同是四核大不同！主流手机处理器技术解析

手机，最初的出现仅仅是为了解决人们及时沟通的问题。不过随着科技的发展，手机也逐渐被赋予了更多的功能。时至今日，使用手机上网、聊天、看视频、听音乐、导航、购物、图片处理、文字办公、收发邮件等内容让手机几乎无所不能。

功能的增加也让手机的性能随之井喷式的增长。几年前我们还在为一款单核心手机的运行频率而纠结，到了今天，我们则开始更加关注手机的核心数量。单核心显然已经被大多数手机厂商所淘汰，即使是双核心处理器也几乎都沦落到了入门级手机产品当中，而四核心手机才是时下手机市场的真正主导者。那么，你是否真的了解四核心手机处理器呢？

相信对于绝大多数手机用户而言，选购如今的手机时仅仅会关注手机是否四核心产品而已，但实际上，同样是四核心处理器，也有非常大的差距。为用户带来的直观感受就是：发热量不同、待机时间不同、实际运行速度不同、游戏娱乐体验不同等等等等。今天，我们就要从四核心手机的架构说起，让大家真正的了解目前手机处理器当中，四核心产品究竟有多大的差别。

究竟什么是ARM呢？

想要了解如今手机的四核心处理器，我们还是先要从ARM说起。相信对手机处理器有一定了解的人都听说过ARM这个词，那么什么是ARM呢？

ARM是微处理器行业的一家知名企业，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。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。简单而言，ARM就是专为手机/平板处理器设计CPU架构的一家厂商，但他本身并不会生产处理器，而是将这一技术提供给芯片厂商去生产，包括NVIDIA、高通、德州仪器、三星、华为等，可以说，目前主流的手机处理器都是ARM设计的架构。

既然是ARM设计的处理器架构，那么他们之间又存在怎样的区别呢？这大体可以分为两个方面：一方面，ARM本身处理器的架构就会分为很多种，就好比Intel的处理器架构每年的更新换代一样，ARM处理器架构每年也都会进行更新换代；另一方面，不同芯片厂商之间的物理架构设计也会存在很大的区别，例如NVIDIA的Tegra 3就创新的采用了4+1核心设计并且申请专利，其他厂商则无法效仿。

几款主流处理器架构设计

那么接下来，对应如今的四核心手机处理器我们就从这两个方面说起，首先来看看在ARM的处理器架构设计方面，手机处理器会存在怎样的区别。

在近年的手机市场当中，ARM手机处理器大多基于ARMv7-A架构设计而来，不过即便都采用了相似的架构设计，但是根据性能以及发布时间来看，手机处理器同样会存在非常大的差距。以下我们就以产品型号由高至低排序的方式为大家介绍ARM的几款主流处理器架构设计：

Cortex-A15处理器

Cortex-A15处理器是业界迄今为止性能最高且可授予许可的处理器，也是我们能够在市场上看到的规格最高的处理器架构，不过目前采用这种处理器架构的产品寥寥无几，目前仅有三星的Nexus 10平板电脑在使用。

    Cortex-A15 MPCore处理器具有无序超标量管道，带有紧密耦合的低延迟2级高速缓存，该高速缓存的大小最高可达4MB。浮点和NEON媒体性能方面的其他改进使设备能够为消费者提供下一代用户体验，并为 Web 基础结构应用提供高性能计算。Cortex-A15处理器可以应用在智能手机、平板电脑、移动计算、高端数字家电、服务器和无线基础结构等设备上。

Cortex-A9处理器

Cortex-A9处理器是目前我们见到的最多的处理器架构，目前主流四核处理器都采用了Cortex-A9设计，包括NVIDIA、三星、德州、华为等等。

    Cortex-A9 微体系结构既可用于可伸缩的多核处理器（Cortex-A9MPCore多核处理器），也可用于更传统的处理器（Cortex-A9单核处理器）。可伸缩的多核处理器和单核处理器支持 16、32 或 64KB 4 路关联的 L1 高速缓存配置，对于可选的 L2 高速缓存控制器，最多支持 8MB 的 L2 高速缓存配置，它们具有极高的灵活性，均适用于特定应用领域和市场。

Cortex-A8处理器

Cortex-A8处理器则更常见于单核心手机处理器当中，是目前市场上入门级手机最常采用的产品，也是ARMv7-A系列当中的首款产品。可以看到的产品包括苹果iPhone 4、三星i9000等手机均采用这一方案。

    Cortex-A8处理器主频在1GHz以上，可以满足需要在300mW以下运行的移动设备的功率优化要求；以及需要2000 Dhrystone MIPS的消费类应用领域的性能优化要求。Cortex-A8 高性能处理器目前已经非常成熟，从高端特色手机到上网本、DTV、打印机和汽车信息娱乐，Cortex-A8处理器都提供了可靠的高性能解决方案。

Cortex-A7处理器

    Cortex-A7处理器的特点是在保证性能的基础上提供了出色的低功耗表现，它可以当做一款协核心处理器使用，同时也可以当做一款独立核心使用，是ARM后期推出的一款低成本解决方案。

    Cortex-A7处理器的体系结构和功能集与Cortex-A15处理器完全相同，不同这处在于，Cortex-A7 处理器的微体系结构侧重于提供最佳能效，因此这两种处理器可在big.LITTLE（大小核心伴侣结构）配置中协同工作，从而提供高性能与超低功耗的终极组合。单个Cortex-A7处理器的能源效率是ARM Cortex-A8处理器的5倍，性能提升50%，而尺寸仅为后者的五分之一。

Cortex-A5处理器

Cortex-A5处理器是能效最高、成本最低的处理器，也就是最入门的一款处理器产品。Cortex-A5处理器推出时间较早，应用产品大多属于早期的中兴V889D、摩托罗拉DEFY XT华为U8825D、酷派7266等。

    Cortex-A5处理器在指令以及功能方面与更高性能的Cortex-A8、Cortex-A9和Cortex-A15处理器完全兼容，同时还保持与经典ARM处理器（包括ARM926EJ-S、ARM1176JZ-S和 ARM7TDMI）的向后应用程序兼容性。它更像是一款ARM用于早期处理器与如今处理器之间的过渡产品。

前文介绍了，在如今的手机市场当中，四核心处理器大多基于ARM的Cortex-A9处理器授权而来，包括了NVIDIA的Tegra 3、三星Exynos4412的以及华为的海思k3v2。而这其中，在市场当中应用最为普遍或者说占据主导地位的则非NVIDIA的Tegra 3莫属。当然，如今手机市场上的四核心产品并非这三款，实际上还有一款来自高通最新推出的MSM 8X250Q系列产品，但这款产品比较特殊，仅采用了Cortex-A5架构设计。接下来，我们就将这四款四核心处理器一一为大家进行介绍。

NVIDIA Tegra 3处理器

    首先，我们还是先来了解一下NVIDIA推出的Tegra 3处理器。2011年底，NVIDIA首次让Tegra 3在世人面前亮相，到2012年初，采用Tegra 3的手机已经开始在市场当中出现，造就了手机市场的第一款四核心处理器产品。

Tegra 3处理器基于40nm制造工艺，采用了自家的可变对称式专利技术（vSMP）的核心架构设计，拥有四个基于Cortex -A9的主核心和一个协助处理器，四个Cortex-A9处理器频率最高可达1.5GHz，而协处理器的频率则保持在500MHz以下。

    协助处理器可以应付后台任务、邮件及社交媒体的同步等操作。但协同处理器无法满足操作需求的时候，四个主核心会以一颗、两颗、四颗的顺序依次介入。所以基本运行状态下，并非四核全部开启，例如 Tegra 3在播放视频的环境下就要比Tegra 2省电61%。

协同核心是利用低功耗工艺技术设计而成的，然而却拥有同主核心相同的内部架构。因为它是利用低功耗工艺技术制造的，以低性能模式运行，所以它的功耗低于这些采用高速工艺技术制造的主CPU核心。在Tegra3处理器上测得的性能功耗比显示，协核心在500MHz以下工作时可实现高于主核心的每瓦特性能。因此协核心的最高工作频率不高于500MHz。

vSMP技术通过利用协核心最大限度降低活动待机状态下的漏电功耗，同时利用四个主核心最大限度降低峰值工作频率下的动态功耗，从而可大幅降低整体功耗。根据使用场合，vSMP技术能够动态地启用和关闭CPU核心，从而在尽可能低的功耗下实现想要的性能。

除了在核心处理器架构上的全新设计外，在显示核心方面，NVIDIA也将GeForce核心升级到了12核心ULP超低功耗GPU。在这方面NVIDIA可以说是熟门熟路，Tegra 3的GeForce ULP处理单元从上一代的8个提升到了这一代的12个，同时性能提升了100%以上。更为关键的是Tegra 3开始支持诸如PhysX、CUDA等原本是电脑平台上才有的高级功能，实时光照、纹理生成等传统效果更不在话下。

我们通过截图对比就可以更加明显的看出在拥有GeForce ULP显示核心处理后的Android游戏画面究竟有多大的提升了：

非Tegra 3显示核心运行游戏画面

Tegra 3显示核心运行游戏画面

可以看到，三倍于Tegra 2性能的Tegra 3带来了更好的游戏画面，运行同一款3D游戏，Tegra 3处理器的GPU可以渲染出更多的动态光影、物理特效和高分辨率的环境，提升使用手机和平板运行游戏的代入感。

由于NVIDIA的Tegra 3是最早上市的四核心处理器，因此目前Tegra 3也是目前四核心处理器当中应用最为广泛的处理器，应用产品包括了手机中的HTC ONE X、LG Optimus 4X、天语大黄蜂2、中兴U985等等，平板方便则包括了Google Nexus 4、华硕EeePad Transformer Prime以及刚刚发布的微软Surface RT等等。反观三星以及华为的两款四核心处理器，除了三星和华为自家的一两款产品外，再见不到其他产品。

三星Exynos 4412

三星Exynos 4412是全球第二款出货的四核心处理器，和Tegra 3一样，Exynos 4412也采用了A9架构，单核达到1.4GHz，不过三星采用了HKMG的32nm工艺制程。从制程方面来说，已经突破了40nm大关，从性能上相比Tegra 3有着一定的提高。而32nm带来的最显著的提高是能耗方面，在之前45nm的4210时代，待机能耗成为了三星的致命伤，但是将架构更新到32nm之后，这个问题得到了较大的改观，按照官方的说法，功耗被减小20%。而4412支持的内存是双通道LPDDR2 1066。

不得不说，在处理器性能方面，三星绝对是目前四核处理器当中的佼佼者，从当年的Exynos 4210改良而来的Exynos 4412凭借着更先进的工艺让功耗得到了控制，而四核心的出色性能表现也让手机的性能得到了最大提升。不过三星在多核心的功耗优化方面却没有太大的突破，相信未来这极有可能成为Exynos 4412的一大硬伤。

另外，图形处理器方面，三星Exynos 4412搭载的是经过“超频”的Mali-400MP，相比双核上的Mali-400MP，4412上已经将原先的核心频率从之前的266MHz升级为400MHz，从而实现了图形处理能力大约50%的提升（官方说法）。不过这颗图形处理器有一个很大的缺点，就是兼容性一般，这主要是由于支持的纹理单一，并且不兼容许多主流特效造成的。而兼容性问题会在一些大型游戏中得到体现。

目前使用三星Exynos 4412处理器的手机仅有三星GALAXY SIII、魅族MX四核版、联想K860，售价普遍偏高，且功耗控制将会成为一大困扰。

华为 海思K3V2处理器

海思K3V2，是华为自主设计的四核处理器，也是首个国产手机四核心处理器，同时它也号称是2012年业界最小的四核处理器。当然，海思K3V2同样基于Cortex-A9架构设计，其主频可分为1.2GHz和1.5GHz两个版本，该处理器的规格为12*12mm，其生产工艺是台积电40nm。

　　海思K3V2 支持智能功耗性能调节（Intelligence PowerPerformance Scaling）技术，为手机节能打下了一定的基础。同时，它还拥有非常丰富的外设接口以及传感检查功能，对手机/平板的扩展带来了最好的支持。

图形显示方面，海思K3V2采用了两颗Vivante GC4000组成16核的GPU图形处理器。据悉，单一一颗Vivante GC4000的图形处理能力已经达到了每秒可以生成2亿个多边形、填充25亿个像素点以及峰值48GFLOPS的运算能力，如果两颗这样的核心，那么其性能同样将会非常出色。

作为首款国产手机四核心处理器，华为在芯片推广方面并没有太多的作为。目前我们能够看到采用这款处理器的产品仅仅局限于华为自己的产品，并且仅有Ascend D1、荣耀四核爱享版两款产品。    

高通 MSM8x25Q系列

在今年的9月底，高通刚刚发布了一款最新的MSM 8x25Q系列处理器，这也是高通最新发布的一款手机四核心处理器产品。MSM 8x25Q系列处理器将会包括两款产品，型号分别为面向低端的MSM8225Q和面向高端的MSM8625Q，全部基于Cortex-A5架构设计。高通的MSM 8x25Q 可以看做是之前MSM8x25双核处理器的升级版产品，为了最大限度地方便客户缩短产品研发周期，高通只是在内部线路上稍作修改，最难搞定的射频模块等全部由QRD代劳，终端厂商完全不必担心。

MSM8x25Q四核处理器支持单通道LPDDR2内存，支持双SIM卡设计，提升后的总线带宽最高可支持720p显示和720p编码解码功能。图形处理器则依然延续了MSM8225的GPU——Adreno 203，它的三角形输入率与像素填率率为 49M/S与294M/S，在图形处理器上，与其他四核心产品完全不在一个等级。

另外，这一系列处理器均使用高通创锐讯AR6005及WCN2243芯片，支持Wi-Fi、蓝牙4.0、FM连接。另外与MSM8225Q搭配的GPU是Adreno203，而与MSM8625Q组合的是Adreno305。

全文总结：Tegra 3！姜还是老的辣

总体来说，高通的这一系列四核心处理器仍然处于一个非常落后的水平上，首先非常落后的Cortex-A5架构本身就存在着执行效能低下、功耗控制不良的问题，加上高通技术不成熟的28nm工艺，让MSM 8x25Q的功耗、效能成为一大问题。另外，非常落后的显示芯片已经是几年前手机的标准配置了，放在如今的四核心手机上几乎丧失了游戏性能。

当然，其他方面诸如不支持1080p视频解码、最高分辨率仅支持1280x800、前置摄像头最高80万像素等等都将会是困扰用户的问题。

四款当下最新的手机四核心处理器介绍完了，相信大家对手机核心已经有了一个大概的认识。如果以性能来排序的话，三星的Exynos 4412自然首当其冲，其次NVIDIA的Tegra 3和华为海思K3V2基本不相上下，而垫底的则是高通最新发布的MSM 8x25Q系列产品了。

对于如今的手机产品选购而言，有了性能的排序，相信大家对产品选择难度也就不高了。不过在这里，小编还是要啰嗦两句。虽然三星Exynos 4412在性能排名上争当第一，但是使用这款处理器的手机少之又少，作为代表的三星Galaxy S III、Galaxy Note II售价高高在上，实在难以企及，并且还有GPU兼容性的问题同样是需要用户选购时需要注意的。

Galaxy Note II的价格绝非一般人能接受

而高通方面落后的A5处理器架构、差强人意的功耗控制以及老旧的GPU核心等问题，我想大家就可以直接将其排除了。如果消费者对于架构较难理解，那么我们可以举个最简单的例子，三星、NVIDIA、华为都采用了较新的A9处理器架构，加上四个核心，我们可以看做它的计算能力就是“A9x4核=36”的性能。而高通的则只能是“A5x4核=20”的性能，差距不言而喻。

综上所述NVIDIA Tegra 3才是用户需要真正考虑的。目前，采用Tegra 3芯片的手机产品几乎涵盖了千元出头到3、4千元价位的不同产品，无论是高、中、低端消费者都能够体验到相同的性能表现。

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