转贴 s5pc110分析

现在高端手机SoC供货商主要有高通Qualcomm(Snapdragon系列),德州仪器Texas Instruments/T.I.,三星Samsung,他们这三家各有特点.Intel不生产ARM结构的CPU,在低于1W(可以算是手机芯片的功耗上限了)没有产品.marvell主要生产ARM11,同频率下是Cortex-A8的一半性能.
高通只购买了ARM Cortex指令集,然后根据这个指令集自己设计了一个结构叫做Scorpion.相比ARM自己根据Cortex指令集设计的Cortex-A8来说Scorpion的逻辑处理更有效率(2100M 指令 @ 1GHz,相比Cortex-A8的2000M 指令 @ 1GHz).Scorpion还支持多核结构(新版的Snapdragon QSD8X72系列),部分超限额运算(Out-of-Order Execution).这些都是Cortex-A9中才有的技术.
德州仪器购买了ARM Cortex-A8的生产执照,没有任何修改就投产.生产出来的就是OMAP3系列.作为SoC通常集成了PowerVR SGX 530的GPU.OMAP34XX是65纳米制造工艺,36XX是45纳米制造工艺.

三星同样购买了Cortex-A8的生产执照,但是联合intrinity/苹果修改了一些内容,修改后的核心运行更快,实测和Scorpion一样都是2100M @ 1GHz,三星命名为hummingbird核心.三星S5PC110系列(i9000,S8500,神龙见首不见尾的 魅族 M9),苹果A4(三星S5PV210)都是这个核心.三星给S5PC110集成了PowerVR SGX 540的GPU,苹果A4则不清楚是535还是540.540要比535强个25%,这点后面说明.
纯通用计算来说hummingbird/Scorpion>Cortex-A8.图形处理 功能 S5PC110(PowerVR SGX 540)>Snapdragon(高通Adreno 200)>OMAP 3640(PowerVR SGX 530).

但是真实表现当然不是就是这么简单的加减法.Snapdragon QSD8X50系列出现的比较早,采用65nm制造工艺.相比S5PC110和OMAP 3640的45纳米功耗更高.最重要的一点现有的装备Snapdragon QSD8X50的手机都使用LPDDR1内存,内存带宽只有1.6GB/s.而装备S5PC110和OMAP 3640的i9000/Droid X使用了LPDDR2内存,内存带宽提高到了4.2GB/s.所以测分时LPDDR1内存严重影响了Snapdragon本身的能力.1.6GB/s的内存带宽对现在CPU影响不大,这三个手机CPU评分都差不多.而图形上有很大区别了.

PowerVR SGX 530标准输出1400W个三角形/每秒,需要2.1GB/s内存带宽.
Adreno 200标准输出2200W个三角形/每秒,需要3.3GB/s内存带宽.
PowerVR SGX 535标准输出2800W个三角形/每秒,需要4.2GB/s内存带宽.
PowerVR SGX 540标准输出3500W个三角形/每秒,需要5.2GB/s内存带宽.
现在最好的单通道LPDDR2内存可以提供4.2GB/s内存带宽,所以i9000的540完全是浪费.更不清楚三星宣称的i9000每秒输出9000W个三角形(13.5GB/s)怎么来的.

不同的是高通买来ARM技术之后并不是更改,而是在ARM的instruction set基础上开发自己的平台.Snapdragon主要使用ARMv7的instruction set,技术结构和ARM的第一个运用ARMv7 instruction set的Cortex A8很相近.德州仪器和三星都是在Cortex A8上更改一些东西,让它更符合自己的需要.这点和显卡很像,nVidia和ATi出一个显卡芯片和公版设计,有些有实力的公司会使用显卡芯片但是加上自己的设计而不是公版设计. 如果说ARMv7 instruction set是显卡芯片的话,Snapdragon就是显卡公司使用显卡芯片+自己设计的显卡,而Cortex-A8则是使用显卡芯片+公版设计.

然后介绍Snapdragon平台: 高通的做法无疑更加消耗 时间 和金钱,但是这样做的结果使Snapdragon平台有潜力超过Cortex-A8.事实上,Scorpion (Snapdragon的CPU代号)比同样的Cortex-A8要快出5%.高通还集成了GPS芯片,通讯解码芯片(高通就是各种网络格式标准的设定者)等等. 厂商会很喜欢这种做法,因为他们不需要加入这些必要的硬件,只需要一个Sna pdragon就可以 解决 .这样生产的手机可以拥有更小的体积.

当然三星也不可能就这样认输,他们同样修改了Cortex-A8的逻辑芯片,修改范围在20%之间.三星估计经他们修改的逻辑芯片比公版的Cortex A8减少了20%-25%的逻辑程序去运行一项计算,从而使三星的芯片比公版的快上5-10%.三星称S5PV110 (i9000的CPU)比市面上现有的所有处理器都要快, 很显然是在说Snapdragon.(苹果 的i Pa d和 iP ho ne 4 使用 的A 4芯 片是三星生产的S5PC210,和S5PC110只是编号的不同).

CPU最后部分分析了下一代Cortex-A9.硬件上专门为45纳米生产和多核处理器进行了优化,效率更高并且更加省电.这和下一代的Snapdragon QSD8X72一样.ARM估计运算结构优化了25%,1Ghz的A9将比A8快出来很多.Cortex-A9还将支持真正的超限额运算(out-of-order instruction), 现有的Snapdragon部分支持的技术. 德州仪器估计将在2010年末或者2011年早期推出Cortex-A9结构的OMAP4440.
GPU也是越来越重要,很多操作 系统 例如 iPhone OS, Android 都使用了GPU绘图的用户 界面 ,这也是包括电脑操作系统在内的大势所趋.Windows Vista/7的Aero界面,苹果的iOS Leopard界面都是使用这种技术.

不过SoC中的GPU.GPU评分有很大的偏见性,不同芯片的差距很有可能被系统不同,内存带宽限制,运行的测试 软件 等等拉大或者减小.
首先以iPhone 3GS来分析芯片频率和内存带宽对图形运算的影响. iPhone 3GS传言中使用了PowerVR (曾经的一个电脑显卡公司,被nVidia和ATi击败之后改行做游戏机和便携式设备的GPU)的SGX 535.iPhone中也有一个驱动 文件 叫做SGX535(当然这不能作为唯一证据). 

iPhone 3GS的测算中它每秒输出7百万个三角形. 这和更慢的SGX520 @ 200Mhz或者双核的SGX 530 @ 100Mhz的理论数据是一样的. 三星S5PC100 (iPhone 3GS的CPU)文档说该处理器每秒可以输出1千万个三角形. 和SGX 535的理论值2千8百万三角形/每秒相差很远.但是这个理论值需要4.2GB/每秒的内存带宽. iPhone 3GS很有可能使用了32位,单通道LPDDR1内存, 理论上只有1.6GB/每秒的内存带宽,或者38%的SGX 535的需要.而38% * 28Mt/s=10.64Mt/s,和三星的文档不谋而合,这样算来真实的每秒7百万的三角形也很合理.当然这不是3GS就是使用了SGX 535的证明,只是说明加入更强的GPU并不能代表手机真实的图形能力. Moto的里程碑使用的SGX 530也有同样的 问题 , Moto选择了降频以省电.

回到i9000的问题上.三星称i9000的CPU可以每秒输出9千万个三角形,4倍于2千2百万的Snapdragon.但是我们来分析一下这种说法的实际性. S5PC110使用了SGX 540芯片,通常的SGX 540 @ 200Mhz只能输出35Mt/s,和90Mt/s相去甚远.所以三星应该是通过超频(SGX 540正常值最高是400Mhz)或者是多核来解决. 根据报道S5PC110的GPU 速度 在400Mhz+上来看三星8成是使用了多个SGX 540核心,因为需要超频到600Mhz和报道的400Mhz差太多了,广告效应来说三星肯定会公布显卡芯片的主频是600Mhz. 

但是再次回到内存带宽上, Cortex-A8使用LPDDR2内存,但是它同样是单通道,内存带宽被限制到了4.2GB/s, SGX 540在4.2GB/s只能和SGX 535一样输出28Mt/s(但是它的填充率要比535高出很多), 那么输出三星宣称的90Mt/s需要的12.6GB/s内存带宽.只能分析三星只是用了理论数据或者采取了一些其他的方法来达到90Mt/s,究竟能不能保持90Mt/s的速度还是很有疑问.

高通再次和竞争对手采用不同的技术.2008年高通收购了AMD的便携式芯片部门Imageon, Snapgragon使用了Imageon Z430(更名为Adreno 200,基本数据为输出22Mt/s,填充率133M Pixels/s对比同频率的SGX 535 28Mt/s, 400M Pixels/s和SGX540的35Mt/s, 1000M Pixels/s).新的45纳米QSD 8650使用了Adreno 210,加强了2D动画和Flash的硬件支持. 更新的双核QSD8X72系列将使用Adreno220.虽然有LPDDR2和双通道内存的支持,但是高通和三星一样要不是宣称理论数据(80Mt/s)或者采用了一些其他的方法.

相比三星和高通不愿意说明自己的处理器图形能力究竟是书面的理论值而实际上不可能做到或者是另有一些作者想不到的技术, 另一大竞争对手德州仪器则很明白的宣布采用LPDDR2内存和双内存通道,芯片组为SGX 540 @ 400Mhz的Cortex-A9 OMAP4440系列将有2倍于现有的OMAP3系列的图形性能.这点还是很可能的,因为SGX540需要的8.5GB/s内存带宽可以通过LPDDR2和双通道内存达到.
当然在Snapdragon还是65纳米技术的时候三星的45纳米S5PC110无疑需求的电量更小.但是他们两个马上就会被新的Cortex-A9淘汰. 现下来说,S5PC110/A4无疑是手机处理]器最强的,但是当45nm Snapdragon和OMAP4440出现之后它们会丢掉这个 称号。