手機(jī)的“心臟”只有指甲蓋大小，但憑借著高集成度的SoC身份，這種芯片卻完美詮釋了“麻雀雖小五臟俱全”的定義。

如果說(shuō)指令集架構(gòu)和制程工藝決定了SoC的天賦（詳見(jiàn)《硬核科普！為啥說(shuō)SoC的性能取決于架構(gòu)和工藝？》），那SoC的直觀戰(zhàn)斗力則全看CPU+GPU模塊的規(guī)格了。驍龍865之所以是Android手機(jī)圈綜合性能最強(qiáng)的SoC，就是源于其集成的GPU更加強(qiáng)悍。

接下來(lái)，我們就將SoC分解，并先來(lái)看看影響其絕對(duì)性能的這兩個(gè)關(guān)鍵模塊。

*****CPU：性能基石*****

在SoC的組成部分中，CPU是最關(guān)鍵的核心單元之一，我們可以將它理解為PC上的酷睿處理器，而它的強(qiáng)弱主要受到以下幾個(gè)參數(shù)的影響。

手機(jī)專(zhuān)用的SoC都屬于“ARM處理器”，而ARM公司與芯片廠商的合作則存在3種形式：

原生Cortex-A系列架構(gòu)

ARM公司平均每年都會(huì)推出全新的“原生”（公版）架構(gòu)，包括性能級(jí)的Cortex-A7x，以及效能級(jí)的Cortex-A5x，前者可以作為CPU中的“大核”，目前SoC正好處于Cortex-A76向Cortex-A77之間的過(guò)渡階段，2020年中旬ARM還將祭出Cortex-A78架構(gòu)。

Cortex-A架構(gòu)版本越高，性能越強(qiáng)

后者則屬于CPU中的“小核”，Cortex-A73或更早期的大核都會(huì)與Cortex-A53搭配，從Cortex-A75開(kāi)始則與Cortex-A55“聯(lián)姻”，短期內(nèi)ARM還沒(méi)有更新效能級(jí)核心架構(gòu)的計(jì)劃。

基于Cortex的半定制化架構(gòu)

芯片商在拿到ARM原生Cortex-A的架構(gòu)后，可以對(duì)其進(jìn)行一定程度的改造，從而實(shí)現(xiàn)更高性能、更多功能或更低功耗。

高通旗下的驍龍SoC總會(huì)采用名為“Kryo”的核心架構(gòu)，而它們就都是基于原生Cortex-A架構(gòu)半定制化而來(lái)，業(yè)內(nèi)人士還習(xí)慣將這種形式稱(chēng)為“魔改”。

華為從麒麟980開(kāi)始，包括最新推出的麒麟820，也是主打Cortex-ABased，理論上也是一種半定制化的魔改。

基于指令集的自研架構(gòu)

如果芯片商只憑借ARM的指令集授權(quán)，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)芯片，則可被歸類(lèi)到“自研”架構(gòu)。

比如驍龍820采用的Kryo核心、三星貓鼬（Mongoose）核心、蘋(píng)果從A5往后的SoC就都采用了在ARM指令集基礎(chǔ)上的自研CPU架構(gòu)。

從ARM授權(quán)的成本角度來(lái)看，采用原生架構(gòu)的授權(quán)費(fèi)用最低，魔改次之，基于指令集的授權(quán)最高，而且芯片商想在ARM指令集基礎(chǔ)上加以定制優(yōu)化以形成自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)，還需要強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力，所以目前只有蘋(píng)果、高通和三星有所涉獵。

從性能的角度來(lái)看，不同時(shí)期的架構(gòu)之間則存在明顯的性能壓制，比如Cortex-A77天生就比Cortex-A76更強(qiáng)，但同一時(shí)期的原生、魔改和自研架構(gòu)之間的差異其實(shí)并不大，主要還是受制于核心數(shù)量、多叢集和最高主頻方面的影響。

多叢集設(shè)計(jì)

我們都知道Cortex-A7x性能比Cortex-A5x更強(qiáng)，為什么沒(méi)有SoC采用全部由Cortex-A7x打造的多核處理器？

答案很簡(jiǎn)單，高性能的背后就是高功耗，為了讓智能手機(jī)可以具備至少一天一充的續(xù)航底線，手機(jī)SoC必然要采取“大小核”（Cortex-A73之前稱(chēng)Big.Little，Cortex-A75之后為DynamIQ Big.Little）的搭配策略。

從Cortex-A75開(kāi)始，DynamIQ技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更靈活的核心搭配

為了更好地權(quán)衡性能和功耗，手機(jī)SoC在“大小核”的基礎(chǔ)上還引入了“多叢集”的概念，比如聯(lián)發(fā)科天璣1000就是了“4+4”雙叢集的代表，由4×Cortex-A77和4×Cortex-A55共計(jì)8個(gè)CPU核心構(gòu)成。

麒麟990和驍龍865都是三叢集代表，差異是前者采用了“2+2+4”（2×A76+2×A76+4×A55），后者則是“1+3+4”（1×Kryo 585+3×Kryo 585+4×Kryo 585），即大核+中核+小核三種核心搭配的策略。

在不考慮功耗的前提下，自然是大核架構(gòu)越先進(jìn)，數(shù)量越多性能越強(qiáng)。

驍龍865的三叢集設(shè)計(jì)

但是，現(xiàn)實(shí)中SoC在全速運(yùn)行（玩游戲）時(shí)CPU非常容易因過(guò)熱而觸發(fā)降頻機(jī)制，從而導(dǎo)致性能驟降引起卡頓問(wèn)題。

因此，“2+6”的雙叢集和“1+3+4”或“2+2+4”的三叢集設(shè)計(jì)正逐漸成為主流。

運(yùn)行頻率

CPU的性能強(qiáng)弱，除了受制于核心架構(gòu)和多叢集設(shè)計(jì)，運(yùn)行頻率的影響總是更加立竿見(jiàn)影。

我們都知道Cortex-A77架構(gòu)比Cortex-A76架構(gòu)強(qiáng)，但2019底才剛剛量產(chǎn)的聯(lián)發(fā)科1000L（大核為Cortex-A77）的CPU性能卻還不如2018年底上市的麒麟980（大核為Cortex-A76）。

原因很簡(jiǎn)單，聯(lián)發(fā)科1000L的大核主頻只有2.2GHz，而麒麟980的主頻則高達(dá)2.6GHz，更高的主頻足以彌補(bǔ)核心架構(gòu)和大核數(shù)量上的劣勢(shì)。

相同SoC的手機(jī)之間，散熱設(shè)計(jì)越好的手機(jī)性能往往也是最強(qiáng)的

因此，對(duì)于同期同級(jí)別的SoC而言，誰(shuí)的CPU主頻更高，往往更容易取得性能上優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，前提是手機(jī)自身的散熱設(shè)計(jì)必須過(guò)硬，可以讓CPU長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在預(yù)設(shè)的最高主頻上。

*****GPU：游戲引擎*****

GPU是SoC中重要性?xún)H次于CPU的單元，我們可以將它理解為PC上的獨(dú)立顯卡，一款手機(jī)能支持多高的分辨率、刷新率、玩游戲能跑出多少幀數(shù)，幾乎都需要看GPU的臉色。

GPU品牌

和SoC中的CPU單元由ARM一家獨(dú)大不同，其集成的GPU單元還未江湖一統(tǒng)，在Android手機(jī)領(lǐng)域正處于“三國(guó)爭(zhēng)霸”的格局——高通旗下的驍龍SoC全部集成自家Adreno品牌的GPU，華為/三星旗下的SoC則青睞ARM公司推出的Mali品牌GPU，聯(lián)發(fā)科則經(jīng)常“腳踏兩只船”，ARM Mali GPU和Imagination公司的PowerVR GPU都有所涉獵。

據(jù)悉，三星已經(jīng)攜手AMD，在未來(lái)Exynos SoC很可能會(huì)集成由AMD授權(quán)的RDNA架構(gòu)GPU，而華為也正在開(kāi)展自研GPU的項(xiàng)目。

核心架構(gòu)

和ARM CPU架構(gòu)總在不斷升級(jí)一樣，各個(gè)品牌的GPU每隔1年~2年也會(huì)完成一次迭代。

其中，高通AdrenoGPU剛剛完成了Adreno500向Adreno600的全面升級(jí)，從定位中低端的驍龍665（Adreno 610）到最新的頂級(jí)旗艦驍龍865（Adreno 650），Adreno 6x0中的“x”數(shù)字越大代表性能越強(qiáng)。

ARM Mali品牌的高端GPU正經(jīng)歷由Mali-G76（與Cortex-A76 CPU搭配）向Mali-G77（與Cortex-A77 CPU搭配）過(guò)渡，而中端GPU很快也要從Mali-G52升級(jí)到Mali-G53。

ARM Mali GPU的發(fā)展路線

在大的方向上，Mali-G7x肯定強(qiáng)過(guò)Mali-G5x，并同樣是“x”數(shù)字越大代表性能越強(qiáng)。ImaginationGPU很快也要從第九代（PowerVR 9）過(guò)渡到第十代（PowerVR IMG A），考慮到該系列GPU比較小眾，我們就不在本文贅述了。

如果你想了解更多手機(jī)GPU的歷史和相關(guān)技術(shù)，請(qǐng)參考《手機(jī)處理器的GPU誰(shuí)最強(qiáng)？看完這篇文章你就懂了！》這篇文章。

計(jì)算單元

在現(xiàn)實(shí)中，很多GPU都采用相同架構(gòu)的核心，但它們的GPU性能卻存在很大的差異。

比如，驍龍675（Adreno612）和驍龍730（Adreno618）集成的都是Adreno61x系列GPU，麒麟990和Exynos 980集成的也都是Mali-G76 GPU，但它們兩兩之間的3D性能卻不可同日而語(yǔ)。

DIY用戶(hù)都知道，PC領(lǐng)域的獨(dú)立顯卡會(huì)根據(jù)不同數(shù)量的“流處理器”來(lái)劃分檔次。

手機(jī)SoC內(nèi)的GPU也是如此，只是這里的“流處理器”叫法不同，高通AdrenoGPU稱(chēng)做“ALUs”，ARM Mali GPU則叫“Shader Core”，我們習(xí)慣將它們統(tǒng)稱(chēng)為“計(jì)算單元”。

還是以麒麟990和Exynos 980為例，前者為Mali-G76 GPU搭配了16個(gè)計(jì)算單元，即Mali-G76MP16，而后者的計(jì)算單元數(shù)量只有5個(gè)，即Mali-G76MP5，所以麒麟990的3D性能至少2倍~3倍于Exynos 980。

圖形接口

在3D游戲的開(kāi)發(fā)中，API圖形接口越先進(jìn)，GPU的執(zhí)行效率越高。

如果手機(jī)GPU恰好支持這種API，就能最大限度避免“負(fù)優(yōu)化”，還有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)“越級(jí)挑戰(zhàn)”。

手機(jī)SoC GPU所支持的API主要以O(shè)penCL、OpenGL、Vulkan和DirectX為主，目前它們最新的版本分別為OpenCL2.0FP、OpenGLES3.2、Vulkan1.1和DX12，很多最新的GPU加入了多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器的優(yōu)化，可配合NPU單元進(jìn)一步加速AI運(yùn)算。

從2018年底開(kāi)始很多中端手機(jī)玩《王者榮耀》也能啟動(dòng)60FPS模式并比同時(shí)期的旗艦級(jí)還要流暢，就是因?yàn)樵撚螒蛲瞥隽薞ulkanAPI的優(yōu)化版，可以進(jìn)一步釋放新款GPU的全部潛力。

運(yùn)行頻率

和CPU一樣，GPU的強(qiáng)弱除了架構(gòu)之外，也受到運(yùn)行頻率的牽制。聯(lián)發(fā)科Helio G90、驍龍730和驍龍765是最具代表性的SoC，它們都存在一個(gè)后綴帶“G”的型號(hào)，通過(guò)提升CPU和GPU的頻率獲得了更強(qiáng)的性能（表2）。

如果你只關(guān)注絕對(duì)性能，看到這里就能告一段落了。

當(dāng)我們看到一款陌生的SoC時(shí)，可以先看制程工藝，如果它能采用7nm或7nm+EUV就代表它具備更加節(jié)能省電的特性。

然后看CPU架構(gòu)和主頻，Cortex-A77和Kryo 500核心代表著當(dāng)前架構(gòu)的最強(qiáng)音，當(dāng)CPU主頻高于2.6GHz那它就具備旗艦級(jí)的CPU性能，如果低于2.4GHz就是中等偏上。

如果你喜歡玩游戲，就需要看它的GPU是Mali-G7x還是Mali-G5x，并數(shù)一下計(jì)算單元的數(shù)量，多多益善。

然而，手機(jī)并不僅限于跑分和玩游戲，在追求更強(qiáng)性能之余，它在日常應(yīng)用環(huán)境下的表現(xiàn)，往往要比絕對(duì)的性能更加重要。比如，基帶、DSP、ISP等單元，如果你對(duì)它們的作用感興趣，請(qǐng)關(guān)注CFan的后續(xù)報(bào)道。