2015年手機處理器指南（中）

2014年底高通（Qualcomm）推出了驍龍810，三星則是發布了Exynos 7420，前者應用了20SoC工藝、帶來了先進的載波聚合技術，後者則是率先應用了FinFET（Fin Field-Effect Transistor，鰭式場效電晶體）工藝，讓Galaxy S6搭載UFS 2.0(Universal Flash Storage，通用快閃記憶體存儲器)成為可能，其它影響2015年市場旗艦手機處理器要在2015年下半年才湧現。

FinFET工藝應用

Galaxy S6上的Exynos 7420是三星首款應用14LPE工藝，也就FinFET工藝的手機處理器，與高通驍龍810一樣它採用了Cortex-A57×4+Cortex-A53×4的big.LTTELE架構，但沒有集成基帶，根據網絡制式的不同採用自家基帶或是高通的MDM 9x35基帶（該基帶後來改稱Snapdragon X7 LTE Modem），支持載波聚合。

高通的MDM基帶晶片從來不是便宜產品，其價格堪比高通驍龍處理器（MSM），業界中甚至有「MSM=買基帶送SoC」的說法。

三星願意採用如此高成本的解決方案其實與14LPE在能效、成本與產能的巨大優勢密切相關。

談及FinFET工藝不得不把時間點回到2013年的通用平台技術論壇（Common Platform Technology Forum 2013）上，在IBM的推動下IBM陣營兩大巨頭三星和格羅方德（GlobalFoundries）走到了一起，目標直指半導體代工行業一哥台積電。

IBM有技術，三星有市場，格羅方德在紐約新建了工廠，三者合力實現在FinFET時代彎道超車不是沒有可能。

（事實上2010年後2D電晶體就已經接近極限， FinFET技術登場是必然的）

（Planar與FinFET對比）

在FinFET之前半導體業界一直應用2D電晶體（Planar CMOS），可當柵氧化層（Gate Oxide）厚度僅為6或7個原子層時，即使原子尺寸級別的變異也會導致顯著的性能變化，從HKMG到FinFET間十多年努力正是為此解決此問題。

在FinFET架構中，閘門（Gate）被設計成類似魚鰭的叉狀3D架構，能大幅改善電路控制並減少漏電流，最終提高了性能與減少了耗電。

上圖是台積電的性能模擬圖，黑線為非FinFET的16nm，綠線為最新的16FF+工藝，Cortex-A57採用前者時於1.9GHz就迎來拐點，後者則可以輕鬆跨過2.2GHz。

採用台積電的20SoC工藝的高通驍龍810的Cortex-A57核心被限制在1.9GHz可想言之。

而根據三星的資料表示，相對20nm工藝14LPE工藝實現了20%性能增長和35%功耗降低，FinFET的出現多少挽救了天生缺憾的Cortex-A57。

那FinFET工藝應用在手機處理器中表現到底會如何呢，上圖是Exynos 7420 Cortex-A57核心與Exynos 5433 Cortex-A57核心同頻率下功耗對比圖，後者採用了20LPE工藝。

從圖中可見Exynos 7420任何頻率下耗電比同頻Exynos 5433要低，頻率越高功耗差值比例越高，可運行頻率更高。

得益於相對先進的工藝，Exynos 7420低頻率運行的Cortex-A57甚至能擊敗高頻率運行的Cortex-A53核心，同時實現了長時間以較高的頻率運行——1.5GHz。

不過相對2.1GHz最高運行頻率，1.5GHz不是什麼值得吹噓的事情，Cortex-A57存在的問題最終由Cortex-A72解決。

同期高通驍龍810陣營中的集大成者Nexus6P，經過一年的努力，其Cortex-A57從早期高負載下關閉演變成能夠長時間運行在1.0~1.2GHz的水平。

這說明工藝和架構的缺憾可以通過廠商長時間的努力來改善，但終究不如工藝革命，在2015年下半年湧現了大量FinFET工藝的手機處理器變成了必然的事情。

UFS2.0初臨

三星Galaxy S6另一大亮點是採用UFS 2.0，其對手機性能提高不亞於PC採用了SSD硬碟，可又有多少人知道最早支持UFS 2.0其實是高通驍龍800系列處理器。

目前智慧型手機普通使用的eMMC(Embedded Multi-Media Cards，多媒體卡)是一種並行半雙工接口，具備雙向通訊能力，但同一時間只能單向傳輸。

新的UFS 2.0升級到串行全雙工LVDS（Low-Voltage Differential Signaling，低電壓差分信號），快閃記憶體與SoC可任意時刻同時雙向通訊，大幅度提高了快閃記憶體的I/O讀寫速度，還支持支持NCQ（Native Command Queuing，全速命令隊列），帶來了用戶體驗質的提升。

在驍龍805/805/820上高通已經支持USF 2.0，可三星本身是半導體製造巨頭，生產內存、CIS多種晶片，更是全球最大的快閃記憶體製造商。

得益於這點，三星手機部門反而可以搶先在智慧型手機應用USF 2.0接口快閃記憶體，搶得了先機。

雙工藝的蘋果A9

得益於FinFET工藝的成熟，新款旗艦手機處理器在2015年下半年紛至沓來，首先登場的是iPhone 6s/Plus上的A9處理器，有意思的是A9處理器同時使用了台積電16FF+與三星14LPE兩種FinFET工藝，一時成為了iPhone價格炒作點。

有了FinFET工藝助陣的A9成為歷代蘋果處理器中提升較大的一款（僅次於A5->A6），2GB LPDDR4內存是果粉翹首以盼多年的配置，裝備在iPad Pro上的A9X更是成為蘋果第一款突破2GHz的處理器。

無論台積電A9好還是三星A9好，對蘋果來說並不重要，因為妨礙不了A9的強大，對兩家代工廠，尤其是被三星搶走首個FinFET工藝光環的台積電來說，炒作自己工藝更強為的是贏得蘋果、高通等廠商的未來訂單。

從注重高性能的A9X選擇16FF+這個結果看，這兩種工藝的區別並非手機SoC能體現，所以權當2015年的趣聞吧。

自主核心的高通驍龍820

驍龍810憑藉載波聚合和MU-MIMO Wi-Fi的優勢，依舊成為2015年大部分手機廠商旗艦產品的選擇。

進入下半年，高通把宣傳重點放在尚未發布的驍龍820之上， 14LPP工藝、Kryo CPU自主核心、Hexagon 680 DSP、X12 LTE Modem、Qualcomm Spectra ISP、Adreno 530 GPU等一系列特性得慢慢放出，構成全新驍龍820，根據目前透露的信息驍龍820的確值得期待。

在驍龍820 MDP/S開發機測試中最亮眼的無疑是內存性能，與同樣是LPDDR4內存的處理器相比，驍龍820內存讀寫性能甚至擁有超過一倍的優勢。

其關鍵在於自主的Kryo CPU與總線，使系統互連與內存管理上能擺脫ARM的局限性。

而在整數運算（Integer）與浮點運算（Floating Piont）性能測試方面，在單核心測試中低效的安卓平台終於能憑藉驍龍820的高性能獲得了接近iPhone的成績；在多核心測試中，比拼的是IPC（Instructions Per Clock，指令並行度）與內存帶寬，Exynos 7420獲得了整數運算最佳成績，對內存帶寬要求極高的浮點運算中被驍龍820超越。

重要的是驍龍820的優勢不僅僅來自自主核心，大幅度優化的Adreno 530 GPU提高了3D性能同時為沉浸式體驗做準備，Hexagon 680 DSP帶來了「低功率島」、初步的去拜爾算法、HDR照片一系列新特性，X12 LTE Modem實現了600Mbps DL/150Mbps UL能力，高通打造的是一塊全方位的異構處理器。

最後是工藝層面，驍龍820是高通首款離開台積電投入三星懷抱的處理器，採用了三星14LPP工藝。

LPP是三星第二代14nm FinFET工藝，對性能進行了深度優化，相對14LPE，14LPP性能提升15%、功耗降低15%。

A72助陣 中國芯初登大位

華為海思處理器一直不被業內、消費者重視，因為它用不上先進工藝，更沒有最新的Cortex A內核，只能在華為手機上積累經驗，甚至有人認為海思難敵MTK，麒麟950登場終於讓海思吐氣揚眉，而MTK還在中低端市場輪迴。

華為成為台積電16FF首位用戶是眾人皆知的事實，只不過因台積電習慣性跳票與導入16FF+工藝以致麒麟950晚到數月。

與驍龍820走自主路線不一樣，麒麟950是一塊較為標準的ARM處理器——Cortex-A53×4+Cortex-A72×4，規模較小的Mali-T880 MP4 GPU，網絡制式停留在LTE CAT.6標準，剛剛引入的IEEE 802.11 ac。

若不是Cortex-A72首發優勢，麒麟950無法進入旗艦處理器名單，畢竟高通已把Cotrex-A72用於定位高端的驍龍652/650當中。

本質上看Cortex-A72是優化設計的Cortex-A57，去掉後者大量不必要的特性，大幅度改進分支預測部分，降低了延遲。

從SPECint2000效能測試（Ratio/MHz）中看，ARM的「療效」非常顯著，Cortex-A72核心較Cortex-A57有著超過8%的提升。

Cortex-A72是ARM的理性回歸，不再追求打入HPC與伺服器市場，更注重功耗設計，相信在2016年中能看見更多Cortex-A72核心手機處理器。

遺憾的是麒麟950其它特性在2015年下半年顯得不夠先進了，高頻率設計的Mali-T880 MP4 GPU架構上沒有本質突破，性能更是難敵Adreno 5XX GPU，網絡制式維持在LTE CAT.6標準，僅是這兩點足以其在2016年里退出旗艦處理器行列，可想驍龍652這樣主打高端市場的處理器已經具備全網通及Cat.7的實力，更不要說820這樣動輒Cat12/13的怪獸。

不過在此也應該給予麒麟950掌聲，敢於趟台積電16FF+工藝的地雷陣，率先應用Cortex-A72核心，自主研發Balong基帶，這一切都需要勇氣與毅力。

結語

在FinFET工藝的推動下，高通、蘋果、華為、三星都完成了新一輪旗艦處理器輪迴，時間或先或後，晚至者必然成為2016年拳頭產品。

手機玩家們應珍惜這一盛況，準備剁手買買買，在14nm後半導體前進道路更將艱辛，旗艦手機處理器更迭將會變慢，新技術、新產品變得更少。

在下一篇文章中我們將回顧更緊跟大眾的中、低手機處理器。