[评论]骁龙810到底怎么了

2015年02月17日 14:31 次阅读 稿源:原创 条评论

感谢山寨分析师的投递

过去几年顺风顺水的高通进入2015年以后似乎突然陷入了困境,不仅在全球范围遭受反垄断调查,连一向强势的产品也出了问题。中端的骁龙615在MTK的进攻之下显得力不从心,而身为旗舰的骁龙810更是被发热过大、上市延期的传闻困扰,甚至据说会被三星放弃。当然,有传闻就有否认,但可以明确的是,骁龙810的确出了问题,怎么会出问题?就让山寨分析师来山寨分析一下。

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一、战略失误

先回到2013年9月。11号当天,苹果发布了iPhone 5S,除了指纹识别以外,64位的Apple A7芯片同样震撼了业界。没有人会想到,区区手机会这么快的迎来64位时代,虽然对于有没有用的争执一直到今天都还存在,但是毋庸置疑的是,手机处理器64位化的进程从此开启。山寨分析师还记得,当时业界的反应很有趣:nVIDIA很快表示,我的下一颗芯片(Tegra K1 Denver)也会有64bit版本,而且是我自己设计的核心,和苹果一样噢!三星立刻拿出了线路图,表示我在年底就会出样支持64位的产品,明年还会有自行设计的64位核心,你们等着!德州仪器表示,……,只有高通立刻发表了一个声明,认为64位计算在手机上没有实际意义。

实话说,64位计算对手机而言的确没什么意义,但是商业领域,最重要的不是有没有意义,而是有没有。果然,很快高通就收回了自己的声明,表示我们也会尽快推出基于64位的产品,而先前发表64位无用论的高管则不幸被辞。

为什么要回顾这段往事?因为从这里可以隐约看到高通当年真实的规划。很明显的是,对于三星而言,由于其为苹果代工SoC,必然是知晓64位的存在,也必然很早就制定了规划。nVIDIA对于Tegra的定义,导致64位需求真实存在,因此自然也会启动相关的研发。只有高通,也许是真的认为64位没有实际意义,在当时很可能是唯一一个没有对其作出短期规划的厂家,才会在苹果发布64位A7时乱了阵脚,先声称64位没有意义,再收回言论。

高通真的没有对64位产品作出规划吗?显然不会,但是高通很可能没有预料到手机64位会来的这么快。作为一个一直以自行设计的核心作为最大竞争力的公司而言,高通在64位时代也必然会有自行设计的核心,但是很可能高通的计划是在2016年才发布。眼看着竞争对手打算在2014年就拿出64位产品,高通显然不能视而不见,自己设计的核心又来不及,所以骁龙810就此诞生——一个自手机性能爆发以来,高通第一颗基于标准ARM Cortex架构的旗舰产品。

强扭的瓜不甜,赶鸭子上架的产品自然也很难善终,也许这就是所有问题的开始。

二、20nm vs 20nm

众所周知,Cortex A系列的大核心一直以来功耗都相当令人感动,所以ARM才会研发对应的小核心,推出异构多核方案来解决综合续航问题。高通则走的是小核高频策略,依靠小得多的Krait核心,配合接近2.5GHz的频率,相对而言兼顾了效率和功耗。这一直以来是高通产品的竞争优势,但是既然骁龙810选择了Cortex A57+Cortex A53,这一优势自然也无法继续,那么如何解决Cortex A57的高功耗?一部分靠软件优化,一部分靠硬件优化,最重要的还是要靠工艺。所以骁龙810成为了高通产品线上唯一一个应用了TSMC 20nm工艺的产品。

只可惜TSMC又一次坑了高通。

由于28nm上的大放异彩,TSMC很早就决定提前研发16nm节点,后者会是台积电首次引入三栅晶体管,也就是FinFet,简称FF的工艺节点。FF可能是近几年来半导体工艺里最大的突破之一,当然也是最大的一道槛,在当时只有Intel掌握,其他厂家都还在摸索。TSMC认为提前研发16FF工艺,可以继续维持自己的领先优势,因此对于20nm工艺的态度显得非常随意,仅仅是28nm工艺的线宽缩小,并没有引入任何新的技术。一个没有引入任何新技术的工艺节点,仅仅缩小了线宽,能有多大的性能提升是可想而知的,就好比当年40LP工艺进化到28LP工艺一样。

与此同时,作为TSMC主要竞争对手的三星,也在全力研发14nm FinFet工艺,但是与TSMC稍有不同的是,由于在28nm HKMG工艺上相对落后,三星在20nm HKMG工艺节点上引入了Gate Last流程,这个改变让三星在20nm HKMG节点上可以分开处理NMOS和PMOS,结果是NMOS的性能提升了大约15%,而PMOS的性能提升了大约90%——这个事情TSMC在28nm工艺上就已经做了,三星虽然做的晚了一代,但是这也客观上导致三星的20nm HKMG工艺相对于自家28nm HKMG工艺的提升,要比TSMC 20SoC工艺相对28HPM工艺来得大。而两家的28nm工艺性能实际上是差不多的,因此结果就是,三星20nm工艺的总体性能要超越TSMC 20nm。那么TSMC 20nm到底是个什么水平呢?山寨分析师尝试了一系列对比,希望能得到一个大致的结果。

首先,我们来对比一下华为麒麟920处理器与三星Exynos 5430处理器。这两颗处理器的大核心都是r3p0版本的Cortex A15,前者工艺为TSMC 28HPM,后者为三星20HKMG。根据外媒测试结果,麒麟920在工作频率为1.7GHz时,Cortex A15单核功耗大约为1.5W,而工作在1.8GHz的Exynos 5430,单核功耗则是0.75W,三星20HKMG工艺的同频功耗比TSMC 28HPM要低了50%还多一点。考虑到麒麟920是华为的第一枚Cortex A15,而Exynos 5430已经是三星的至少第六枚Cortex A15产品,经验差距太明显,因此工艺带来的差距山寨分析师姑且认为是40%左右。

而TSMC 20SoC工艺,根据TSMC自己的PPT,同频功耗相对28HPM低了20%,即便不考虑TSMC幻灯片里满满的水分,即便这20%的数字是真实的,这也意味着TSMC 20SoC工艺相对于三星20HKMG同频功耗高了33%。

先记住这个数字,我们继续看一颗处理器,三星Exynos 5433。这是一枚Cortex A57处理器,与骁龙810相同,而工艺则是三星20HKMG。外媒测试表明,Exynos 5433运行在1.9GHz时,单颗Cortex A57核心功耗为1.5W。好,让我们应用之前的数据,就可以得出,以TSMC 20SoC工艺制造的骁龙810,单颗核心运行在1.9GHz时的功耗预计为1.99W。

要知道Exynos 5433的1.5W功耗,是在32位模式下得出的,而高通为骁龙810设计的最大工作频率是2.0GHz:这意味着骁龙810处理器如果真的可以运行在高通设计的2.0GHz下,那么只需要一颗核心满载,功率就可以突破2W,四颗就是8W,加上GPU,必然能突破华为麒麟920创造的11.5W峰值记录——要知道后者这可是整机功耗。这样大的功耗意味着什么,相信不需要山寨分析师再解释了吧。

这能不过热吗?能不降频吗?

甚至,骁龙810在没有因为过热降频之前,就会因为总功率过大而触发降频,毕竟超过8W的功率,即便来不及导致过高的温度,对于电池而言也是不可承受的。由此看来,骁龙810存在过热问题的传闻,有一定的事实基础,某种程度上说可谓空穴来风。

三、高通否认的是什么

不出意料的,高通坚决否认了骁龙810存在过热问题,一方面声称有60款采用骁龙810的产品即将问世,另一方面拉上了LG一起证明骁龙810真的不热。这到底是怎么回事?实际上,高通否认的过热,和骁龙810的发热并不是一回事,要理解这点,需要了解半导体芯片的所谓功耗拐点。

正常而言,半导体芯片的功耗随着频率的提升,是以一个介于直线到指数曲线之间的方式提升,因为功耗和频率成正比,和电压的平方成正比,随着频率的提高,电压也需要稍稍提升。但实际的芯片,当频率达到某一个特定值的时候,功耗会出现爆发式的增长,增幅远远超过之前正常的增幅,这个点就叫功耗拐点。

几乎任何实际芯片都有功耗拐点,这个和工艺有关,也和芯片的具体设计有关,因此绝大多数芯片都会把拐点安排在工作频率上限之外。问题是,最初版本的骁龙810芯片拐点可能实在是有些低。根据不久前流传出的某些新闻数据,最初版本的骁龙810芯片,功耗拐点可能低至1.46GHz——这绝对是无法容忍的,否则骁龙810的正常工作频率最高只能达到1.5GHz。当然,这个传言是否真实,山寨分析师无法考证,但是这可以形成一个解释的通的理论:高通通过紧急硬件修改,把功耗拐点从1.46GHz提升到了大约1.8GHz,让骁龙810至少拥有了可以工作的条件,虽然不知道这样的修改代价是什么。

因此,高通所否认的骁龙810存在的“过热问题”,实际上很可能是拐点过低导致的功耗不可控式爆发增长问题,它和我们理解的芯片正常发热量过大并不是同一个概念。否认了骁龙810存在“过热问题”,并不代表骁龙810的发热量不大,毕竟LG一方面帮高通证实骁龙810不存在过热问题,另一方面也在另外一个场合承认了骁龙810的确很热,这也从侧面佐证了山寨分析师的看法。

四、骁龙810实际情况究竟如何

说了这么多,其实最重要的是结果,那就是骁龙810究竟是什么水平。对此高通这几天通过外媒放出了一组跑分和发热测试数据。

具体的数据这里不列举,只提几个关键的:高通表示,骁龙810在以固定30fps运行游戏时,发热比骁龙801要低5度——后者达到45度,前者只有40度。同时,骁龙810的各项测试结果都显著的优于骁龙805,平均增幅可以达到30%以上。

这个结果看起来相当不错,但是请注意,这个结果是用这样一台开发原型机跑出来的:

说真的,山寨分析师相信现在任何一个买得到的手机处理器,如果塞在这个机身里,一定感觉不到发热,性能也会快的飞起,因为这个机身已经足够放得下热管风扇了。当然,这只是开玩笑,但是高通用这样一个设备来证明骁龙810的性能和发热,实在是让人觉得不太有说服力。

好在,骁龙810还是有实际手机产品的,那就是LG G Flex 2。在这台LG称骁龙810没有发热问题的机器上,骁龙810的表现究竟如何呢?

首先看看GeekBench3的结果。测试丧心病狂的执行了9次,结果如下。

810geek3.png

GeekBench3执行一次测试的时间差不多一分钟,9次测试不过10分钟左右,性能跌落已经超过了50%,这显然是由于降频导致的。

再来对比一下Exynos 5430,为了对比,山寨分析师也丧心病狂的跑了9次。

5430geek3.png

把这两个表的数据汇总一下:

2geek3.png

结果很明显,Exynos 5430的性能下降速度和幅度要远远低于骁龙810,而仅仅在第一次测试中,骁龙810的成绩超出Exynos 5430,从第二次开始,Exynos 5430就凭借更慢的降频,性能反超骁龙810,而在第九次时,单线程和多线程甚至分别领先了59%和51%——仅仅过去了不到10分钟。

在不需要考虑散热限制的高通MDP上,GeekBench3的得分是1318/4254。可见,当骁龙810进入到真正的手机里之后,受限于发热量和功耗上限,即便是短期性能,在GeekBench3里也出现了10~15%的下降,至于长期性能……

再看看其他几台预计采用骁龙810的手机在GeekBench3中的表现。SONY Z4的得分为1196/3576,HTC M9最好成绩之一为1309/4055。可见,1200/3600分基本上可以认为是骁龙810在手机环境下普遍的成绩基准,即便再激进,也只能达到1300/4000水平。

这样的成绩是什么水平?让我们来对比一下骁龙805,后者的单线程和多线程得分分别为1085/3242,这主要是由于骁龙805不支持ARMv8指令集,在GeekBench3里几个加密项目存在较为大的劣势,实际性能可以说是伯仲之间。

我们还可以更进一步的去对比一下更多实际应用程序和跑分。

810805.png

结果进一步证明了,在实际应用和跑分测试中,由于功耗限制,骁龙810和骁龙805互有胜负,基本可以看作是同等水平,远没达到理想状况下超过30%的平均提升,而且在CPU密集型的应用,例如3Dmark的物理测试中,骁龙810甚至还有大幅度的倒退。

值得注意的是,这些都是理论最大性能测试,并不能直接决定实际体验。这方面来说,骁龙810由于首次引入异构多核心模式,很可能会和三星、MTK一样,碰到这个架构所特有的缺点:为了避免过高的功耗,系统会尽可能的用小核心,也就是Cortex A53来工作。骁龙810的4颗Cortex A53核心的工作频率仅为1.55GHz,如果纯靠小核心工作,其性能甚至比不过千元级中常见的,拥有8颗1.7GHz Cortex A53核心的MT6752;而要体现出骁龙810的性能,调用大核心又会带来无法接受的功耗,这是一个目前谁都没能解决的问题。实际上,在GeekBench3测试中,MT6752虽然单线程分数只有800左右,但是多线程却突破了4000分,甚至已经要比绝大多数手机中的骁龙810还高,这不知道是不是一种讽刺。

五、骁龙810的对手们

不论骁龙810的实际表现如何,只要没有对手,它依然还是最好的。当然,这里的对手,指的是纯性能方面的对手,毕竟如果考虑到整合、成本、开发这方面,对比就会显得太过于庞杂,超出山寨分析师的控制范围,相信大家也不乐意去看那种没有结果的论述了。简单来说,骁龙810的对手主要是两个,第一个是Exynos 5433,第二个是即将问世的Exynos 7420,后者将成为手机领域第一颗14nm工艺的SoC。

首先来看一看Exynos 5433。这是一颗去年9月就已经面世的SoC,之前介绍过,它的架构是Cortex A53+Cortex A57,工艺是三星自己的20HKMG。为了简化对比和篇幅,这里只比一下GeekBench3的成绩,山寨分析师搜索了一下官方数据库,发现Exynos 5433的普遍得分大约在单线程1350分、多线程4600分的水平,这对骁龙810而言明显不是好消息,因为作为一颗几乎比Exynos 5433上市晚了半年的产品,实际性能却不仅无法超越前者,甚至落后接近10%。

但是这还不是最要命的,因为身为高通2015年的旗舰产品,骁龙810必然需要去面对即将随Galaxy S6一同问世的Exynos 7420,而根据现在的零星测试,这枚处理器强的可怕。

到底有多强?Exynos 7420的GeekBench3得分,在32位模式下为1492/5077,而在64位模式下为1520/5478,此时单线程性能已经逼近了采用巨核心设计、一颗核心面积几乎等同于两颗Cortex A57的Apple A8。骁龙810与之相比,性能落后了整整21%/35%。

由于骁龙810的设计频率是2.0GHz,而Exynos 7420的设计频率是2.1GHz,因此可以估测,骁龙810在实际工作中可以达到的最大频率应当在1.8GHz左右,实际上可能会有部分产品会进一步下探,设计到1.7GHz以规避发热量。这也就意味着,当搭载骁龙810的产品最终上市以后,它们和三星Galaxy S6的综合性能差距最大可能会达到接近30%,或者在同样性能的情况下,功耗降低超过30%。与此同时,在经过了三年频率至上,最终在骁龙805上达到了恐怖的2.7GHz的高通,必须要在营销上改变方向,试图向消费者解释为何骁龙810作为旗舰,频率却比上一代产品下降了几乎整整1GHz。相信这也是三星宣布在Galaxy S6上放弃高通骁龙810的底气所在。但不幸的是,其他厂家并不像三星一样拥有这样的选择能力,对于SONY、LG、HTC甚至小米这些企业而言,Exynos 7420纵使拥有千好万好,也是镜花水月,所能选择的只有骁龙810,不管后者的实际表现是否能让人满意。因此高通也颇为自信的宣称骁龙810将会出现在60多款旗舰手机内,虽然这样的数据并不能证明更多的东西。

对此,高通的策略是,重点强调骁龙810在其他方面的功能,例如4K屏幕支持、H.265编码格式、强大的ISP、高达450Mbps的LTE等等。但是这些看似辉煌的参数背后隐藏着一个实际的问题:手机并不是传家宝,购买一台手机,尤其是旗舰级,往往最多也就用一两年,那么在我淘汰之前没有普及的技术,实际上没有任何价值。高通反复强调的骁龙810支持的450Mbps的4G网络,两年内得到普及的几率几乎为零,而4K屏幕、H.265编码等等技术,同样也存在这样的问题。对于普通消费者而言,能体验到的,恐怕也就是性能好不好,速度快不快,发热大不大,续航长不长,这些东西在骁龙810上很可能都无法得到正面的表现。

当然,高通也有自己的对策。一方面,高通在2015年会全面转向三星14FF工艺,推出数量众多的新产品,例如传说中的骁龙820,解决TSMC 20SoC工艺过弱导致的各种问题。另一方面,高通会加快64位自有核心的研发,预计将于年底问世。而且最重要的,高通依然没有失去最重要的竞争力:网络通讯支持和方案整合程度——如果你需要支持全网通,810依然是你唯一的选择。但总体来说,高通的对策实际上也是与虎谋皮:把自己最先进的芯片交给自己最大的竞争对手代工,一方面可能会被竞争对手借鉴设计,更重要的是,自己产品的节奏将要掌握在三星的手中,要知道三星也是有野心的,也一直在研发整合基带的SoC。因此至少在2015年,高通恐怕还很难走出产品的困境,骁龙810纵使有各种问题,也不得不承担起高通旗舰的重任。好在竞争对手只有Galaxy S6一款,但是谁知道在Exynos 7420强大的性能诱惑下,会不会出现像当年Exynos 4412一样,吸引诸如联想等企业前来吃螃蟹呢?更甚至,假如Exynos 7420的强势表现让三星在SoC领域的影响力得到突破,配合上未来终将到来的整合基带型产品,这对高通而言恐怕会是性能之外的双重打击,对此山寨分析师拭目以待。

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