不得不說(shuō)，手機(jī)產(chǎn)業(yè)從幾年前的電子奢侈品已經(jīng)完全轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮酉M(fèi)品。而曾經(jīng)的黑箱交易也變得越來(lái)越透明。透明不僅僅局限于手機(jī)硬件利潤(rùn)的下降，更體現(xiàn)在時(shí)下市場(chǎng)的理性。記得幾年前屏大、高主頻CPU就是高價(jià)手機(jī)的代名詞，而隨著消費(fèi)者越來(lái)越理性，手機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)硬件產(chǎn)業(yè)也紛紛走上正軌。例如屏幕向著窄邊框發(fā)展、電池向著高能量密度/快速充電方向發(fā)展、拍照朝著高低光靈敏度發(fā)展等等.而作為智能手機(jī)硬件最重要的一環(huán)，CPU未來(lái)的發(fā)展方向是什么？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題大家眾說(shuō)紛紜。

　　但必須要說(shuō)的是，之前拼最高主頻、最高性能那條老路在16年已經(jīng)行不通了。從高通、三星、海思等最新產(chǎn)品上我們也可以看出在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)主流CPU廠商已經(jīng)朝著比拼單位性能方向發(fā)展。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：如何提升單位主頻下的運(yùn)算性能、如何能在超低功耗下提升性能是體現(xiàn)各大廠商研發(fā)實(shí)力的關(guān)鍵。今天我們就來(lái)總結(jié)下各大廠商為了能夠提升單位性能在哪些方面做出了努力。

全面升級(jí)架構(gòu)

　　提升CPU性能的最主要的方法就是更新架構(gòu)。近年來(lái)ARM高性能架構(gòu)從Cortex-A8/A9到Cortex-A15/A17，再到去年紅極一時(shí)的Cortex-A57，而今年包括高通、海思都升級(jí)至Cortex-A72架構(gòu)。對(duì)于性能方面，ARM官方宣稱A72架構(gòu)核心性能達(dá)到A15架構(gòu)的3.5倍(數(shù)據(jù)基于16nm FinFET工藝A72對(duì)28nm傳統(tǒng)工藝A15),之前A57相比A15架構(gòu)性能提升1.9倍(數(shù)據(jù)基于20nm傳統(tǒng)工藝A57對(duì)28nm傳統(tǒng)工藝A15),所以大致可以看出同頻率同工藝的A72核心性能相比A57架構(gòu)性能應(yīng)該有大致25%到35%左右的提升。

　　A72架構(gòu)除了CPU性能提升、功耗下降之外，還有兩大其他特性。其中就有Corelink CCI-500的加入。Corelink CCI-500最大的變化就是增加了一個(gè)“探聽過(guò)濾器”(Snoop Filter)，從而使探聽控制不再局限于單個(gè)簇內(nèi)部的CPU之間，可以擴(kuò)展到整個(gè)處理器的所有核心。之前這一特性僅在高通驍龍805及其后續(xù)旗艦SoC芯片中有所體現(xiàn)(高通不采用ARM公版的CCI，而采用自主研發(fā)CCI)。總體而言，CCI-500的加入能夠提升30%的內(nèi)存性能，讓很多需要大內(nèi)存吞吐的場(chǎng)景例如4K視頻等場(chǎng)景體驗(yàn)更好，也能夠進(jìn)一步解放多核心性能。由此我們也可以看出A72是現(xiàn)有高性能架構(gòu)中單位主頻性能最強(qiáng)的架構(gòu)，這一點(diǎn)毋庸置疑。同時(shí)相比于A57來(lái)說(shuō)，單位主頻下功耗也有大幅度下降，這不僅得益于A72架構(gòu)的分支預(yù)測(cè)運(yùn)算能力提升，更重要的是FinFET工藝的加入。

采用全新工藝制程

　　如果說(shuō)15年三星Exynos7420系列是FinFET工藝嶄露頭角的話，那么16年就是FinFET工藝大放異彩挑大梁的一年。FinFET工藝誕生于上世紀(jì)90年代，當(dāng)時(shí)美國(guó)政府認(rèn)為有必要進(jìn)行25nm以下工藝制程的研究。因當(dāng)進(jìn)入25nm以下會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)工藝柵欄無(wú)法有效控制漏電率的問(wèn)題，此時(shí)美籍華人胡正明提出了FinFET技術(shù)和FD-SOI技術(shù)來(lái)解決漏電率的問(wèn)題。其中FinFET工藝則是通過(guò)改造刪欄形態(tài)來(lái)控制漏電。其實(shí)芯片的總功耗P=Pswitch(電路聯(lián)通時(shí)功耗)+Pshort(刪開關(guān)的功耗)+Pleak(漏電功耗)。

　　之所以高通驍龍810會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中降頻甚至關(guān)閉核心的問(wèn)題，很大程度上就是因?yàn)槁╇姽木痈卟幌?，?dǎo)致整體功耗過(guò)高。甚至整機(jī)功耗超過(guò)4W也是時(shí)有發(fā)生的事。所以有很多人認(rèn)為驍龍810降頻是為了降溫，其實(shí)根本的問(wèn)題是20nm傳統(tǒng)工藝無(wú)法已經(jīng)無(wú)法控制A57架構(gòu)漏電所帶來(lái)的超高功耗。所以在新一代的SOC芯片中，高通也采用了FinFET工藝。想要了解更多關(guān)于FinFET的故事，大家可以點(diǎn)擊上方麒麟團(tuán)隊(duì)為胡正明教授拍攝的宣傳片。(PS.胡正明教授也在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)任職臺(tái)積電CTO)。總體而言，ARM官方宣稱基于16nm FinFET工藝的A72核心相比28nm A15下降75%，相比20nm A57也有50%的下降。并且采用big.liTTLE大小核架構(gòu)會(huì)更加省電。這一切的功勞很大程度上都得益于FinFET工藝的成熟。

協(xié)處理器性能迅速提升

　　超低功耗下性能提升也是目前各大CPU廠商重點(diǎn)攻堅(jiān)的對(duì)象。其實(shí)手機(jī)CPU和PC處理器相同，從誕生之日起就對(duì)于不同使用場(chǎng)景進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)節(jié)。例如以全球首款1GHz主頻商用智能手機(jī)CPU——高通MSM8250為例。雖然其最高主頻為1GHz，但也針對(duì)不同使用場(chǎng)景進(jìn)行了最低192MHz的設(shè)定。但手機(jī)處理器由于其工作原理的限制，不能做到類似“無(wú)級(jí)變速”的最小單位為1MHz的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，所以在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)使用最低主頻運(yùn)行仍然性能過(guò)剩的情況。為了解決這一問(wèn)題，協(xié)處理孕育而生。而ARM在去年發(fā)布了最新的針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、智能家居的嵌入式架構(gòu)Cortex-M7則是目前最炙手可熱的協(xié)處理器架構(gòu)。

　　相比于Cortex-M3架構(gòu)，最新的Cortex-M7性能提升4倍。在40nm LP工藝與400MHz主頻下，Cortex-M7處理器能夠達(dá)到2000 Coremarks的性能，基本比肩了Cortex-A架構(gòu)的性能。具備FPU和Cache，最重要的一點(diǎn)能夠?qū)⒋龣C(jī)功耗從之前的90mA下降至6.5mA。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，一塊1080P屏幕最低亮度待機(jī)時(shí)功耗基本在90mA左右。而6.5mA的待機(jī)功耗可供3500mAh電池運(yùn)行500小時(shí)。同時(shí)高性能的Cortex-M7也充當(dāng)了Sensor Hub的功能，能夠?qū)崟r(shí)的處理各個(gè)傳感器的信息，再舉個(gè)例子：6.5mA功耗能將你一天的路線圖在不知不覺(jué)當(dāng)中記錄下來(lái)，能夠監(jiān)測(cè)你步行的速度等等，為智能健康提供了更多更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

自主架構(gòu)的研發(fā)

　　自研架構(gòu)相比于公版ARM授權(quán)架構(gòu)(例如我們常說(shuō)的Cortex-A53/A57等)有個(gè)不形象卻通俗易懂的比喻——“站在巨人的肩膀上”。大體來(lái)說(shuō)就是Qualcomm獲得ARM公版授權(quán)后在已經(jīng)較為成熟的公版設(shè)計(jì)上在做修改，例如公版設(shè)計(jì)上三行代碼解決一個(gè)問(wèn)題，Qualcomm精簡(jiǎn)為一行， 當(dāng)然更重要的是加入一些全新的特性例如更新的內(nèi)存控制機(jī)制等等，最終得到一個(gè)更高效率的自研架構(gòu)。這也是Qualcomm一直以來(lái)有別于其他家廠商的差異化競(jìng)爭(zhēng)力之一。Qualcomm之所以能夠霸占旗艦手機(jī)市場(chǎng)大部分份額多年，其自研架構(gòu)的戰(zhàn)略也起了很重要的作用。

　　以采用自主架構(gòu)的驍龍820為例子，此次采用Kryo架構(gòu)的驍龍820采用四核心設(shè)計(jì)，時(shí)鐘頻率達(dá)到2.2GHz，但有一點(diǎn)值得我們注意，相比于APQ8064、驍龍800、驍龍801不同，此次驍龍820采用了2*2.2GHz+2*1.5GHz的不同時(shí)鐘頻率的四顆核心設(shè)計(jì)。同時(shí)，之前驍龍800采用了4aSMP，也就是四個(gè)異步對(duì)稱式核心，每科核心均能夠單獨(dú)控制，每顆核心的頻率也不存在差異。而此次驍龍820采用兩簇核心管控2aSMP，也就是2+2的異步對(duì)稱式核心，換句話說(shuō)2顆1.5GHz核心是同步同頻的，而兩顆2.2GHz也是同步同頻的，但在這兩簇核心組之間采用了異步對(duì)稱式的設(shè)計(jì)。講到這里大家可能認(rèn)為驍龍820也采用了類似big.liTTLE的設(shè)計(jì)，但通過(guò)Qualcomm官方的講解其實(shí)并不是這樣，兩簇核心組僅是時(shí)鐘頻率上有所差異，但仍采用相同的Kryo架構(gòu)。關(guān)于自研架構(gòu)我們上面已經(jīng)簡(jiǎn)單的解釋一下Kryo架構(gòu)，順便提一句多渠道信息表明，包括三星、LG在內(nèi)的多家廠商也開始走自研芯片的道路。