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HTC One S你选S4还是S3?同机不同“芯”比较

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发表于 2012-6-25 12:39:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
  HTC最近公布中国版(内地,港台)的HTC One S将采用上一代的高通45nm制程 Snapdragon(晓龙) S3 MSM8260处理器,而不是高通Snapdragon S4 MSM8260A处理器。
   晓龙S4和S3有什么区别?
   工艺上
    S3采用的是45nm制程,而S4所采用的是TSMC(台湾积体电路)的28nm LP制程,为了尽快上市,节省成本,并没有没有采用漏电较低的LPH(采用HKMG,即高介电常数金属栅极的LP)。不能排除未来的S4产品会采用LPH工艺。
    CPU和GPU的问题,是人们最关心的。
    S4 MSM8260A:两个krait核心,最高频率1.5Ghz
    S3 MSM8260:  两个Scropin核心,最高频率(官方声称)1.7Ghz。已经出现过的最高频率设定有1.2G(HTC G14 Sensation) 1.5G(HTC G21 Sensation XL)
    按照高通给出的DMIPS性能比较
    相同频率下,krait的性能是scropin的1.6倍实际评测有很多,请自行查阅大致上,1.5G的krait性能是1.2G的Scropin的两倍,双核Krait表现出了与4核心Cortex-A9处理器同等级的性能
   GPU:
   S4 MSM8260A:Adreno 225
   S3 MSM8260:Adreno 220
   Adreno 225的结构和Adreno 220相同,受到制程改进的影响,它的最高频率从220的266Mhz变为400Mhz。除此以外,8260A还添加了蓝牙4.0,格洛纳斯导航等功能
    效能:
    HTC声称,S3版的One S和S4版的One S有相同的效能。什么是效能?效能是效率和性能的最优妥协。关系到效能的另一方面就是功耗。手机芯片的功耗和PC的并不一样,在绝大多数时间,手机的CPU是以尽可能低性能的状态运行的,这也是为什么我们的智能手机的待机续航一个比一个厉害,但是屏幕一点亮就全部软了的原因。
----休眠状态
  一台智能机(以使用45nm处理器的Android手机为例),开启移动网络,禁用推送等同步项目待机时蜂窝网络部分消耗功率大约是15mW,剩余部分(主要是CPU)也是15mW的程度。不同机器,不同网络,不同信号质量下,耗电会有差异,但基本上都处于10mW~50mW的程度。
在这个30mW中,蜂窝网络的15mW是省不来的,它主要被微波功率放大器(PA)给占用。同样的,通话时(不包括skype等VOIP模式),几乎所有的能耗(~2W)都由PA和基带芯片吃掉。这就是为什么65nm/45nm/32nm/28nm也好,单核/双核/四核也好,通话时间正比于电池容量。
     利用Android自带的电源管理功能,可以轻易地计算能耗【图1】中的手机待机时(基带/PA)平均功耗大约是(6600mwh×0.27×0.12)×3600sec/h / (690min×60sec/min)=18mW
----待机状态
    当我们解锁屏幕后,又没有操作时,处理器也从休眠恢复到跃跃欲试(stand by)的状态,这种状态指的是处理器会处于尽可能低的频率,并在有需要时立刻提升至足够高的速度。
     拿MSM8260A来说,它会关掉(Hotplug)CPU1,并让CPU0尽可能处于384Mhz的状态,此时cpu0的功耗大约是100mW。手机Android系统的内核,Linux kernel中有相应的CPU频率Governor设置来自动调节频率。在linux中,Ondemand是最为常见的一种模式。很多第三方内核会加入激进一些的interactive,或是smartass等一系列特制的governor,以期在性能和功耗中找出最合适的平衡。
     这个时候,手机上最费电的部件是屏幕。按照背光亮度,屏幕面积不同,常见的功耗介于500mW~2000mW之间。
日常使用时(不包括煲电话粥的),屏幕的功耗通常占到60%~80%
    对于液晶屏幕,有很多种方法来抑制功耗:
    1,提高背光LED的发光效率
    2,提高液晶面板的孔径比,有的时候也叫开口率(ipad 3变成电老虎的主要原因之一:苹果买不到电路面积小,开口率高的IGZO面板,只有用旧技术来生产retina屏幕,牺牲了开口率)
    3,改变液晶面板的像素排列。如SONY做出了一种RGBW子像素的屏幕,和传统的RGB比起来,它将1/4的面积给予可以“完全”透明的白色像素,以牺牲颜色分辨率来换取更高的透光率,以及更大的降低背光亮度的余地。
    因为RGB像素滤光片和孔径比的关系,LCD背光产生的大部分光能都是被浪费的,即便是RGBW的子像素,从理论上的最好状态下透光率也达不到50%(假设RGB子像素合起来相当于一个透明的子像素,W子像素当作一个透明子像素),实际上要差得多。
    OLED屏幕的功耗和LED类似,但省电原理不同。
    OLED不使用背光源,由像素直接发光,其发光效率远低于背光用的白光LED(低一个数量级的程度),它几乎没有LCD屏幕的RGB矩阵使用的滤光片带来的损失。所以到目前为止,OLED在显示暗色图像时,比LCD屏幕省电,显示亮色图案时,则反之。One S使用了OLED屏幕,其玻璃层数较少,在室外强光下的显示效果好于LCD屏幕。
----全速状态
    当开启一个应用程序,特别是游戏的时候,snapdragon就会夺回耗电大户的宝座。拿MSM8960来看(MSM8960和MSM8260A唯一的区别是,后者不支持LTE/CDMA网络,处理器/GPU部分是相同的),其CPU功耗是750mW @1.5G×1 krait CPU,GPU的最大功耗约1200mW@400Mhz
    MSM8260的CPU功耗大约是700mW @1.2G×1 Scropin CPU,GPU部分的功耗和MSM8960的应该是一致的,也就是1W@266Mhz左右。因为架构的区别,Cortex-A9 (SMP)在同等级制程下,单位频率的功耗略大于Scropin (ASMP),大致上是700mW @1G×1 Cortex-A9 CPU
    以上提及的是“典型的”功耗,实际功耗会和处理器执行的任务,使用(测试)环境有关,就平板产品而言,屏幕总是最耗电的部分。
    所以,相比于手机,Tegra 3更适合平板,它有很高的成本优势(DIE面积仅80平方毫米),较高的功耗(和同等性能32/28nm产品相比)在平板产品上并不明显。NVIDIA似乎想让搭载Tegra3的平板产品降到Kindle Fire一般的价格,据称谷歌四儿子---可能是华硕生产的Nexus 7也在其列。
----多核心处理器的省电方法
    对于别的双核/多核处理器,有一个hotplug(热插拔)的概念(见【图2】),可以在待机的时候拔出(也就是关闭)不需要用的处理器,目前的处理器都有很好的power gating(功率门)的设定,因此此时该处理器的功耗为0
    Scropin和Krait采用ASMP模式,每个核心可以运行在不同频率下(见【图2】),这也是帮助省电的方法。这么做的代价是每个CPU,缓存都需要使用独立的电压,时钟,会增加芯片的复杂度,ASMP还会牺牲处理器的性能。
----制造工艺带来的区别
    32(28)nm vs 45(40)nm?
     NVIDIA的TSMC 40nm工艺的Tegra3采用了一种vSMP的手段(可以理解成是一种特殊的hotplug),它有4个Genaral工艺的,适用于高频的Cortex-A9核心以及一个LP工艺,并为功耗特别优化的Cortex-A9核心。

     在待机时,G工艺的CPU0可以被LP工艺的vCPU替代。和别的40/45nm级的芯片相比,Tegra3在全速运行时有更低的功耗,在待机时也有相同(或更低)的功耗。NVIDIA自己发布的一份报告声称,每个G核心在1G时的功耗仅有300mW。
     NVIDIA的测试方法是,测量运行4线程Coremark测试的整机功耗,减去使用LP核心待机时的功耗来间接计算,并没有像三星/高通直接测量CPU功耗,这可能导致了误差(参考后面新旧ipad2的续航测试结果)。这里有明显的夸张,如此高的能耗比需要32nm工艺才能做到。
    这么做的主要代价是:
    当只有一个G工艺CPU核心运行,并需要低功耗时,可以花200微妙的时间切换至LP核心G工艺核心耗时2000微妙,三星将45nm的Exynos 4210与32nm的Exynos 4212做了一个比较
    Exynos 4210的CPU功耗是
    800mW@1.2Ghz × 1 Cortex-A9 CPU
    Exynos 4212的CPU功耗是
    500mW@1.5Ghz × 1 Cortex-A9 CPU
    有人测试了美国电话电报公司(AT&T)的LTE网络使用的 HTC One X(采用Snapdragon S4 MSM 8960)与Tegra 3版One X的视频续航,后者要多消耗100mW的电能。
    有人测试了新版ipad2(采用32nm A5处理器,DIE面积为69平方毫米)与旧版ipad2(45nm A5处理器,DIE面积为122平方毫米)的区别。
    两种A5处理器的性能是相同的。
    在播放视频和浏览网页时,32nm版A5可以节省~300mW的功耗(这里的误差就相当大,依靠DSP硬件解码的功耗不可能有如此大的相差,一块45nm芯片在硬件解码视频时的典型功耗只有300~500mW),在运行3D游戏这种需要CPU/GPU全负荷运行的应用时,差距扩大到900mW的程度
----性能---功耗曲线
    早期的CMOS电路没有严重的漏电问题,所以功耗大致上正比于(Vdd^2)×Frequency,现在的CMOS特征尺寸是在是太小了,漏电十分严重,为了简单理解,功耗可以大致理解成频率的函数Power=e^(a×Frequency)+b×Frequency+c,用英特尔的Z2460的几个特征功耗可以估计到它的功耗--频率曲线
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