全志A10、A20、A31處理器及方案透析
隨著國內(nèi)幾家主流主控處理器廠商相繼推出各自的四核芯片，今年的平板電腦市場全面迎來了四核時(shí)代。在已有的幾款四核產(chǎn)品中，全志的A31可謂有些特立獨(dú)行。
去年12月，單核時(shí)代的黑馬全志直接跳過雙核平臺推出了四核芯片A31。與其他方案普遍采用ARM Cortex-A9內(nèi)核不同的是，該芯片并沒有采用性能更高的Cortex-A9，而是采用了具有功耗優(yōu)勢的Cortex-A7內(nèi)核；除CPU與眾不同 外，A31的圖形處理單元也并沒有像前一代的A10和A20一樣采用ARM Mali 400系列GPU，而是配備Imagination的PowerVR SGX544MP2 GPU。
為什么A31采用的是Cortex-A7而不是別人都采用的Cortex-A9呢？答案是低功耗設(shè)計(jì)考慮。對于移動產(chǎn)品來說，低功耗設(shè)計(jì)是永恒不變的主 題，在有高性能的同時(shí)，一定要保持更低的功耗。Cortex-A7正是遵循了這樣的設(shè)計(jì)思想，它能在保證性能的基礎(chǔ)上提供出色的低功耗表現(xiàn)，迎合移動計(jì)算 時(shí)代的需求。ARM自己對Cortex-A7的評價(jià)是“ARM史上能效比最高的處理器”。除了具有高能效比外，Cortex-A7是ARM最新一代的多核 核心，具有比Cortex-A9更為先進(jìn)的架構(gòu)，比如加強(qiáng)了浮動運(yùn)算能力，具有最新的指令集，可支持1MB內(nèi)嵌式L2 Cache，支持多個(gè)操作系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，支持1TB內(nèi)存等，這些都是Cortex-A9所不具備的。
另外Cortex-A7還可以無縫兼容Cortex-A15，滿足未來CPU Cortex-A15+A7大小核架構(gòu)的發(fā)展趨勢。全志平板電腦產(chǎn)品經(jīng)理王康表示，隨著移動設(shè)備上游戲、音視頻、拍照等多媒體應(yīng)用的爆發(fā)，GPU承擔(dān)著越 來越多的計(jì)算工作，重要性日益凸顯；而對于多媒體應(yīng)用的處理CPU參與得越來越少。“從主控系統(tǒng)和架構(gòu)上來看，設(shè)備對GPU要求越來越高，而對CPU的性 能升級追求在不斷減弱。所以CPU的性能夠用就行，沒有必要去拼主頻的高低，更重要的是和GPU等其他內(nèi)核一起配合實(shí)現(xiàn)更好的體驗(yàn)。四核A7的性能對于目 前的應(yīng)用來說已經(jīng)完全夠用了，所以我們把更多的優(yōu)化放在了GPU上。”他說道。
正如王康所言，從目前的技術(shù)角度來看，CPU的處理能力已經(jīng)十分強(qiáng)悍，未來一段時(shí)間內(nèi)可提升的空間不會太大，后續(xù)提升整體性能的責(zé)任自然就落在了GPU 上，這也是未來移動處理器發(fā)展的一個(gè)重要方向?？紤]到GPU的重要性，全志A31集成了更為強(qiáng)大的Imagination PowerVR SGX544MP2雙核圖形處理器。Imagination的PowerVR系列GPU IP是業(yè)內(nèi)主流的圖形處理器架構(gòu)，包括蘋果、三星、德州儀器、英特爾都有在用。據(jù)王康介紹，雖然SGX544MP2只是雙核架構(gòu)，但是其性能比四核ARM Mali 400 MP4還好，基本原因是SGX544MP2采用的是與PC GPU一樣的統(tǒng)一渲染架構(gòu)，與非統(tǒng)一渲染架構(gòu)相比，統(tǒng)一渲染架構(gòu)在級別上高了一代，性能也有全面的提升。
“簡單來說，其實(shí)GPU基本用來干兩件事：畫線和涂顏色。在GPU內(nèi)部完成這些工作的單元稱之為渲染器(Shader)，SGX544MP2雖然只 是雙核，但是其中有八個(gè)統(tǒng)一渲染引擎(Universal Shader Engine)，它們既可以完成畫線也可以用來干涂顏色的工作，同時(shí)還能根據(jù)應(yīng)用需求來動態(tài)調(diào)整。而Mali 400 MP4只有一個(gè)用來畫頂點(diǎn)即畫線的Shader和4個(gè)畫像素即涂顏色的Shader。這5個(gè)Shader的工作是固定的，畫線的只能畫線，涂顏色的只能用 來涂顏色，不能動態(tài)調(diào)整，效率比SGX544MP2的低很多。雖然Mali 400 MP4核數(shù)與頻率都高于SGX544MP2，但是由于架構(gòu)效率較低，所以性能并不見優(yōu)。”王康解釋道。
來自全志的數(shù)據(jù)表明，SGX544MP2像素填充率高達(dá)3,000M/S，三角形渲染也同樣高達(dá)100M/S。集成了該GPU的A31與采用Mali 400 MP4的三星處理器Exynos4412相比，像素填充率高出1.16倍，三角形填充率高出了6倍，整體圖形性能高出2倍。對于CPU和GPU等處理器來 說，功耗與主頻是成線性關(guān)系的，SGX544MP2最高主頻300MHz，大大低于Mali 400 MP4的533MHz主頻，這樣在保證性能的基礎(chǔ)上讓功耗也得以降低。
為了加強(qiáng)多媒體處理能力，除了使用性能強(qiáng)勁的GPU外，A31還加入一顆被稱之為VPU的核。VPU在全志的上一代產(chǎn)品A10中就有使用，它其實(shí)是一個(gè)獨(dú) 立的視頻編解碼器。在很多其他平板主控方案中，視頻編解碼工作主要是通過軟件的方式來完成的，這就需要CPU具有很強(qiáng)的性能。而A31的編解碼都是通過 VPU這個(gè)獨(dú)立的硬件處理單元來完成的，這樣做不僅可以釋放CPU和GPU的計(jì)算壓力，還可以保證低功耗和高性能。A31可支持4K2K超高清編解碼、藍(lán) 光3D播放、全格式音視頻，完美兼容各種網(wǎng)絡(luò)流媒體，特別是支持4K2K的編解碼能力在移動處理器甚至是PC處理器中都是甚為少見的。
“全志從成立一開始就把多媒體編解碼能力作為立命之本，CPU和GPU這些東西有錢都可以買到，如果大家的方案都是基于同樣的CPU和GPU配置，那還有 什么方法來保證差異化呢？”王康說道，“我們的定位就是在多媒體處理能力實(shí)現(xiàn)突破，包括視頻編解碼、拍照、攝像等方面。其實(shí)A31除了VPU之外還有一個(gè) 有特色的模塊，那就是圖像信號處理器(ISP)單元。集成了這個(gè)模塊的A31可以支持1,200萬攝像頭和1080p@60fps高清錄像，以及零延時(shí)拍 照、1秒10連拍等功能。目前拍照的圖片處理等功能基本由ISP完成，它也是硬件上的模塊，帶來的好處就是速度快、效果好、功耗低。”
除了具備強(qiáng)大的通用計(jì)算能力、圖形計(jì)算能力和多媒體處理能力，A31系統(tǒng)帶寬也同步翻了一番。該芯片支持雙通道64bit DDR3/LPDDR2，具有更高帶寬，可以滿足視網(wǎng)膜顯示帶寬需求；支持雙通道NAND Flash，系統(tǒng)內(nèi)存的讀寫速度提升到讀30M/s、寫20M/s，與A10相比提升了100%。王康指出，現(xiàn)在許多平板電腦都配備了視網(wǎng)膜顯示屏，但是 要做到真正的流暢顯示不光需要CPU和GPU的性能強(qiáng)，還需要總線效率和存儲帶寬與之匹配。所以64bit的帶寬是必須的，否則很難達(dá)到流暢的效果。因?yàn)?一般在Android系統(tǒng)上視網(wǎng)膜屏流暢顯示(60fps)的帶寬需要超過3GB/s，而64bit DDR3理論帶寬可達(dá)到5GB/s@312MHz，可以流暢支持65英寸的大尺寸屏和分辨率為2048×1536的超高分辨率屏。
A31還擁有完善的功耗管理系統(tǒng)。該芯片配備了一顆專門為四核處理器量身打造的智能電源管理芯片AXP221，可實(shí)現(xiàn)智能、高效、精準(zhǔn)電源管理，保證超長 續(xù)航能力。AXP221在單芯片上集成了供電管理、充電管理和檢測系統(tǒng)電流、電壓、溫度等全面電源管理功能，其技術(shù)規(guī)格在業(yè)內(nèi)來說是非常領(lǐng)先的。在該電源 管理芯片的配合下，A31能支持30天待機(jī)、100小時(shí)音樂播放、10小時(shí)視頻播出、8小時(shí)網(wǎng)頁瀏覽。除此之外，AXP221能提供高達(dá)2.2A的充電電 流，與其他只能1.xA充電電流的方案相比，可提高一倍以上的充電速度，使移動設(shè)備充電時(shí)間大大減少。
在單核時(shí)代，全志的A10就因?yàn)槠涓呒啥榷Q，四核的A31也不例外。它配備了豐富的顯示接口，如HDMI 1.4、LCD RGB、MIPI DSI、LVDS等；配備了豐富的圖像輸入接口，包括CSI和MIPI CSI等；配備了多種數(shù)據(jù)接口，如USB OTG、USB EHCI/OHCI、GB Ethernet、SDC及SDIO等。高集成度帶來的好處就是整體BOM成本降低，與國內(nèi)其它方案相比，A31的方案可減少24個(gè)周邊元件，PCBA成 本減低10%左右。
總的來說，A31特點(diǎn)非常突出，在四核性能為王的時(shí)代，全志并沒有過多地去強(qiáng)調(diào)CPU性能和主頻高低，而是通過優(yōu)化整體系統(tǒng)硬件架構(gòu)，把功耗效率、應(yīng)用需求放在了第一位來打造這款具備最佳能效比的A31。
芯片廠商在定義產(chǎn)品時(shí)，要以用戶需求、應(yīng)用發(fā)展為導(dǎo)向，而不是單純地依靠提升CPU、GPU核數(shù)和主頻來為產(chǎn)品穿上“高性能”的外衣。對于主控處理器來 說，性能、功耗、速度的平衡尤為重要，因?yàn)橹挥羞@樣，才能帶來更好的用戶體驗(yàn)和滿足未來移動應(yīng)用需求。我們也期待A31在市場上能再創(chuàng)輝煌，幫助系統(tǒng)廠商 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新。