拋開VR/AR/AI的噱頭，扒一扒驍龍845光鮮外衣下的「真相」

2017年12月6日，高通剛剛推出了全新驍龍845移動平台。

對於這款SoC，發布之後外界紛紛給予了足夠的好評，「架構革新」、「性能暴漲」等讚美之詞被提了又提，「XR」、「AI」、「ISP」等名詞也已經看到了審美疲勞的程度。

高通的64位移動晶片發展到現在已經是第四代，在驍龍845之前，前三代「8字輩」旗艦晶片分別是驍龍835、驍龍821和驍龍810。

作為一枚硬體愛好者，這次我要換個角度給驍龍唱唱反調，從CPU和GPU兩個主要部分，看看驍龍進化到現在，還有哪些問題和不足。

CPU篇：Kryo385，很好，但還不夠好

只要提到處理器，則免不了要涉及到核心架構。

三條老龍分別使用了不同的CPU核心架構，僅以big.LITTLE中的big核心來看，驍龍810為Cortex A57公版核心，驍龍821為高通自研的Kryo核心，驍龍835則是基於Cortex A73半定製的Kryo 280核心。

驍龍810作為高通64位晶片的開山之作，實際表現毫無疑問是災難性的，恐怖的發熱和功耗至今仍是許多手機的噩夢。

Cortex A57在娘胎里便完全是要和「真•拋瓦」決一死戰的姿態，然而當ARM正按部就班設計它的時候，不按套路出牌的蘋果率先推出了64位A7處理器，瞬間把ARM和晶片廠商都干懵了：這個64位的風，跟還是不跟？

Cortex A57性能是沒有任何問題的，問題在於製造工藝hold不住它。

ARM奧斯丁團隊這群美國壯漢很明顯給新核心打激素打多了，在當時主流的20nm製程下，Cortex A57的能耗比極其糟糕，華為、聯發科乾脆選擇棄療，三星則祭出14nm工藝搞定了Exynos 7420在一邊笑嘻嘻，到頭來鬱悶的只有驍龍810。

雖然ARM隨後在推出了在Cortex A57基礎上優化的Cortex A72核心，不過受傷的高通表示要先自己玩一會兒，人與人之間的信任暫時沒有了。

在這種情況下，高通自研的64位Kyro核心應運而生，對應的晶片便是驍龍820/821。

在流水線設計上，Kyro使用了同時包含整數和浮點運算單元的串行結構，這樣的設計大大增加了浮點運算單元的數量。

單從規模來看，同樣頻率下Kyro的浮點性能要遠超同代的Cortex A72核心，而整數則應該大體持平，但在各種測試環境下，Kryo的整數性能都無法達到預期的性能。

一些分析認為問題的根源可能出在緩存資源的配給上。

Kryo的指令發射寬度為5，但卻只有32KB一級緩存，而指令發射寬度只有3的Cortex A72都已經配上了64KB一級緩存。

Kryo的指令發射寬度和流水線資源都十分充裕，如此小容量的一級緩存很容易制約性能的瓶頸。

而驍龍835的CPU核心雖然叫做Kyro280，但實際上和驍龍820的Kyro核心沒什麼關係，Kyro 280是基於BoC（Built on ARM Cortex Technology）方式由Cortex A73優化定製而來的全新核心。

與Cortex A57不同，Cortex A73由ARM法國團隊設計，是一個追求能耗比的架構。

由於BoC不允許對指令發射寬度或流水線結構等大刀闊斧的修改，Kyro 280大體上與Cortex A73保持一致，指令端降格為亂序雙發射，理論上會損失一些性能，但它的流水線結構經過了大幅優化，提升了執行效率以彌補前端的不足。

同時由於BoC的限制，高通無法再像之前的Kryo一樣自行增加運算單元的規模，Kyro 280隻有兩個浮點運算單元和兩個整數運算單元，不過這兩個整數單元經過高通的優化，分別負責乘法和除法運算，累加運算則可由兩個單元合作完成，不再需要另外的單元。

簡單分析完了核心的設計，我們來看看它們的實際表現。

在整數測試中，整數運算單元最多的驍龍820相比最老舊的驍龍810居然呈現互有勝負的局面，而且有幾項差距達到30%以上，不止是一星半點的勝負；而驍龍835的整數性能有了很大改進，在只有兩個整數單元的情況下，實際性能大比分壓制驍龍820，相比同為兩個整數運算單元的驍龍810更是完殺。

這樣的情況不但說明Kryo280中經過高通強化的整數單元確實提高了運算效率， Kryo起伏不定成績也說明了架構性能確實受到了影響（至於是不是由於緩存就不一定了）。

如果以每MHz整數性能來看，Kryo280要略強於公版Cortex A73，大幅超越自毀一刀的Kryo。

浮點性能方面，驍龍835則基本全線落後與驍龍821。

由於Kryo280的浮點運算單元規模與公版相同，而高通可能也想將更多的浮點運算任務轉移到GPU或DSP上執行，所以並沒有像加強整數運算單元一樣加強浮點運算單元，所以不出意外的，Kryo280的每MHz浮點性能與公版Cortex A73完全一致，僅相當於驍龍821的77%。

追思會到此結束，我們來看最新的驍龍845。

驍龍845和之前的835一樣基於BoC定製而來，只不過這次的母版變成了最新的Cortex A75核心。

Cortex A75中全新的DynamIQ技術一改之前獨立一級緩存+共享二級緩存的設計，將二級緩存改為每個核心的獨立緩存，加入共享三級緩存，並優化了緩存預讀取部分，提高了緩存命中率，可以使二級緩存的延遲從19個時鐘周期縮短到8個。

在10nm工藝的支撐下，Cortex A75回歸了亂序三發射設計，採用整數11級/浮點13級流水線設計，微指令調度能力也略有提升。

同時Cortex A75的浮點計算單元支持FP16半精度浮點格式，增強了處理數據的靈活性。

由於現在還沒有驍龍845的相關測試成績，我只能通過以往的經驗，「目測」其CPU大核部分應該比驍龍835提升15%左右。

如果事情到此為止，我們關上門在高通家族中自己和自己比，這個成績還是能讓人滿意的，不過外面還有蘋果A11這個大魔王呢？。

以往驍龍和蘋果A系列的對壘都是互有勝負，驍龍的多核性能占優，而蘋果A系列的單核性能更強。

但此番蘋果A11的性能已然超凡脫俗，Geekbench上過萬分的多核性能，即便驍龍845能在前代7000分的水平上提升30%，也依然只能稍微摸摸腳後跟，而4000多分的單核性能幾乎相當於兩顆Cortex A75，而更是讓人望塵莫及。

看來Kryo385雖然很好，但是還不夠好，僅憑BoC這樣小打小鬧，雖然穩健，卻有被蘋果越甩越遠的趨勢。

我看，是時候再次祭出自研架構這個大殺器了吧。

GPU篇：抬頭望望天，天花板在笑

說完了CPU部分，我們再來看看GPU。

高通的圖形技術源自ATI Imageon，2004年高通與ATI達成合作計劃，將ATI公司的3D圖形技術集成到高通處理器之中。

2009年，高通以6500萬美元現金取得了AMD的圖形技術，後來逐漸發展成為自家的「Adreno」GPU。

在安卓陣營這邊，除了NVIDIA這個亂入者之外，高通的Adreno長期以來都是最強的。

近些年來，移動端對圖形計算性能的追求突飛猛進，雖然最新驍龍845的Adreno 630目前還沒有確切的消息，但驍龍835的Adreno 540浮點性能就已經達到了567Gflops，比起號稱超越遊戲主機的NVIDIA Tegra也不遑多讓，還將眼光轉向了VR領域，盡顯安卓扛把子風範。

事實真的是這樣麼？

我們知道，半導體晶片的工藝製程現在達到10nm的階段，已經逐漸臨近了物理上的極限。

在這種情況下，工藝製程的進步越來越慢，由製程帶來的紅利也越來越少，這肯定會體現在實際晶片的性能上。

所謂「性能提升xx%，功耗降低xx%」的說法隔三差五便會從我的左耳朵飄過，而同時摩爾定律即將失效的爭論卻也縈繞在我的右耳旁。

兩種現象既然看起來互相對立，就總會有一個是真一個是假，那麼到底誰是李逵誰是李鬼？

如果是桌面端的GPU，雙6pin供電不夠可以用6+8pin，還不夠就上雙8pin，單風扇散熱不夠可以上雙扇三扇，甚至乾脆上水冷。

在這樣比較寬鬆的條件下，即便製造工藝不夠給力，GPU廠商姑且還有以功耗發熱換性能的最終手段。

那實際情況到底怎樣呢，我們總結了NVIDIA和AMD/ATI近5年內桌面級旗艦GPU的性能演進過程，一起來看看。

以摩爾定律18個月的周期來計算，5年內共經歷了3個周期零6個月，我們以3個周期來計算，2017年的桌面級旗艦GPU應該有2012年的8倍性能。

然而受到摩爾定律放緩的制約，實際性能只有4~5倍，這還是在年末NVIDIA出了個怪物級GV100核心的情況下取得的成績。

這麼說，摩爾定律放緩這個說法不像是李鬼啊……可在相同的時間段內，高通旗艦GPU的性能則從Adreno 220的17Gflops一路狂飆到Adreno 540的567Gflops，性能提升居然超過33倍！而且這還沒算驍龍845上最新的Adreno 630。

WTF？！NVIDIA和AMD在如此寬鬆的外部條件下都沒做到的事，高通在功耗和發熱都嚴格受限的手機晶片上居然做到了！不愧是以腎上腺素為名的GPU，果然是芯如其名！

誠然，移動晶片的性能起點很低，這確實為一定範圍內的性能飆升打下了基礎。

在桌面GPU發展的早期，NVIDIA曾短暫的超越了摩爾定律，依靠以12個月為周期快速疊代新品的手段，拖垮了除ATI之外的所有競爭對手，但即便那時NVIDIA的GPU也從沒出現過5年33倍的性能增速，僅僅是起點低還不足以支撐起這樣的成績。

那麼問題出在哪裡？讓我們回頭再仔細看看這張圖表，看看2014年這個節點。

2014年AMD的顯卡浮點性能在原地踏步啊，而NVIDIA居然還出現了倒退？到底發生了什麼可怕的事？這一年是半導體工藝的災年，AMD和NVIDIA被迫繼續停留在28nm上。

實際上，AMD在2014年沒有推出新的旗艦級GPU，只是對中端產品小修小補而已。

我們再來看看同屬紅色陣營的高通是什麼情況，2013年高通的旗艦晶片為驍龍800，GPU是Adreno 330，2014年則為驍龍801，GPU…還是Adreno 330，不過GPU的頻率從2013年的450MHz提升到了550MHz，相應的浮點性能也從129.8Gflops提升到158.4Gflops。

即便同樣受到工藝的制約，高通依然義無反顧的將GPU頻率提升了22%，這還不算驍龍801在CPU部分的提升。

且不說在頻率提升22%的同時功耗有沒有降低，就算功耗維持原樣也是黑科技啊！這也讓我有理由懷疑，Adreno這一代代持續的性能飆升，到底有多大的水分，有多少才是乾貨？這動輒幾百Gflops的浮點性能又有多少能真正體現在遊戲性能上？

基於這種想法，我在維基上找到了高通Adreno系列GPU的詳細規格，包括每款GPU的流處理器數量、運行頻率、頂點填充率、像素填充率、浮點性能等關鍵信息。

閒來無事的我順手點開計算器，腦海中默念著浮點性能的計算公式。

8*133*2=2.128Gflops，8*200*2=3.2Gflops，……，32*400*2=25.6Gflops……嗯，很好，算出來的數還都對的上。

但是當我繼續往下算的時候，奇怪的事情出現了：

可以看到我在Adreno 3XX系列的中腰劃了一條紅線，我想你們猜也能猜到它代表什麼。

紅線上面三款型號的計算結果還是正確的，但從Adreno 306開始，計算結果就對不上了。

Adreno 306和上面的Adreno 305同屬一個架構，流處理器數量一樣都是24個，但在運行頻率同為400MHz的時候，Adreno 305的浮點性能為19.2Gflops，Adreno 306卻憑空增長到了21.6Gflops。

自此以後，越到下面的型號，數據偏離得越多。

以每系列的旗艦型號為例，表格上166.5Gflops的Adreno 330，計算出的浮點性能為147.978Gflops；表格上420Gflops 的Adreno 430，算出的浮點性能為249.6Gflops；而表格上567Gflops的Adreno 540是離我們最近的一款型號，計算出的浮點性能為363.52Gflops，偏差居然達到56%之多！

那驍龍845上的Adreno 630…我想靜靜……

雖然Adreno的浮點性能有疑似縮水的嫌疑，可是即便按照我們自行計算的結果，如果這些浮點性能可以充分轉化為實際遊戲中的性能，那也是十分美好的啊。

充分利用浮點性能的前提是GPU能充分釋放浮點性能，也就是我們常說的滿載狀態，而是否滿載則要看功耗。

根據測試，Adreno 540在滿載狀態下的浮點性能為332.2Gflops，接近我們上面的計算結果。

此時的功耗為4.6W，而小米6的電池為3350mAh，以高能鋰聚合物電池放電電壓3.85V計算，電池容量為12.9Wh。

也就是說，即便CPU、內存、基帶、顯示屏等其他部件集體下崗，手機將所有電能全力供應GPU也只能堅持2小時48分鐘，這在實際使用中是不可能出現的。

Adreno 540在正常使用中根本達不到火力全開狀態的332.2Gflops，就像一個人，很胖，但是虛胖。

到此為止，Adreno 540已經快被腰斬了。

從567Gflops到363.52Gflops，再到332.2Gflops以下，搭一個這麼高的天花板，卻讓我們永遠都摸不到，有什麼意思呢？與其這樣層層受限，乾脆設計一顆架構更高效的、浮點性能適中的GPU不好麼？

Adreno 630，你是不是這樣的呢？

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