU低得多,所以咱们把DSP称作“数据处理专家”。

基带/射频前端:手机的耳朵和嘴巴

进入3G/4G年代之后,只需连上移动网络,好像任何一台手机都能毫无压力下载许多图片、观看高清视频,但在2G年代,作业可没这么简略。你能这么轻松的刷微博、刷朋友圈、在线购物...彻底是手机基带芯片和射频前端进化的劳绩。假温习:只谈核数没含义,带你重新认识手机SoC如把手机比作人体,集成手机SoC里边的基带芯片,加上外置的射频前端,便是人的耳朵和嘴巴,它们担任手机与外界的通讯。

基带芯片又称Baseband,它最首要的功用便是调制收发信号。详细地说,在你给人打电话时,基带芯片把你的声响信号编译成用来发射的基带码,传输给基站;而在其他人向你打电话时,基带芯片把收到的基带码解译为音频信号,然后经过扬声器发出来。到了3G/4G年代,基带芯片还要担任许多网页、图画和视频信息的编译——关于基带芯片来说,这些东西终究都会变成信号。

由于调制信号的进程实在是过分杂乱,基带芯片内部俨然是一个自己的小王国,它有自己的CPU、自己的信道编码器、自己的DSP、自己的调制解调器和接口模块..如虎添翼.好一点的基带,例如高通的Gobi,还内置了自己独占的256MB内存。

与基带芯片调配作业的模块叫做射频前端(RF),它担任信号的数字/模仿转化作业,一同还要担任信号的扩大。基带芯片和射频前端一同作业,一同决议了手机的通讯制式。你的手机是3G仍是4G?能兼容联通、移动仍是电信的网络?这些都是由基带芯片+射频前端说了算的。

除了支撑许多通讯制式,优异的基带芯片还必须能具有把不同频段“揉合”到一同的才干,由于不同运营商的频谱资源实在太涣散了。例如,中国移动的4G网络一共具有130MHz的频谱资源,频段却涣散成了三个,分别是:1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz。在手机作业的时分,通讯模块得把这三个不同的频段整合到一同,模仿成“一个频段”进行通讯,这样才干确保最快速度,咱们把这种功用称为“载波聚合”。打个形象的比如,载波聚合技能适当于一个阀门,把许多根涣散的小水管凑到一同,终究构成一股充分的大水流。

别的,新一代手机还盛行一个趋势:把悉数与信号相关的部分都交给基带芯片来办理。例如GPU信号、WiFi信号、蓝牙信号...在曾经,手机每增加这温习:只谈核数没含义,带你重新认识手机SoC样一个连接功用,就需求多装一块芯片。现在它们都交给基带来管,就能节省不少本钱,耗电也会大大下降。

由于功用超多,杂乱度超高,基带芯片也被称为“手机上规划最困难的地带”。高通公司的主力组合——Gobi基带芯片+ RF360射频前端便是业界标杆,它功用多得像超人:最顶配的Gobi可以支撑GSM/WCDMA/CDMA/TDD-LTE/FDD-LTE等从2G到4G的悉数网络制式;兼容全球运营商多达数十个不同的频段;能经过载波聚合技能把涣散的频段整合到一同作业;还能收发WiFi/蓝牙/GPS/FM收音机等品种繁复的信号;为了省电,每一个模块都是可以独自开关的....一同,最难以想象的是,功用如此强壮的基带芯片,竟然也能用硅半导体工艺制作,作为一个模块集成到SoC内部!这其实也是高通公司在业界的一大技能优势。

怎么判别一款手机SoC中基带芯片的技能水平?你彻底不必逼迫自己记住那些不流畅的技能名词,只需看它的功用就够了——支撑多少种4G/5G制式?兼容多少网络频段?支不支撑WiFi 802.11ac等等?使用排除法逐个挑选,你会发现终究的挑选所剩无几。

多媒体引擎:口袋里的影院

两三年前,要播映1080p的蓝光影片,你还的专门花钱去买上一台蓝光播映器。现在,你只需掏出手机轻点屏幕,就能播映高画质的1080p视频,是不是很奇特?

这很正常,由于你的手机SoC里,有一颗强壮的多媒体引擎,它现已把视频编解码的活儿都包办了。

能流通解码1080p分辨率的H.264视频现已是手机SoC的规范装备,你无底子需忧虑背面的码率、分辨率问题,这些都是多媒体引擎的劳绩。

从骁龙805/骁龙810 SoC开端,内置的多媒体引擎开端支撑H.265(HEVC)硬件解码功用,它们满足以最高60Hz的帧率解码4K分辨率的视频,如此强悍的参数不由让人感叹:手机屏幕能跟得上吗?

传感器中心:时刻待机的绿色管家

还记住苹果在iPhone 5s发布会上大肆宣传的那块“M7协处理器”吗?在主处理器(CPU)坚持休眠的情况下,它能代替履行一些低数据量、长期运转的使命,然后大大下降整个SoC的功耗。

在Moto X发布时,摩托罗拉演示了一个奇特的功用:手机坚持休眠,你说一句话,就能在瞬间把它唤醒。现在,许多手机都现已具有了这样的功用。

此前手机SoC集成了专门支撑传感器运作的模块,例如三星就把Galaxy S5上的相似模块称为“传感器中心(Sensor Hub)”。在你感叹Moto X手机语音唤醒的奇特时,不要忘掉,在你的手机SoC里有这么一个传感器中心,在背面静静支撑。

电源办理:节能总管

处理器要省电,科学的电源办理当然少不了。这儿的电源办理可不是Google Play上下载的那些免费软件,而是实实在在的硬件电路,它集成在芯片里,是SoC的一部分。

以高通骁龙处理器为例,在SoC作业时,电源办理电路管控着各个CPU中心,它可以依据使命负载动态的调整每个CPU中心的频率和电压,最大程度节省电力。一同,骁龙的电源办理电力还支撑Qualcomm Quick Charge这种快速充电技能,它能温习:只谈核数没含义,带你重新认识手机SoC把充电时刻缩短最多75%。

结语

曩昔,在谈及手机处理器功用时,咱们总是过于着重CPU自身,而疏忽了其它组件,这显然是不合理的。实际上,咱们应该用更科学的眼光来看待手机“处理器”——它是一颗SoC,是一个包括许多不同组件相互合作的一个体系。手机不同于电脑,它不仅是一个运算东西,仍是你的电话、随身听、相机、游戏机。在手机SoC中,除了CPU,还有二三十个不同的组件在为你作业,它们都是你应该重视的重要同伴。

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