高频未必高能 影响手机处理器性能因素解析.doc

高频未必高能高频未必高能 影响处理器性能因素解析影响处理器性能因素解析很多厂商在对外宣传时总是喜欢拿处理器的表面参数说事，什么采用了多少核心，主频达到了多少，性能比其它提升了几倍等等然而，实际上并非如此，处理器的性能不光决定于主频的高低，其采用的架构、缓存、带宽、GPU 以及系统优化等都对处理器的性能产生重要的影响所以，如果其它因素配置不够，也很有可能出现高频低能的现象今天笔者就为大家介绍一下影响处理器性能的相关因素架构是关键架构是关键架构做为处理器的基础，对于处理器的整体性能起到了决定性的作用，不同架构的处理器同主频下，性能差距可以达到 2-5 倍可见架构的重要性那么什么是架构呢？为了大家更好的理解，我们不妨做个比喻，架构就像是一座建筑的结构设计部分，而处理器就相当于一个完整的建筑，只有有了稳定的结构作为基础，才能建造出各式各样的房子换句话说，架构只相当于一座建筑的框架，至于最后建造出来的房子长什么样，舒适度如何，就是由处理器厂商自己决定了不过有一点需要说明，假如结构的设计值是十层，容纳人数的上限是 100 人，那么最后建好的房子也不能超过这个上限这也就是说，采用相同架构的处理器，性能基本上已经锁定在一定的范围之内，不会有本质的区别。

所以，看处理器的性能要先看架构ARM 架构芯片目前，处理器的架构主要有 ARM 和 Intel X86，众所周知 Intel X86 架构在 PC 中占据着无法撼动的霸主地位，包括 Intel 主要的竞争对手 AMD 在内，都是使用的 X86 架构，然而在处理器领域，X86 只能算是初出茅庐的菜鸟，虽然潜力无限，但目前采用 X86架构的还非常少见今天主要讲的是 ARM 架构ARM 架构在处理器领域占有 90%的市场份额，处于绝对的垄断地位目前主流的处理器芯片厂商几乎都是采用了 ARM 架构，比如，高通、德州仪器、英伟达、三星及苹果等ARM 的应用范围目前千元级的低端的智能或者很多低价的国产处理器一般还在采用比较陈旧的 ARM11 架构，比如德州仪器 OMAP2420/2420（主频为 330MHz）以及高通MSM7225/7227（主频为 528MHz—800MHz）和 MTK 的一些处理器，而高通 MSM7227A 采用的Cortex-A5 架构实际上也是属于这一级别，代表机型为最近新上市的 HTC T328w现在主流的中高端处理器基本上都采用了 ARM Cortex-A8 架构，速率可以在600MHz 到超过 1GHz 的范围内调节，同频下，比 ARM11 性能提升 3 倍以上，而功耗却大大降低。

比如德州仪器的 OMAP34x0 和 OMAP36x0 系列处理器而高通骁龙 S2/S3 的 Scorpion架构三星蜂鸟和苹果 A4 处理器，均是在 A8 的基础上优化而来代表机型摩托罗拉DEFY、三星 I9000、苹果 iPhone 4 以及小米等现在最先进的处理器架构是 ARM Cortex-A9，相对于 ARM Cortex-A8，最大的区别在于支持多核心和乱序执行，并且性能继续得到了很大的提升目前的大部分双核处理器都采用了 ARM Cortex-A9 架构，比如 Tegra 2、德州仪器 OMAP44x0 系列、三星猎户座 E4210 和苹果 A5 等，包括最近推出的首款四核处理器 Tegra 3高通 MSM8x60 则依然采用的是Scorpion 架构，但是增加了部分乱序执行，从而实现异步多核心功能代表机型为：摩托罗拉 ME860、摩托罗拉 Droid Razr、三星 I9100、iPhone 4S 和 HTC One X 等而更为先进的 ARM Cortex-A15 架构将是下一代 ARM 发展的趋势另外，高通的下一代Krait（环蛇）架构，据称也有相当于 Cortex-A15 的性能工艺制程工艺制程制程工艺的纳米是指 IC 内电路与电路之间的距离。

更小的制程也就意味着更低的功耗和散热，同时在同样面积的芯片上更小的制程也就能集成更多的晶体，而晶圆的数量又是决定处理器性能的关键因素，所以，工艺制程越先进，处理器性能越强处理器从较早的 90 纳米，到后来的 65 纳米、45 纳米、32 纳米一直发展到目前最新的 28 纳米，而 16纳米制程工艺将是下一代 CPU 的发展目标芯片的工艺制程和架构是同时发展的，一般采用更新架构的处理器也会应用更先进的工艺制程目前低端市场一般还在使用比较落后的 90 纳米制程工艺比如德州仪器OMAP1 和 OMAP2 系列处理器和很多低价国产采用的 MTK（联发科）处理器等这些处理器一般性能比较差，功耗也很高，不过因为低端对性能的要求也不高，所以也能保证运行流畅，但是大型的游戏就别想了，而且优点是售价便宜，降低了智能的门槛，使用户只需花费几百元就能感受智能的乐趣德州仪器 OMAP1 和 OMAP2 系列都采用了 90 纳米工艺到了 ARM Cortex-A8 时代，工艺制程已经提升到了 65 纳米级，比如德州仪器OMAP34x0 系列等，甚至有些已经提升到 45 纳米级，比如德州仪器 OMAP36x0 系列、高通骁龙 S2/S3 系列和三星蜂鸟处理器等。

这些处理器一般用在中高端单核智能和采用高通MSM8x60 的双核智能中代表机型为苹果 iPhone 4、摩托罗拉里程碑、魅族 M9、HTC Sensation 系列和小米等TI OMAP 3xxx 处理器工艺制程到了 ARM Cortex-A9 时代，双核处理器的工艺制程一般都达到了 45 纳米级，比如德州仪器 OMAP44x0 系列，三星猎户座处理器等，而英伟达 Tegra 2 和 Tegra 3 的工艺制程达到了更为先进的 40 纳米这些处理器一般应用在高端的双核当中，比如三星I9100、I9220、摩托罗拉 Droid RAZR 以及 HTC One X 等而最新的高通骁龙 S4 系列处理器已经达到了 28 纳米的工艺制程，以 MSM8960 为代表，目前已经上市的华硕 PadFone 以及即将上市的 HTC One S 都采用了这颗双核处理器理论上性能比采用 A9 架构双核处理器的高出 60%以上，而且具有更低的功耗以及更小的芯片尺寸总线带宽总线带宽智能中的处理器（CPU）和我们通常理解的电脑中的处理器是有区别的，智能中的处理器更准确的定义应该是“SoC（片上系统）”，它是将系统中众多关键部件集成到一块芯片上，SoC 上包含了 CPU、GPU、内存控制器、视频解码核心、电源管理芯片等等。

通讯总线（AXI）结构图如果说 CPU 是大脑,那么 SoC 就是包括大脑、心脏、消化系统和呼吸系统在内的一个系统集合而总线就相当于连接各器官之间的动脉血管血液在血管中的流通的畅通程度就是带宽即使人体的各个器官都非常健康，但是血液流通不畅，那么整个人也不会健康这也说明了总线带宽在整个 SoC 中的重要作用总线带宽总线带宽是指在固定的的时间可传输的数据数量，带宽越大，则代表传输能力也越强一般 Cortex-A8 架构的单核处理器的总线宽度为 64bit、200MHz，总带宽 1.6GB/S，就已经够用了而 A9 架构的双核处理器则能够达到 128bit，200MHz，总带宽为 3.2GB/S比如德州仪器 OMAP4430甚至个别处理器能够达到 256bit，200MHz，总带宽可达 6.4GB/S比如三星 Exynos 4210 处理器不过也有一些处理器并没有达到一般的水平，比如 Tegra 2 处理器，总线宽度仅为32bit仅为德州仪器 OMAP4430 的四分之一还有高通 MSM8x60,由于采用了和单核时代同样的 Scropion 架构，所以，总线带宽也仅为单核时代的水平，即 64bit。

数据来自网络，不一定完全准确）这也很好的解释了有些 SoC 虽然中央处理器等单独芯片都比较强大，但是总体性能比较差的原因图形处理器图形处理器 GPUGPU自从苹果 iPhone 出现以后，再加上 Android 的崛起，移动多媒体得到了长足的发展，以前在 PC 的配置中经常看到的 GPU 如今也成为了智能处理器必不可少的硬件配置GPU 甚至在运行大型 3D 游戏中，起到了决定性作用GeForce ULP GPU与 CPU 不同，当今市面上，几乎 90%的 CPU 都是采用同样的 ARM 架构，而个处理器品牌所采用的 GPU 却各不相同苹果、德州仪器以及三星蜂鸟处理器都采用的是 Imagination 公司研发的 PowerVR GPU，由于苹果 iOS 系统下拥有大量大高品质游戏及应用，而 Android 系统中很多游戏也都是从 iOS 系统中移植过来所以，采用 PowerVR GPU 的处理器在游戏兼容性方面还是比较好的从 iPhone 系列的性能来看，PowerVR GPU 在性能上也是相当强劲的提到 GeForce 显示卡，相信大家并不陌生，很多人的电脑中都采用了这个系列的显卡而英伟达的 Tegra 处理器正是采用了自家的 GeForce ULP GPU，凭借着英伟达在显卡方面的优势，这颗 GPU 性能自然不容小觑。

而且这颗 GPU 的一大特点是拥有很多大型的专属游戏，这些游戏在其他的平台上是很难体验到的，虽然也有部分游戏进行了移植，但是无论从画面还是特效方面，都无法和原版的比拟Adreno GPU 性能提升接下来为大家介绍的是 Adreno 系列 GPU，这是高通公司从前 ATi 公司收购而来并自行发展的图形架构，当然，这也是高通处理器的标准配置这款 GPU 在性能方面和其他 GPU相比没有太大的优势，不过由于应用最为广泛，所以，兼容性方面还是相当不错的另外，相对来说，功耗也比较小最后为大家介绍的是 ARM 自行设计的 Mali400 GPU，这款 GPU 可以根据处理器厂商的要求进行定制，像素处理器则可以在一组到四组之间自由搭配，当然，成本不同，性能也有不小的差异目前三星猎户座处理器和意法爱立信 U8500 都是采用的这款 GPU早期由于 Mali400 应用比较少，所以兼容性比较差，比如早期的 I9100，但是由于 I9100 的热卖以及 Mali400 的应用范围越来广泛兼容性的问题将会得到很好的解决处理器主频处理器主频作为消费者最为熟知的主频，其自然也代表着一部的性能虽然不同架构的同主频处理器会有所差异。

但如果在相同的条件下，高主频显然意味着更强的性能CPU 的主频，即 CPU 内核工作的时钟频率（CPU Clock Speed）通常所说的某某 CPU是多少兆赫的，而这个多少兆赫就是“CPU 的主频”很多人认为 CPU 的主频就是其运行速度，其实不然CPU 的主频表示在 CPU 内数字脉冲信号震荡的速度，与 CPU 实际的运算能力并没有直接关系主频和实际的运算速度存在一定的关系，但目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系，因为 CPU 的运算速度还要看 CPU 的流水线的各方面的性能指标（缓存、指令集，CPU 的位数等等）由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的 CPU 实际运算速度较低的现象比如 Tegra 2，虽然性能很强，但是由于带宽太小，所以性能发挥不出来另外，经常被一些玩家诟病“高频低能”的高通处理器，由于采用了异步双核的方式，主频虽然能达到 1.5GHz，但是性能较相同主频 Cortex-A9 同步双核的产品要弱（当然这也带来了省电的优势）因此主频仅是 CPU 性能表现的一个方面，而不代表 CPU 的整体性能主频最快不等于速度最快CPU 的主频不代表 CPU 的速度，但提高主频对于提高 CPU 运算速度却是至关重要的。

举个例子来说，假设某个 CPU 在一个时钟周期内执行一条运算指令。