比如Android平台的手机,从ARM11、ARM A8、A9等各系列不同频率的产品有很多,甚至还有更多的整合多核心产品。此外3D加速核心也开始整合进来,可谓眼花缭乱。而在中低端的诺基亚手机中虽然界面都是S60,但是内部的CPU差异对性能的影响越来越大。因此有必要简单介绍一下各个处理器。
1、什么是ARM处理器
首先要明白的是,为什么不同厂商的芯片都叫ARM。比如ARM7 ARM9 ARM11,是什么意思?
原来ARM(Advanced RISC Machines)是微处理器设计行业的一家知名企业,过去主要针对嵌入式设备设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。在过去通常用于嵌入控制、集成数码设备、网络设备。其具备设计简单、性能高、成本低和能耗省的特点。真正取得爆炸式发展还在于近年来移动设备的需求,如智能手机、游戏机、便携视频播放器。
由于ARM专注于技术研发,因此其模式是将设计方案授权给各个IC厂商,通过这些厂商生产的通用或行业专用的芯片为最终厂商提供芯片。目前包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司都与之建立合作关系。
ARM第一个设计诞生于1985年4月26日,当初是作为“电脑学习机”(类似当时我国用于教育市场的AppleII计算机),用于学生在使用微型计算机前的学习。1990年成立了ARM公司,随后主要面向全球嵌入式应用领域。
也就是说,我们市场看到的无论是苹果 IPHONE还是众多的Android系统手机,基本都是采用的ARM设计的内核。不过由于需要整合进更多的控制核心,因此在一个封装的芯片内,通常还有通信的内核以及高端手机常见的图形加速内核。
2、什么是手机领域的多核处理器?
很多手机都宣传多核。常见的是“双核手机”。需要注意的是,除开最新的少数高端手机采用了 MPCore 多核处理器外,大多数的双核主要是说的由一个负责指令运算(指令运算即是操作系统和其他程序的运行)的核心(如常见的ARM 11处理器,称为主CPU)和一个专门负责通讯的芯片组成,其中部分手机后者也承担更多点的处理,通常比较简单或ARM7的处理器。
真正的手机MPCore多核处理器就是常见如路由器上的多核心处理器。如同电脑上面的多核CPU,一般是多个相同的物理计算核心一起工作,同时处理数据指令,分工是完全相同的,拥有独立或者一定程度上独立的缓存。
同样的,比如最近英伟达发布的平板处理器号称8核处理器Tegra2 SoC芯片。但是真正处理应用程序的只有一个双核ARM处理器,其他六个处理器,分别对视频、图形、高频等方面完全不一样的分工。这样的设计的原因主要是针对图形图像进行专门的运算核心运算获得高速度。
3、为什么诺基亚塞班手机运行速度慢?
随着iPhone4和android等一些高端1Ghz处理器的手机上市,应付惊艳的3D效果和复杂运算的桌面等让用户感叹不已。为什么很多新游戏在塞班的诺基亚S60手机上表现不好甚至无法移植或者移植后效果大打折扣呢?
原来,以我们过去常见的诺基亚经典主流手机6120c、6220c、N76、N78、N79、N81、N85等采用的是ARM1136的处理器,频率只有369Mhz。还有更新的高端主流采用ARM11 600Mhz处理器。这些和目前的市场流行ARM A8处理器性能相差就较大。
此外还有节能程序的影响,比如诺基亚采用的飞思卡尔的MXC 300-30单核心ARM 1136处理器。在手机界面状态下运行时钟只有192 MHz。所以当一般界面下的内容较为复杂等情况下,就会发现打开较慢,比如联系人和短信太多的状态。
我们再来看一下常见的诺基亚手机,比如诺基亚 N95(资料)采用的是美国德州仪器公司生产的OMAP 2420处理器,采用ARM 1136核心,主频被设定为330 MHz,所以可以看到该手机的性能更差。
从诺基亚现在手机来看,ARM 1136核心应用最广泛,6120c、6220c、5320、5230、5250、5800、C6-00、E系列所有中端产品和除了N8、N900之外的所有N系列都是采用的这个核心。另外,ARM 1136核心在其他品牌的手机(如三星、索爱)中也有广泛的应用。ARM 1136最高可以工作在532 MHz频率下,诺基亚把它定为369 MHz是出于功耗的考虑,这一点从N86上面就可以看出。N86采用的是德州仪器的OMAP 2431处理器,指令核心部分采用ARM 1136,工作频率设定为450 MHz,正是由于核心频率较高,并且再加上OMAP 2431处理器本身辅助芯片众多,使得N86待机时间非常短,基本可以说是诺基亚手机中最短的。
ARM 1156核心被5630、6730c、6700S、C5-00、部分中高端E系列(如E52、E72等)所采用(对应为美国高通公司生产的QSC 7230处理器),主频被设定在600 MHz。特别声明一下E90采用的不是ARM 1156核心,它所用的是OMAP 2420处理器,指令核心为ARM 1136,和N95、N82的CPU是一样的。
ARM 1176目前被N8-00、C7-00、C6-01、E7-00和X7-00五款手机所采用,主频被设定在680 MHz。ARM 1176核心最高可以工作在1 GHz下,但是诺基亚只设定了680Mhz。
而目前iPhone和高端Android手机常用的1Gha ARM Cortex A8处理器,诺基亚 N90(资料)0也采用,但是主频被设定在600 MHz。
由于CPU的体系较老,而且频率不高,因此诺基亚手机在时下的表现就差强人意了,当然最根本的还是受到本身塞班系统架构的制约。因此诺基亚抛弃塞班是显而易见的事了,否则未来不堪设想。
4、频率决定一切吗?是否频率越高速度越快?
首先需要了解频率的概念。很很多人认为频率就是通信的周期频率。比如100Mhz就是1秒来回1亿个有无电信号的周期。实际情况是CPU核心在一秒内时钟的频率。执行一个指令,需要多个时钟的周期,因此某种程度上讲,同样的处理器核心,频率提升1倍,处理速度增加一倍(在无外部瓶颈的情况下)。但是问题在于处理器内部的晶体管数量越来越多,可以并行流水的也越来越多,特别是在以处理规则指令见长的GNU图像处理运算器,同样是Ghz的芯片,嵌入式处理器远逊色于PC的CPU处理器(比如Intel的i7芯片),而现在最强的则是显卡上常见的GNU,以通用显卡芯片Radeon HD 5870(RV870)为例,一秒钟内执行2.72TFLOPs,通俗的将就是每秒执行的浮点指令个数为2.7万亿条。这个运算能力使得我国几年前的超级计算机(巨型机)都汗颜。
所以运算能力主要和核心有关,在体系结构一致的时候,处理器频率有一定参考价值。而在相同的处理核心(如ARM 9、ARM 11、ARM A8等)的情况下,处理器频率才有比较价值。
当然具体到手机等嵌入式处理器领域,影响核心的速度主要还是晶体管数量,由于要把握处理器核心架构、性能、功耗的关系,还要充分考虑缓存和总线频率等因素,因此基本上可以这么看,下一代产品和更高工艺的产品一般比上一代在同频率下下性能更高。
5、手机内的图形处理芯片重要吗?
目前在包括iPhone在内的一线高端手机中都采用了图形加速芯片。其作用相当于电脑中的显卡。很多朋友认为,既然很多电脑没有显卡,不是一样的速度快么?实际情况完全相反,电脑上面没有显卡实际说的是没有独立显卡,实际上显卡被整合到主板芯片组(目前的趋势是中低端电脑的图形核心整合到CPU芯片中以实现在无法物理提高处理器频率下,通过整合更多核心和图形芯片提升计算机整体性能)。相比之下,手机如果没有单独的图形处理核心,所有的运算包括简单但繁重的图形处理指令也由CPU完成就会大大的影响手机在3D游戏、高清视频播放的性能。实际上,我们可以看到,在有图形核心和没有图形核心的芯片上,手机在高清视频播放的性能上是天壤之别。
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