手机核战棋逢僵局 差异化是蹊径
继英伟达、博通之后,2015年Marvell最终放弃了手机芯片业务,手机芯片这个技术密集、投入高回报慢、门槛极高的行业,对弈者已是越来越少,“剩者为王”局面正在到来。而占据此行业前两位的高通、联发科在2015年的对弈中,并没有我们预期那么针锋相对,而是在差异化中渐行渐远。
2015年上半年,联发科对外发布了冲击中高端市场的Helio(曦力)品牌,为了在芯片多核的风口抢占市场,随后联发科率先公布十核Helio X20芯片方案。Helio X20作为业界首款十核SoC,无疑将是联发科2016年在对弈互博中的大杀器。
联发科在接受《华强电子》采访时表示,联发科在2015年4G芯片出货量达1.5亿套,超出年初的预期,而在目前全球手机中有1/3是联发科提供的芯片。
“相较以往,如今移动设备被要求能够处理功能更加多样、运算更加复杂的移动应用,每种应用对于手机的运算性能与功耗需求皆不同。如在线游戏需要稳定超高的运算能力;图像处理或是手机录像时对于运算资源的需求会瞬间大量耗费电力;而网页浏览或是播放音乐等类型的应用则相对要求较低的运算能力与功耗。”联发科告诉记者,不管是何种应用,手机芯片能否灵活地根据不同轻重的任务配备最适当的运算性能,从而延长电池的寿命就至关重要。然而,大多数高端智能手机所采用的两丛集(Dual Cluster)处理器架构,因为只有两组核心群的配置,限制了依不同轻重任务来配合不同运算设定的运算精细度,以至于移动设备在高性能与低功耗之间的配置无法达到优化。
为突破上述技术门槛,在联发科即将发布的Helio X20 中采用Tri-Cluster 处理器架构,提供三个丛集的处理器,专为处理移动设备的各种高度、中度及轻度负载工作项目所设计。如何在三个丛集之间灵活地调度10个核心,这是一个难度很高的技术点。为此,联发科研发了全新CorePilot? 3.0异构运算技术。CorePilot? 3.0为所有系统单芯片解决方案上的CPU和GPU调配工作,能同时管理处理器性能及功耗,可以在产生更低热力的情况下,追求极致性能表现。Tri-Cluster架构可比以往传统双丛集架构处理器降低高达30%的功耗。
对于多核与功耗优化,ARM 处理器部门市场营销总监Ian Smythe在接受《华强电子》采访时表示,调制解调器和整体SoC系统架构是关键,因为数据率增长,越来越多的数据在设备中运行。真正的目的并非不断地在系统中复制数据,而是将其直接运到使用的地方。因此,出色的存储系统设计,缓存,DDR和高效互联是关键。好的无线电通信和调制解码器设计能减少出错和数据块重新传输的请求,尤其是在数据移动的同时。
此外,设备在待机状态对设计也有要求,比如,手机虽然躺在你的口袋里,但是始终与基站保持连接随时准备接听电话。ARM Cortex-R处理器提供了一组丰富的功能和总线端口,使得这些设计能以最优的方式被集成到调制解调器系统控制器和通信协议管理中,因为不同类型设备的调制解码器架构本身就各有不同,LTE基带处理器功耗很大程度上独立于应用处理器(AP)的核数量。
而作为手机芯片市场的“带头大哥”高通却独辟蹊径。2015年12月,继“会喷火的骁龙”810后,沉侵已久的高通骁龙820正式发布,骁龙820是首款采用第二代14纳米FinFET LPP工艺制程生产,CPU回归四核。
高通市场行销副总裁Tim McDonough告诉记者,骁龙 820恢复导入自主架构设计,并且维持四核心架构设计(两组双核心组成“2+2”设计),骁龙820使用了不同类型的处理核心,使之能够以最优化的方式一起工作,这是高通以这种全新综合的方式设计了Kryo CPU,也是高通首款定制的64位四核CPU。
Tim McDonough表示,自主架构将能带来更好且更具弹性的效能与电池功耗表现,同时也认为处理器价值仍须配合整体配套而定,例如在提升处理器运作效能之余,仍须搭配可对应传输庞大资料的数据晶片,才能具体发挥完整流畅的运作效能,而非像竞争对手仅在运作时脉、核心数量作提升,却未能在数据晶片效率作良好搭配。
此外,Tim McDonough强调,骁龙 820在导入自主架构设计之下,仅需透过四核架构设计即可发挥充足效能,同时也能在功耗表现达成平衡,并且在搭配其他硬体资源让整体运作符合更多使用需求,但若可能的话,甚至可能使用更少核心数量实现更好的效能表现。
如此看来,可以发现同是发力高端市场的Helio X20和骁龙820出发点和切入点可谓大相径庭。Helio X20意在调度十核,推出CorePilot? 3.0为所有系统单芯片解决方案上的CPU+GPU调配工作;而骁龙 820强调多核异构,采用自主架构Kryo CPU,力求功耗和效能平衡,尽可能地使用更少核心来达到追求的性能。
华强电子产业研究所副所长潘九堂告诉记者,业界提出多核异构这个概念已经几年了,但目前还处于探索和演进的阶段,整个设计尚在持续改进之中,因为手机芯片多核异构是个复杂的系统,要求CPU、GPU、DSP如何完美搭配,所以目前还没有一个好的办法。
Ian Smythe告诉记者,ARM 于2012年正式推出big.LITTLE IP,这其实就是CPU的多核异构,而我们一直都在研发这项技术。
“此外,对于十核的任务划分和调度,还有待验证,毕竟手机在运行时单核或双核已满足运行所需。事实上,当前八核芯片都只是在跑分测试时才会八核全开,而在使用终端时并不需要八核全开”潘九堂表示,CPU在整个SoC中占比已降至30%,占比已经弱化,CPU设计考量应该是把大核的功耗降低,把现有的核跑起来,而联发科在八核上走得很成功,十核有点操之过急
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