關鍵零組件 2013-11-23

淺談Qualcomm Snapdragon 805 處理器 VS 聯發科MT6592處理器

全球行動裝置兩大巨擘–高通與聯發科, 日前都發表下一代的行動裝置處理器. 高通Qualcomm發表的是Snapdragon 805 處理器, 聯發科則發表「真八核心」架構設計處理器MT6592. 這兩個新發表的處理器強調的功能重點, 都是鎖定視訊運用效能提升與降低耗電. 兩者的歧異在於聯發科主打「真八核心」, Qualcomm則往GPU性能提升、記憶體頻寬及持續強化廣泛LTE通訊應用技術.

聯發科八核心議題並未獲得ARM的認同, ARM認為一昧增加核心數量，對於效能提昇並無絕對關連，主要還是在於軟硬體整合，以及核心架構本身特性較有明顯影響。就版主的個人見解, 也認為八核心處理器是個行銷議題, 聯發科的優勢還是”便宜又大碗”, 透過八核心設計讓處理器變成跑分大王贏得消費者青睞, 但對現行行動裝置的實際效能提升其實並無太多關聯. 再者, 就智慧型手機而言, 處理器的性能與規格已經到頂了(Over Spec.) , 目前處理器的發展是針對(平板)電腦與更大尺寸的Smart TV而設計的. 若純就選購智慧型手機而言, 處理器性能已經不是最重要的訴求點, 而是回歸產品本身的綜合表現(如螢幕大小與解析度、UI設計、相機性能、價格…).

以下針對Qualcomm Snapdragon 805 處理器 VS 聯發科MT6592處理器的特性加以簡述, 並提出個人2014年行動裝置處理器展望的淺見:

1. Snapdragon 805 與 MT6592是什麼?

高通Qualcomm Snapdragon 805 採用每一顆核心時脈最高可達 2.5GHz的 Krait 450 四核架構，將會搭配 Adreno 420 GPU，令圖像處理能力提升 40%。記憶體頻寬亦由現在 Snapdragon 800 的 14.9GB/s 大幅提升到 25.6GB/s，無論網絡瀏覽或多媒體的應用都會有更好表現。

在功能部分，Snapdragon 805可以拍攝和播放 4K 視訊。另外，S805 的雙相機影像訊號處理亦有所增強，將會更節電和更具效能。而新支援的 Gigapixel/s 相機傳輸速度，使拍攝速度和影像質素提升，同時利用旋轉感應器啟動影像穩定功能，用戶將可以獲得更清晰銳利的相片。再者, Snapdragon 805 整合了數據晶片與雙頻無線網絡晶片. 數據晶片支援載波聚合（Carrier Aggregation）和 Cat 4 LTE , 將用戶的上網速度提高, 最高可達150 Mbps. 無線網絡晶片，速度高達 600Mbps，不但連線速度更快, 更可以配合 Adreno 420 GPU 的 4K 播放，無線串流播放 4K 影片。為了減低電力消耗，S805 處理器特別支援 4K HEVC（H.264）格式解碼。

s805

聯發科則發表「真八核心」架構設計處理器MT6592. MT6592採用28nm HPM製程, 最高可達2GH運作時脈, 將藉其Cortex-A7低功耗核心、八組處理核心異質多工等特性，並搭配Mali-450MP GPU, 提供高效能與低耗電平衡表現。在功能部分，將支援每秒30畫格、H.265與Google VP9規格的1080P影片解碼輸出，並且可透過ClearMotion視訊倍頻技術將每秒畫格提昇至60fps，讓影像播放可更為流暢，並且減少影像晃動現象。相機部分則可對應1600萬畫素相機鏡頭，並且支援每秒30畫格的4K影片錄製 (以H.264規格儲存)與MiraVision圖形處理技術。網路方面目前僅支援到 802.11n.

聯發科真八核

2. 28nm HPM VS GPU VS 帶寬 VS 64位元

A. 28nm HPM:

聯發科MT6592強調採用28nm HPM製程, HPM製程是什麼? 台積電目前28nm製程有四種工藝, HPM、HP、HPL、LP, 其特色如下:

台積電28NM

根據電子工程網的分析, 這四項工藝技術的性能方面HPM＞HP＞HPL＞LP，漏電HPL＜HPM＜LP＜HP。

高通MSM8960 Snapdragon S4與聯發科的MT6589T使用的是級別最差的28nm LP工藝; 高通Snapdragon S800、S805與聯發科四核MT6588和八核MT6592就採用28nm HPM工藝。英偉達A15核心的Tegra 4使用的是漏电最少的HPL，來控制A15的功耗。

高通S805與MT6592都是採用28nm HPM工藝, 但S805選擇只放進四核CPU, 但提昇GPU性能與將記憶體頻寬亦由現在 S800 的 14.9GB/s 大幅提升到 25.6GB/s; MT6592則選擇塞入八核心的CPU。

B. GPU:

GPU是什麼? GPU( Graphic Processing Unit)圖型處理器, 是一個專門的圖形的核心處理器。由於智能手機的快速發展，很多大型的應用程序(如3D遊戲)讓手機的CPU變得不堪負荷，Mobile GPU就扮演類似電腦顯卡的角色, 分擔繁重圖形處理工作, 讓CPU 可以專心處理純指令. 手機GPU不僅負責所有圖形顯示功能(2D/3D處理), 還負責視訊播放, 視訊錄製及照相的輔助處理。目前比較知名的GPU主要由四家公司執行設計，分別為高通公司的Adreno系列、Imagination Technologies公司的PowerVR SGX系列，同時還包括來自NVIDIA Tegra 芯片組中的Geforce圖形核心及ARM所開發的Mali系列。

GPU

Apple iPhone的CPU雖然仍停留在雙核心, 但APPLE非常重視GPU能力, 在其應用處理器裡早就塞了2-4顆(核心)的GPU, 自然效能遠比Android手機非常強大, 這也是APPLE產品在圖形處理工作上勝過多數Android產品的主因.

* APPLE A7處理器剖面圖

APPLE A7處理器

* 高通 S800處理器剖面圖

Qualcomm Snapdragon 805 處理器採用的Adreno 420 GPU與聯發科MT6592處理器採用的Mali-450MP GPU何者為優呢? 因兩個GPU都是各自陣營最新的產品, 目前暫無公正單位提出客觀數據的比較

GPU效能

若是根據過去上一代GPU的Performace表現來看, Adreno 420 GPU可能會略勝過Mali-450MP.

C.記憶體頻寬與總線帶寬:

S805的記憶體頻寬(總線帶寬?)由現在 Snapdragon 800 的 14.9GB/s 大幅提升到 25.6GB/s. Why?

智慧型手機的應用處理器是SOC晶片, 各處理單元間必須互聯才有辦法發揮綜效. 總線帶寬是指在固定的的時間可傳輸的數據數量，帶寬越大，則代表傳輸能力也越強。總帶寬(GB/S)=總線寬度(bits)X工作頻率(Mhz)。總線寬度一般有32/64/128/256 Bits, 工作頻率則為200/300/400 Mhz. 總線帶寬基本上與ARM架構有關, 過去單核處理器的總線寬度為64bit、200MHz，總帶寬只有1.6GB/S。不過隨著多核心處理器的發展, 總帶寬不斷提升, 德州儀器OMAP 4430 A 9架構的雙核處理器採128bit，200MHz，總帶寬為3.2GB/S; 三星 Exynos 4210處理器採256bit，200MHz，總帶寬可達6.4GB/S…。

早期的CPU與外部連接的帶寬由前端總線所決定，而與CPU直接通信的部件就是記憶體(內存)，所以前端總線也可看成是記憶體(內存)的頻寬(帶寬)。由於行動裝置必須處理視訊、音樂、導航和上網需求, 所以對於記憶體頻寬的需求越來越高. 舉例來說，一個解析度為1,280×1,024、刷新頻率為60Hz的24位元(RGB)彩色編碼LCD就需要1.5Gbps的記憶體緩衝器讀/寫總頻寬，而總記憶體頻寬則高達3.7Gbps。目前多核心設計最大瓶頸是記憶體頻寬。若要增加更多核心, 必須突破DDR頻寬, 才能增加更多記憶體通道, 讓處理器效能提升且降低功耗

D.64位元vs 32位元:

雖然S805與MT6592都不是64位元的處理器, 但Apple A7 64位元處理器開了第一槍, 高通也明確表現未來將往64位元處理器發展. 64位元處理器有何特色與優點呢 64 位元處理器的好處是能獲得更多的記憶體定址能力（memory addressability）. 擁有64 位元的處理器的電腦或行動裝置不但在資料處理資訊速度是32位元的兩倍, 可利用之記憶體比 32 位元版元更多, 可將更多記憶體進出交換處理程序儲存在RAM而非硬碟上，有助於儘可能地減少所耗費的時間. 64 位元的處理器的運用在於編輯家庭相片和視訊、玩遊戲，還是使用需要複雜計算與大量記憶體的其他程式 (電腦輔助設計 (CAD) 軟體) 將優於32位元不過, 若只是一般使用需求(如網頁瀏覽器或文書處理…), 兩者的差異並不明顯–而且64 位元的處理器要發揮效應必須行動裝置的RAM容量在 4GB以上才可以, 目前行動裝置採用的RAM最高只有3GB( Samsung GALAXY Note 3與Note10.1 2014), 所以64位元的優點只能先封存暫時還派不到用場

3. 新型處理器對於智慧手機而言已經Overspec

A.功耗是面不可踰越的牆

處理器的性能越好, 功耗就會越大, 在物理定律下, 就會產生固定的熱能必須發散. 因手機主要依靠外殼進行被動散熱，不太可能會像電腦一樣引入風扇等主動散熱手段, 手機處理器的功耗的極限就必須不能超過其最大可散熱的功耗, 否則手機的溫度將會超過一般人可以接受的溫度, 而且高溫對於手機的鋰電池或其他電子零件都可能成為降低壽命的致命傷. 一般而言, 人體感溫度舒適是25~ 40度，而耐受極限設為50度。

功耗溫度

根據愛活網的推算 , 4吋iPhone 5/5S，系統的極限功率是2.66W，而Galaxy S4尺寸的產品則為4.15W。一台5寸手機而言，最大性能就是4.15W×每瓦特性能，不論這台手機的理論性能有多麼強大。換句話說，只要一台5寸手機的整機最大功耗超過了4.15W，它的性能將無法發揮。

根據Anandtech的測試，Exynos 4412單顆的核心功耗約為440mW~ 600mW;驍龍S4 APQ8064單個核心的功耗大約是700Mw; A15架構的Exynos 5250單個CPU核心功耗約為2W. 若5吋手機的整機功耗不應該超過4.15W來看, 目前多數處理器的性能其實都是很難被發揮的.

不過, 行動裝置的處理器並不只應用在智慧型手機上, 高性能高功耗的設計還是可以在其他行動裝置派上用場. 以英偉達為例, 就在採用A15架構Tegra 4處理器的Shield遊戲機裝上了風扇！

其實根據高通處理器應用的規劃, 高階處理器應該是應用在尺寸更大的電腦或智慧電視上. 只是電腦與智慧電視目前尚無殺手級運用, 仍陷入價格戰泥沼之中, 以致這些高階處理器紛紛被封印到各品牌的旗艦級智慧型手機了!

B.CPU只是應用處理器的一部分, 效能必須其他搭配處理單元效能同步提升才有用

智慧手機應用處理器是一種SOC晶片, 必須整合與優化各項處理單元才能提升效能.

CPU只佔應用處理器的一部分，若要提升應用處理器的效能, 不能光提升CPU的效能, 必須將相關搭配的處理單元的效能也同步提升, 才能發揮綜效.處理核心架構、製程工藝、GPU、L2二級緩存、作業系統的優化與手機的DRAM都是影響應用處理器效能最重要的因素. 聯發科MT6592處理器雖然有八組Cortex-A7低功耗處理核心, 就實際性能等級大概頂多只能接近高通的S600系列,無法與S8XX系列媲美. 不過, 其物美價廉高C/P值, 除了山寨手機外, 相信也會逐漸吸引國際知名大廠陸續引進.

4. Qualcomm Snapdragon 805 處理器 VS 聯發科MT6592處理器

雖然聯發科MT6592處理器真八核的特色, 就跑分軟體或行銷議題上表現應該不俗, 但純Qualcomm Snapdragon 805 處理器就實際效能還看應該遠勝過聯發科MT6592處理器, 尤其在單核心個別的表現.

不過, Qualcomm Snapdragon 805 處理器與聯發科MT6592處理器基本上都是為了大尺寸行動裝置所設計的,對於智慧型手機而言都是已經超過所需的超規設計, 效能高低其實已經不重要. 若置入在手機使用, 也只為了美化跑分軟體的跑分. 對於選購智慧型手機用戶而言, 不必光為了處理器等級而升級手機或陷入跑分高低的口水戰.

聯發科處理器純就處理器效能來看, 的確已直追高通, 拉近彼此差距, 在雙卡與影音的表現甚至超越. 不過, 目前歐美電信業者似乎還是很排斥使用聯發科晶片的手機, 版主認為應該與通訊功能效能有關. 由於多數3G主要關鍵專利掌握在高通手上, 聯發科為避開專利問題, 必須繞路而行, 所以在通訊協定或數位解碼部分的效能就容易不如高通. 幸好, 全球android手機超過40%是在中國售出的加上白牌平板都是wifi板與通訊功能無關, 中國王的聯發科短期間業績一定旺旺旺. 唯一的隱憂就是具中國官方色彩的清華紫光集團近期將購併死敵展訊與RF大廠銳迪科, 這代表中國官方已經開始整合手機晶片的本土勢力. 財大氣粗的中國官方, 只要政令一出, 聯發科就會倒大楣. 雖然中國短期還不會出手干預, 但聯發科一定要想辦法走出中國, 不要把雞蛋放在同一籃子上! 換言之, 聯發科除了在真八核心議題上可以持續著墨外, 在整合LTE基頻上更要再加把勁. 由於Intel在晶片處理器製程工藝上仍屬領先地位, 在中大尺寸中高階處理器領域將是不可忽略的對手.聯發科面對上有高通與Intel的競爭, 下有紫光展訊的威脅, 還是得戰戰兢兢求進步, 不然隨時都會掉入萬丈深淵.