ARM vs X86 从MWC2012看手机平台化趋势

PUXIN 作者:普信网资讯组 来源:普信网 2012-03-20 [评论]

    西班牙巴塞罗那MWC2012,我们除了看到四核手机、看到4100万像素拍照手机、看到国产品牌的改变之外,我们还看到了什么?有没有注意到Windows Phone已经开始蚕食Android市场,有没有注意到Intel手机、平板的出现,有没有注意到在去年都还不算明显的手机终端厂商与系统提供商的依存关系,有没有注意到手机行业已经因为谷歌、因为苹果、因为微软,已经开始的革命将会愈演愈烈......

ARM vs X86 从MWC2012看手机平台化趋势

ARM对决X86 从MWC2012看手机平台化趋势

    对于手机产业来说,其实也很好理解,简单说就是三个部分:系统提供商、芯片制造商、产品终端厂商,笔者暂且昵称此三者的关系为微妙的“三角恋爱”。为什么这么说呢?因为三者每两两之间,一定存在互相吸引、彼此迁就、双向选择的层层关系,不是简单一两句话就能说明白的内在关联。

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    MWC2012会场夜景

    站在用户的角度,最关系的应该是系统提供商与产品终端厂商两者,说白了就是买哪个品牌的手机,选择哪个操作系统的手机,其实这也恰恰说明了系统提供商与终端厂商之间的依存关系。整个MWC2012这种关系体现得尤其明显。

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    MWC2012展馆内部

    其实深入地来看,系统提供商或是终端厂商,在各自的领域也都经历着暴风骤雨的历练。Windows Phone 7.5的产品多了起来,其存在的意义到底是和Android一起抵抗iOS,还是蚕食Android的市场份额呢?另一方面,诺基亚在众多系统中选择了微软作为合作伙伴,到底该理解为强强联手还是难兄难弟呢?总之,系统与厂商间的关系也是“剪不断理还乱”......

    除了系统和厂商之外,就剩下一个芯片厂商了。实际上不管是Qualcomm(高通)还是NVIDIA(英伟达),不管是TI OMAP5系列还是三星Exynos5系列,大家都是选择了ARM架构。那么x86基础架构芯片的出现,对于整个芯片级市场来说,是否孕育着一场新的战争呢?

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    Intel与ARM的公司对决其实就是X86与ARM的芯片架构对决(图片来源于互联网)

    整个手机产业都在围绕着芯片厂商、手机终端厂商、系统提供商的三角关系展开,表面上三方势均力敌,但如果把苹果加进来的话,格局马上就会发生改变。苹果的特殊性,导致了整个行业系统商、终端厂商的相依为命;即便是苹果,也要依附于ARM芯片基础架构,于是Intel x86的加入,终于打破了ARM独大的局面。系统有了新方向、厂商有了新选择、苹果的绝对实力被削弱,这对于行业来说难道不是一件好事吗?

    让我们开始今天的话题:《ARM和x86的对决 从MWC2012看手机平台化趋势》

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    ARM架构芯片"四大家族"

    说到“手机的平台化”,首先要给大家澄清一下“平台化”的概念。一般来说,讲“平台”,会包含软平台和硬平台两种,所谓软平台就是刚刚提到的手机操作系统,称之为平台,更多地是基于应用开发者的角度考虑。至于硬平台,则是今天文章的主题,也就是基于ARM基础架构的目前手机市场智能产品普遍采用的处理器芯片组。

    ARM(Advanced RISC Machines)

    ARM公司是专门从事基于RISC(32位元精简指令集)技术芯片设计开发的公司,作为知识产权供应商,本身不直接从事芯片生产,靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片。说通俗一点,就是ARM既是一家公司的名字,也是一种微处理器架构的名字。就好像高通一样,ARM自己也不生产芯片,而是将技术专利出售获取利润。但架构这个东西是个基础,任凭有再强大的芯片设计,归根到底还是得基于ARM架构开发。

    Snapdragon骁龙S4——高通Qualcomm

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高通Snapdragon骁龙

    Snapdragon骁龙是高度集成的移动优化系统芯片(SoC),结合了业内领先的3G/4G移动宽带技术与高通公司自有的基于ARM的微处理器内核、强大的多媒体功能、3D图形功能和GPS引擎。虽然本届MWC展会高通并没有特别强调自己的Snapdragon骁龙S4芯片组,但这个28nm制程、支持异步对称式多核、业界首款完全集成的LTE世界模/多模的调制解调器、高性能可编程Adreno GPU、以及高度集成所带来的低功耗处理器,却绝对是高通在2012年的拳头产品。

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    Snapdragon骁龙S4芯片组特色(图片来源于互联网)

    TEGRA3——NVIDIA英伟达

    全球首款移动四核心处理器,采用台积电40nm工艺制造,四核心最高频率1.4GHz,单核最高1.5GHz,CPU性能最高可达Tegra 2的5倍。内部集成12核GeForce GPU,GPU性能是Tegra 2的3倍,并支持3D立体显示。同时,其四核功耗也比双核的Tegra 2更低。

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    NVIDIA英伟达TEGRA3处理器(图片来源于互联网)

    在本次MWC展会上,我们也了解到了TEGRA3的终极奥义:4-PLUS-1,即四核之外的第5颗核心。这颗被称为“Companion CPU core”协核心的处理单元,与其它四核同为ARM Cortex-A9架构,但其中四个采用高性能制程(G)制造,为更高频率运行优化;而最后一个“协核心”则为低功耗制程(LP)打造,漏电流更低,为低频率运行优化,最高频率仅500MHz。

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    TEGRA3处理器工作原理(图片来源于互联网)

    Exynos5——SAMSUNG三星

    2011年2月,三星电子正式将自家基于ARM构架处理器品牌命名为Exynos。Exynos由两个希腊语单词组合而来:Exypnos和Prasinos,分别代表“智能”与“环保”之意。大家所熟悉的中文名“猎户座”,其实是它的开发代号Orion。

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    三星Exynos处理器(图片来源于互联网)

    虽然Exynos诞生的时间不长,但是三星处理器的历史却追溯到很久以前。在Exynos命名之前,三星的处理器型号夹杂字母和数字,比如一代iPhone和iPhone 3G所使用的S5L8900(主频412MHz、GPU是PowerVR MBX-Lite)。而iPhone 3GS使用的基于ARM Cortex-A8架构的S5PC100处理器,主频667MHz,也是帮助三星处理器名声大振的一代产品。再之后Exynos经历了3、4代的发展,包括3代Hummingbird(蜂鸟),以及三星GALAXY S II和魅族MX所使用的4代Exynos4210。

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    Exynos处理器工作原理(图片来源于互联网)

    最新的Exynos5250,采用32nm工艺,双核ARM Cortex-A15架构设计,工作频率2.0GHz,内存带宽达到12.8GB/s,可驱动高达WQXGA(2560x1600)分辨率的显示设备,计算性能是目前1.5GHz双核Cortex-A9架构的Exynos4210的2倍。虽然没有搭载产品亮相MWC2012展会,但是谁能不期待这样的产品呢?

    TI OMAP5——TEXAS INSTRUMENTS(TI)德州仪器

    OMAP(Open Multimedia Application Platform),是德州仪器(TI)公司的开放式多媒体应用平台,通常包括一个或多个ARM构架处理器和专用协处理器。从2003年至今,OMAP也经历了5代换血,2011年的OMAP4430是TI的首个双核处理器,采用双核心ARM Cortex-A9 MP处理器,相比Cortex-A8内核整体提升了1.5倍的性能。OMAP4430在同级双核里被喻为性能最优秀的处理器,拥有Tegra2没有的NEON模块,拥有比Exynos4210更小的发热量,拥有比MSM8260更优秀的构架,有“怪兽级”双核处理器之称。

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    TI OMAP 5系列处理器(图片来源于互联网)

    后续的OMAP4460、4470也全都是ARM Cortex-A9架构的产品。到了OMAP5,包括5430、5432两个型号,都采用TI定义的低功耗28nm制造工艺,同时拥有两个ARM Cortex-A15 MP内核处理器,均具有高达2GHz的主频,两个ARM Cortex-M4处理器可实现低功耗负载和实时响应,支持双通道DDR3/DDR3L内存。

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    OMAP5430处理器工作原理

    苹果唯一的束缚:芯片

    说到三星,就不能不说苹果。这对冤家在专利战没有胜负的情况下,仍然坚持着处理器上的代工合作,这从表面上看,是苹果对于三星的依赖,但深挖一下的话,这难道不是包括三星、苹果在内的所有终端厂商,对于ARM的妥协吗?

    就好像Intel霸占着PC市场一样,ARM架构也在统治着移动处理器市场。具体到苹果身上,其实三星和苹果的处理器之前都是一家公司代工。但是后来三星买走了该公司的一个技术专利授权,于是自己也能做处理器了;而苹果直接买下了该公司,所以苹果也没有吃亏。不过这直接导致了苹果A4处理器和三星I9000的基本一致。

    关于苹果A5处理器,编号APL0498E01(A4处理器编号为APL0398B01)。与A4最大的区别,就是A5升级为双核心ARM Cortex-A9架构处理器,45nm工艺。此外,A5的Cortex-A9虽然同样采用的是双指令解码,但是其指令执行顺序为Out-of-Order(乱序执行),可以多任务并行执行,最大限度发挥处理器的效能,处理速度快。

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苹果A5处理器(图片来源于互联网)

    苹果的iPhone、iPad如此成功,但依然还是要受制于ARM架构,或者说是只能基于ARM架构进行研发、设计,尚不能像Intel一样拥有自己的微处理器架构。并且,苹果目前的产品还是需要找到代工厂协助,才能满足市场供应量的需求。

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    A5处理器相比A4处理器的升级(图片来源于互联网)

    从苹果的角度出发,唯一能与其发生关联的只有芯片部分,系统?终端厂商?在苹果眼里都是可以搞定的,苹果目前仍处于被追逐、被模仿的阶段,或许Intel的x86才是苹果最该关注的点。

    Intel的x86是不是玩票?

    最后来看看Intel的这一次“跨界”。从PC到手机,终端的尺寸小了,移动性要求高了,功耗要求更苛刻了,集成度要求更强了......面对这些变化,Intel依然选择涉足移动终端市场,让我们来看看Intel的x86到底具不具备征战手机市场的资本。

    首先来解释一下x86架构。x86或80x86是英特尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称,该系列较早期的处理器名称是以数字来表示,并以“86”作为结尾,包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486,因此其架构被称为“x86”。

    x86架构是重要的可变指令长度的CISC(复杂指令集计算机,Complex Instruction Set Computer),但在较新的微架构中,x86处理器会把x86指令转换为更像RISC的微指令再予执行,从而获得可与RISC比拟的超标量性能,同时仍然保持向前兼容。

    首款x86架构的Android手机出现在CES2012大展上,是由联想首发与英特尔合作的Medfield智能手机——联想K800。联想K800上市时将会搭载Android 4.0系统,采用4.5英寸的显示屏,屏幕分辨率达到720P(1280×720),后置800万像素摄像头以及双LED闪光灯,使用英特尔Atom Z2460处理器(单核多线程1.6GHz)。表面上看起来与ARM架构安卓手机并无差别,但实际上两者所运行的基础架构环境截然不同。

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Android机器人拥有了新的芯片架构选择——Intel X86(图片来源于互联网)

    仅以刚刚介绍的苹果A5处理器为例,在台积电的40nm工艺下,双核心的Cortex-A9所占据的核心区域约为6.7平方毫米,目标频率2GHz、1.9W功耗(包括了L1缓存和总线接口);而同为40nm工艺的x86架构双指令Out-of-Order(乱序执行)处理器,单核心就要占据5平方毫米空间,也就是说x86架构相比ARM在面积上不占优势。但即便如此,苹果还是锁定了iPhone 4S、iPad 2的主频,可见移动设备的性能、功耗依旧很难两全。

    实际上,x86架构微处理器目前急需解决的问题,并非高功耗,至少从联想K800的续航表现来看,也没有比ARM架构手机逊色;同样也不是基于x86架构的软件兼容性问题。目前的问题在于,能够适配Atom处理器的周边元器件供应商选择太少,整个供应链体系还不成熟,需要消耗大约半年到一年的时间来解决,当然前提是Intel自己愿意做这个投入才行。

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