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一片文章带你读懂，地表最强芯片骁龙835！原创2017-03-28 15:13·爱搞机骁龙820是高通SoC版图上的一个里程碑，其无论绝对性能还是能效比，对比骁龙808/810都有大幅度提升，而且商业上也非常成功。而更重要的是，这背后是高通对移动计算平台的看法和布局——异构计算：经过大幅增强的Hexagon 680 DSP（digital signal processor数字信号处理器）有了自己的独立介绍，后者支持Hexagon矢量扩展(Hexagon Vector Extensions/HVX)，负责图像处理应用中的计算负载（以往在CPU/GPU上相对更费电的虚拟现实、增强现实、图像处理、视频处理、计算视觉等任务可交给DSP去更高效率地处理）；上面有高通第一个自主构架的64位CPU核心——Kryo，其重点提升了浮点运算性能；加入了升级后的 Adreno GPU ，更强的ALU（逻辑运算单单元）除了提升体验外，还让人工智能、机器学习（物体识别）、照片和视频中的成像优化和AR/VR体验提升等成为可能。骁龙835构架组成在这个理念的基础上，骁龙835现在是高通移动平台的一部分，这个拥有超过30亿个晶体管的SoC（然而苹果16年9月推出的A10处理器已经有33亿个晶体管了）是首个使用三星10nm工艺的产物，最终让封装面积对比骁龙820减少了35%。新的CPU构架和X16 LTE基带是当中最重要的改变，其基带已经可以提供最高1Gbps的下载速度（Cat.16），SoC里的其他部分也得到了一些相应的小升级。三代骁龙参数对比高通从骁龙800那一代开始就有请媒体到高通加州圣地亚哥总部，以进行功能演示和有限测试的习惯，当然，是通过高通自己的原型机（MDP移动开发平台），后者是用于进行软硬件测试，具备完整功能的手机或平板，只是它们的体型会比手机要大一圈。当年的骁龙810被放在了平板测试机上，而820的测试机是一部有6.2英寸巨屏的手机，到了835这一代，测试原型机继续变小，变成了5.5英寸2K分辨率屏幕，搭载6G内存和2850mAh电池的手机。原型机变小是个好趋势，因为机器越小，可以用来吸收和分散热量的面积就越小，这侧面说明了骁龙835的功耗会进一步缩小。当然，这需要精确的功率测试才能确认。因为测试时间有限，所以我们专注于CPU/GPU和内存性能测试。注意，我们这里测试的是原型机和非正式版的系统，所以结果仅供参考。量产版很有可能会有比一定的出入。CPU部分820上的Kryo是高通第一个全自主设计的64位CPU，这个独特的构架在浮点的IPC性能很强（爱搞机：IPC全称Instruction Per Clock cycle，指每周期可处理的指令数，可以笼统理解性能=IPC*频率），但整数IPC性能还不如ARM之前的A57构架，而且能效比也要低一点。比起使用修改820的4核Kryo构架，高通在835走了一条完全不同的道路。新的Kryo280构架，除了名字，和原来的Kryo构架没有任何的传承关系。骁龙835上采用了8核心大小核构架，由4个负责极限性能输出的大核，和4个追求“能效比”的小核组成。而这个构架最特殊的地方，其实是它是首个对ARM新构架进行改进的产物。BoC许可让厂商可以根据需求对构架进行调整，特别是对指令预取区和发射队列上的修改，但构架里某些部分不在许可范围内。包括解码器和执行管线都是动不了的，毕竟改动他们的工程太大了。高通没有公开它是基于ARM那个构架修改的，但高通表示大小核CPU都是半自主设计的构架，而内存控制器也是高通自己设计的。骁龙835的 Kryo 280 CPU在整数运算IPC性能（每周期可处理的指令数）对比820/821有明显的提升，这是我们没预料到的，毕竟Kryo核心的长处不是整数运算。虽然大部分测试中都有大增长，但JPEG，Canny和Camera等部分测试出现了倒退，这个特征和我们在Kirin 960上的A73表现很像。这些整数测试的成绩和L1/L2缓存的行为，都和A73独特的表现很类似，Kryo 280可能就是基于ARM最新的A73构架改的。Geekbench 4单线程整数运算小项目成绩具体分数可以戳我们爱搞机之前骁龙835亚洲首秀的文章《20万分不是梦 骁龙835亚洲首秀》，这里我们简单对比一下骁龙835和Kirin 960在Geekbench 4的整数测试成绩，它们的子项目成绩的类似程度，可不是频率和正常的测试变量可以造成的。它们的测试成绩里，只有极少数特殊的项目有差异，范围在-5%-9%之间。这再次说明了，在BoC许可内做小修改后的半自主构架，其成绩其实也是可以预测的。把频率考虑进去之后（上表）得出每Mhz获得的分数（意义接近同频性能），这会更加容易比较不同构架之间的IPC性能。Kryo 280这种半自主设计的构架，成绩和Kirin960上的A73并没有很大分别，只是比A72高了6%，比A57高了14%，比起前代的骁龙820/821高了整整22%（因为Kryo核心本身在LLVM和HTML5 DOM上的表现不佳，拖低了820/821的分数）。骁龙835的成绩无法横扫其他旗舰产物，和Kirin 960上的A73一样，小项目测试的结果和前代对比也是互有高低的。Geekbench 4单线程浮点运算小项目成绩骁龙835的Kryo 280在820本来强项的浮点测试中的分数出现了明显的倒退，甚至还输给了A72。结果依旧和 Kirin 960的A73很像，连小项目的测试分数也很接近。A73相对A72小幅倒退的部分，也是Kyro 280倒退的部分，这有点出乎我们的预料。因为他们的NEON执行单元和A72几乎没有变化。如果硬要说区别的话，A72在前端延迟、指令预取区和内存系统上会占优一些，但幅度不大。A73在指令解码上的劣势会影响成绩，但不会对全局造成大的影响。对比A72，Kirin 960的A73和骁龙835D Kryo 280 都出现了 L2缓存读/写带宽下降，L1缓存写入带宽下降的问题，这同样对成绩造成了影响。骁龙835的浮点IPC性能比820/821低了23%，这不知道是设计思路上的妥协还是设计思路上的转变。高通在两年前开始设计Kryo核心的时候，应该就已经对未来那些还没到来的需求有所预测了。从现在高通的布局来说，高通应该是觉得以后更多的计算需求会转到GPU和DSP上，这样可以提升整体的能效比，而“放弃”的浮点性能可以省下宝贵的芯片面积和电力。Geekbench 4单线程内存测试成绩Kryo 280、A73、A72和A57都有2个AGU地址生成单元。但A72/A57将载入和存储操作分开由不同AGU处理，而Kryo 280和A73 里的AGU都可以执行存取操作。在Kirin 960上，这个改变带来了比950更加低的内存延迟和并提升了内存带宽。835在内存延迟控制和带宽上，甚至比960还要强，抛除频率差的因素后，提升依旧达到11%，对比820/821提升巨大。但在两代Kryo的带宽提升幅度，不如Kirin从A72升级A73构架时那么大，因为上一代Kryo的2个AGU就已经能执行载入和存储两种操作了，只是前代在某些场景的延迟会更高。系统性能表现到现在为止，我们对骁龙835上的Kryo280的印象是，其是对A53和A73构架进行修改后的产物，无论整数还是浮点运算的IPC每周期性能，都和Kirin960很相似。像PCMark这些系统层面的测试，可以根据真实生产环境，使用安卓API对CPU/GPU/内存/NAND存储进行测试，但除了CPU的IPC性能和内存延迟等影响外，还会受厂商对系统软件优化的影响，后者可以控制程序优先级和DVFS动态电压频率调整策略，以求得性能和续航之间的平衡。可以确认的是，和其他SoC一样，在不同机器上的骁龙835会有较大的跑分差距。而在原型机上的骁龙835刷新了PCMark的记录，其总分比用Kirin960的Mate 9要稍微高一些，比最快的821的机器还快了23%。在网页浏览测试中，骁龙835原型机表现优异，但只是比Mate 9高10%。在这个主要考核整数运算的测试中，其比820/821高了34%。值得注意的是，整数运算本来就吃力的820/821，排在了所有A72和A73构架的机器之后，甚至连骁龙650都打不赢。PCMark的写入测试对频率敏感，需要大核的瞬间爆发性能，测试包括模拟打开PDF文件、文件加密（前两个都是整数运算负载）、内存测试、甚至还有闪存读写测试。所以这个测试的结果会有很多变量，甚至820/821的机器之间都会有较大的出入，像乐视乐Pro3就比 Galaxy S7 edge还要高40%。但骁龙835原型机和Mate 9的差别微乎其微。但骁龙835比起前代进步明显，比最快的乐Pro 3(821)还要快24%，比 Nexus 6P（810）快80%，比联想ZUK Z1（骁龙801/8974AC）快162%。PCMark数据处理测试同样主要考核整数运算性能，测试包括处理一大堆不同类型的文件的速度对比，并会记录他们和动态图表交互时的实时帧率。骁龙835原型机和Mate9的成绩依旧很接近，但它们这次和其他机器的距离拉得更开，骁龙835原型机比Pixel XL提升28%，比LG G5提升111%。和写入测试类似，820机型间的表现差距很大，再次证明了OEM厂商的调教会对用户体验造成很大影响。视频剪辑测试中，使用的是OpenGL ES 2.0的片段着色器提供视频特效。这是非常轻度的工作负载，大部分手机在这里，GPU和大核几乎都是闲置状态的，仅仅使用如A53这样的小核，这就是为什么成绩差距会这么小的原因了。图片剪辑测试中，提供了一堆不同的图片特效和滤镜，需要CPU和GPU同时工作。得益于 Adreno GPU强大的ALU（算数逻辑单元）表现，骁龙835原型机和820/821机型的表现都很好。835的 Adreno 540 GPU比Mate9上的Mali G71（ARM现在最强GPU构架）还要强了33%。JavaScript测试中iPhone的表现都很好，但这个无法用来对比苹果A系列芯片和安卓平台的芯片，因为它们用的浏览器也是不同的，这很大部分得益于Safari浏览器的JavaScript引擎。安卓平台在同样使用最新版的Chrome浏览器时，骁龙835原型机不错。虽然在Kraken测试中和820/821并没有拉开差距外，在JetStream中又和Mate9没有什么分别，但在后者中比820/821机器有15%到37%不等的提升。其在WebXPRT 2015 中的测试出乎预料地好，比Mate 9高了24%，比使用820的S7 edge高67%。为了看看软件层面造成的影响会有多大，我们使用高通内部测试的浏览器（专门为了骁龙SoC优化过）进行测试，结果Kraken测试值提升到了2305ms, 但JetStream提升24%到了87分（但这两个项目还是落后iPhone很多），WebXPRT 2015 测试更是暴涨82%达到280分（终于打赢并抛离了iPhone）。GPU部分骁龙835上的 Adreno 540 和820上的 Adreno 530用的是同样的构架，但做了小优化避免以前的瓶颈，并对对ALU和寄存器进行了优化。通过改进depth rejection（深度过滤器）减轻了每个像素点的计算负载，以提升性能表现并降低能耗。高通宣称在3D渲染上对比820的Adreno 530有25%的提升。虽然官方没有说明，但很明显，这里面一大半的提升来源于10nm制程的优势，后者让GPU频率可以提高到710MHz，单单这里已经比820提升14%了。GFXBench里的霸王龙测试是比较老的测试项目了，其基于OpenGL ES 2.0 API。和新测试不同，其结果和着色器性能没有严格对应关系，这也是为什么旗舰都可以在亮屏测试里，顶到V-Sync限制的60帧。但以前达到60帧的iPhone 7 Plus 和 Mate 9都是1080P分辨率的，但这次的骁龙835原型机，是第一部达到60帧的2K屏设备。在离屏测试中，骁龙835测试机超越了 iPhone 7 Plus和 Mate 9，比Pixel XL（820）快了25%，和高通宣称的提升幅度接近。几乎是Nexus 6P的Adreno 430的2倍，联想ZUK Z1上的801上的Adreno 330的4.5倍GFXBench 的Car Chase场景，使用了OpenGL ES 3.1和Android Extension Pack (AEP)上的最新渲染管线，和很多最新的游戏一样，这主要压榨的是ALU单元的性能。这个测试里，骁龙835同样是对比前代提升25%，但更加出乎预料的是，Adreno 540的成绩比Mate 9上的Mali-G71MP8高了55%，后者好歹是ARM最新的Bifrost构架的GPU啊，而且测试里还维持了960-1037MHz的超高频。3DMark的Sling Shot Extreme场景，安卓平台会使用的是OpenGL ES 3.1，iOS设备用的是Metal 图形API，该测试会同时压榨GPU和内存系统，而且离屏测试分辨率是1440P，而不是其他测试使用的1080P。骁龙835在总分上有30%的提升，这已经是相当好的成绩了，毕竟在苹果A10、Exynos 8890、Kirin 960,和骁龙820/821 这堆SoC之间仅有8%的差距。图形分里，骁龙835原型机比iPhone 7 Plus高10%，比820和8890版的S7高了24%。在3DMark Sling Shot的第一个图形测试中，毕竟构架变化不大，Adreno 540并没有像以前Adreno 530那样，在几何运算里表现出现大跃进式的提升。 而面对一向在几何运算任务重表现出色的ARM Mali系列GPU，Adreno 540仍然要强11%左右。在注重着色器性能的第二个图形测试，Adreno 540就发飙了，对比S7上的Adreno 530提升34% ，比Mate 9的Mali-G71高50%，高通在ALU和寄存器上的修改，在这个测试里的效果非常明显。物理测试是在CPU上跑的，而且受SoC的内存控制器的随机存取表现直接影响。虽然CPU表现相似，但骁龙835原型机比Mate9提升14%，主因或许是835的内存控制器，在延迟控制和带宽都比Kirin960强。Basemark ES 3.1 测试在安卓平台会使用的是OpenGL ES 3.1，iOS设备用的是Metal 图形API，但没有GFXBench 4.0 Car Chase场景里的tessellation密铺计算。在今年年尾加入Vulkan支持前，安卓平台都会受到OpenGL的拖累，在苹果的 Metal 图形API面前根本抬不起头。API上的差距，让 iPhone 7 Plus 抛离骁龙835原型机73%。在 Basemark ES 3.1的工作场景下，ARM的Mali系列GPU会更占优，离屏测试， Exynos 8890的 Mali-T880MP12比820上的Adreno 530快15%，Kirin 960上的 Mali-G71MP8 要比骁龙835的Adreno 530快25%。这个测试中，骁龙835原型机比起Pixel XL的涨幅达到了40%，比其他测试里的25%要高一截。在这些游戏模拟测试里， Adreno 540有更好的ALU表现，所以我们很好奇它在GFXBench的综合ALU测试里的成绩。比较惊奇的是，这个构架提升在并没有带来什么提升。结果里，835对比820的14%涨幅、对比821的8%涨幅，都是和GPU频率严格对应的，说明这个场景的瓶颈在其他地方。当然，这结果还是比Mate 9高了32%。能耗、相机、虹膜识别功能展示为了在大众心中塑造骁龙是个平台，而不单单是CPU或基带的印象，高通在总部的实验室做了很多演示。但在CES和GDC展会中，高通貌似没有什么好展示的，基本就是把手机塞到VR/AR设备，或者直接就是搭载835的VR/AR原型机。在同样的VR测试中，对比820，骁龙835功耗率下降23%。当然，这是高通自己的试验环境，真实场景使用的优势未必会这么大。高通的相机测试实验室有一大堆牛逼而且很贵的设备，公开展示是为了告诉世人，高通的ISP和软件改进都是基于大量的试验结果的。里面除了可以控制光线强度和色温外，连测试ISP电子防抖用的“抖动机”都是专门设计的，其可以设定不同抖动模式和频率，方便工程师去测试EIS电子防抖系统。有个比较有趣的展示是835工程机的虹膜识别，这个功能可以部分代替指纹识别的工作，在不方便用手的场合使用。但测试机该功能还不完善，高通的产物经理用是正常的，但作者无法使用。实验室还有计算机视觉识别的展示，这个已经不是新技术了，但和同领域对手一样，高通也受益于最近机器学习的突破性进展。总结移动SoC包括了：CPU、GPU、高性能的DSP（运算用途）、低功耗DSP（协处理器）、基带SDP（信号处理）、ISP（照片处理）、固定的功能模块（视频与音频）等。所有这些部分都会影响用户体验，但当中很多都无法量化。而CPU和GPU是最核心的性能部分，而且对续航影响最大，所以它们还会是我们测试的重中之重。初步的测试结果表明骁龙835的CPU部分是4+4的大小核结构，由4个修改版的A73和4个修改版的A53组成，整数和浮点IPC周期性能都和Kiirin960上的A73非常接近。对比820/821的Kryo构架，整数性能提升，浮点性能下降，但这个取舍利大于弊，其整体表现比820/821要好。高通在VR/AR上继续用力，不单是手机平台，还包括了头戴设备。VR对高分辨率、低延迟的要求，都需要非常强大的GPU性能。835的Adreno 540 GPU在构架小优化和高频率下，有25%的性能提升，对VR设备来说肯定是好事。另外，这些结果都是基于工程机的，无法代表最终量产的结果。但即便如此，已经几乎可以肯定835对比820会有大幅度的提升了。但对用户体验的影响最大的，或许不是小幅提升的性能或什么新功能，而是10nm制程带来的功耗/续航提升。via：anandtech了解更多
2024年12月19日，现在感觉真是——
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