【導(dǎo)讀】用幾核來(lái)區(qū)別手機(jī)是常見(jiàn)的。然而，CPU核心數(shù)量能夠衡量手機(jī)性能確信無(wú)疑，但并不絕對(duì)。實(shí)際上，比起CPU，片上系統(tǒng)SoC更加精準(zhǔn)。SoC是微小的系統(tǒng)，是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的核心。
在整個(gè)“處理器”中，CPU部分只占芯片面積的15%，其他85%則被圖像處理器(GPU)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、調(diào)制解調(diào)器(Modem)、導(dǎo)航定位、多媒體等等芯片或者模塊占據(jù)。
CPU：手機(jī)的大腦
如果把SoC比作人體，CPU就是整個(gè)SoC的大腦。CPU的正式稱(chēng)謂是“中央處理器”，你開(kāi)口問(wèn)朋友“你的手機(jī)是幾核的?”指的就是這個(gè)部分。CPU是一塊超大規(guī)模的集成電路，也是手機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心，它占的面積比例不大，卻承擔(dān)了最重要的功能。
大家最常問(wèn)的那句“你的手機(jī)是幾核的?”指的是CPU核心的數(shù)量?，F(xiàn)代CPU早就脫離單打獨(dú)斗的時(shí)代了，把很多個(gè)處理器集成到一個(gè)芯片里面，讓各個(gè)處理器并行的執(zhí)行不同的任務(wù)，提升處理器速度，這就是現(xiàn)代多核處理器的基本思想。目前的手機(jī)處理器有雙核、四核、八核等多種形式。
核心數(shù)量的多寡在一定程度上可以體現(xiàn)性能，但事情沒(méi)有這么絕對(duì)，除了核心數(shù)量，單個(gè)核心本身的“質(zhì)量”也非常重要，這就牽涉到另外的概念：架構(gòu)、緩存、頻率。
不同的架構(gòu)有著不同的性能和功耗，要具體講清楚各個(gè)架構(gòu)之間的區(qū)別，本文的篇幅就岌岌可危了，此處不多費(fèi)口舌。你只需要知道：CPU只是整個(gè)SoC的一小部分，核心數(shù)量又是CPU眾多性能指標(biāo)的一小部分，核心數(shù)量的多寡不代表CPU的最終性能，更不能代表整個(gè)SoC的性能。
對(duì)了，衡量手機(jī)CPU還有另一個(gè)重要指標(biāo)——能耗。手機(jī)電池容量有限，省電是每個(gè)手機(jī)CPU的必修課。
GPU：速度超快的畫(huà)師
實(shí)際上，不管是2D還是3D游戲，它們多多少少都跟手機(jī)的GPU離不開(kāi)干系。哪個(gè)部件在手機(jī)SoC里霸占的面積最大?告訴你吧，也是GPU(Graphic Processing Unit，圖像處理單元)，GPU負(fù)責(zé)手機(jī)上絕大多數(shù)圖形的渲染，你平常玩兒的那些手機(jī)游戲，大部分都靠它來(lái)處理，你可以把它想象成一名速度超快的畫(huà)圖師。
最開(kāi)始，手機(jī)的GPU還是一個(gè)很簡(jiǎn)單、很無(wú)關(guān)緊要的組件。像蘋(píng)果的第一代iPhone，諾基亞一些采用Symbian系統(tǒng)的智能手機(jī)，它們的GPU，無(wú)論功能還是性能都相當(dāng)“可憐”。但隨著技術(shù)的發(fā)展，GPU在SoC中的地位迅速膨脹，其體積甚至超過(guò)了CPU，霸占了一大塊地盤(pán)。
為什么GPU會(huì)變得越來(lái)越重要?看看你手機(jī)上越來(lái)越大的屏幕就知道了——分辨率從最早的VGA(640×480)一路進(jìn)化到了現(xiàn)在的 1080p(1920×1080)，甚至2K(2560×1440)，GPU需要渲染的圖形像素多了好幾十倍，功能和性能自然也是水漲船高。
隨著功能和性能的進(jìn)化，現(xiàn)在GPU能完成的已經(jīng)不僅僅是圖形處理工作了，它甚至還“搶”了CPU一些活兒來(lái)干。安卓系統(tǒng)從4.0到4.1那次著名的“黃油進(jìn)化(Project Butter)”，就是讓GPU承擔(dān)系統(tǒng)界面的渲染工作，讓整個(gè)系統(tǒng)界面變得更加流暢、絲般順滑。
GPU特別適合處理大規(guī)模并行的數(shù)據(jù)，因?yàn)閳D形計(jì)算本身就是一種大規(guī)模并行處理?，F(xiàn)在安卓系統(tǒng)中許多圖形之外的任務(wù)都交給了GPU，例如網(wǎng)頁(yè)渲染，你覺(jué)得用起來(lái)速度特別快的那些瀏覽器，它們渲染網(wǎng)頁(yè)十有八九就用到了GPU。
在未來(lái)，隨著擴(kuò)增現(xiàn)實(shí)等虛擬視覺(jué)技術(shù)的大行其道，GPU會(huì)承擔(dān)更多通用處理的任務(wù)，它跟CPU之間的關(guān)系也會(huì)越發(fā)微妙，用一句形象點(diǎn)的話來(lái)說(shuō)就是：CPU做管理，GPU當(dāng)苦力。 我們預(yù)計(jì)，GPU在整個(gè)SoC里的地位還會(huì)看漲，是一支優(yōu)秀的潛力股。諸位下一次夠買(mǎi)手機(jī)的時(shí)候，千萬(wàn)記得關(guān)注下它的GPU哦。
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DSP：處理數(shù)據(jù)的專(zhuān)家
為什么有些手機(jī)攝像頭用起來(lái)反應(yīng)遲鈍，有些手機(jī)的攝像頭卻快如閃電?除了軟件優(yōu)化的功力，手機(jī)攝像頭背后還站著一名功臣——DSP。是另一個(gè)關(guān)鍵的處理組件，它的性質(zhì)與GPU有些類(lèi)似：專(zhuān)門(mén)處理那些超大規(guī)模、并行的數(shù)據(jù)，最典型的兩個(gè)例子就是：手機(jī)攝像頭所拍攝的圖像，以及手機(jī)播放器里五花八門(mén)的音效。
可不要小看了這兩個(gè)看似簡(jiǎn)單的任務(wù)，現(xiàn)在手機(jī)搭載的攝像頭像素都高得嚇人，連拍速度動(dòng)則10fps、20fps，如果沒(méi)有DSP，短時(shí)間內(nèi)大量的圖像數(shù)據(jù)足以把一個(gè)四核CPU塞滿(mǎn)，讓你的手機(jī)完全干不了其它事情。
正是因?yàn)橛辛藢?zhuān)門(mén)的DSP，我們才能在手機(jī)攝像頭上享受越來(lái)越高的像素、零快門(mén)延遲、面部檢測(cè)以及高級(jí)后處理(如對(duì)象移除和克隆)等功能。與 CPU、GPU的不同在于，DSP的任務(wù)更加專(zhuān)注、單一。DSP沒(méi)辦法勝任CPU、GPU的全部任務(wù)，但在它自己擅長(zhǎng)的圖像、音效處理中，它運(yùn)行時(shí)的 功耗要比CPU和GPU低得多，所以我們把DSP稱(chēng)作“數(shù)據(jù)處理專(zhuān)家”。
基帶/射頻前端：手機(jī)的耳朵和嘴巴
進(jìn)入3G/4G時(shí)代之后，只要連上移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，似乎任何一臺(tái)手機(jī)都能毫無(wú)壓力下載大量圖片、觀看高清視頻，但在2G時(shí)代，事情可沒(méi)這么簡(jiǎn)單。你能這么輕松的刷微博、刷朋友圈、在線購(gòu)物。完全是手機(jī)基帶芯片和射頻前端進(jìn)化的功勞。如果把手機(jī)比作人體，集成手機(jī)SoC里面的基帶芯片，加上外置的射頻前端，就是人的耳朵和嘴巴，它們負(fù)責(zé)手機(jī)與外界的通訊。
基帶芯片又稱(chēng)Baseband，它最主要的功能就是調(diào)制收發(fā)信號(hào)。具體地說(shuō)，在你給人打電話時(shí)，基帶芯片把你的聲音信號(hào)編譯成用來(lái)發(fā)射的基帶碼，傳輸給基站;而在其他人向你打電話時(shí)，基帶芯片把收到的基帶碼解譯為音頻信號(hào)，然后通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出來(lái)。到了3G/4G時(shí)代，基帶芯片還要負(fù)責(zé)大量網(wǎng)頁(yè)、圖像和視頻信息的編譯——對(duì)于基帶芯片來(lái)說(shuō)，這些東西最終都會(huì)變成信號(hào)。
由于調(diào)制信號(hào)的過(guò)程實(shí)在是太過(guò)復(fù)雜，基帶芯片內(nèi)部?jī)叭皇且粋€(gè)自己的小王國(guó)，它有自己的CPU、自己的信道編碼器、自己的DSP、自己的調(diào)制解調(diào)器和接口模塊。
與基帶芯片搭配工作的模塊叫做射頻前端(RF)，它負(fù)責(zé)信號(hào)的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)還要負(fù)責(zé)信號(hào)的放大。基帶芯片和射頻前端一起工作，共同決定了手機(jī)的通訊制式。你的手機(jī)是3G還是4G?能兼容聯(lián)通、移動(dòng)還是電信的網(wǎng)絡(luò)?這些都是由基帶芯片+射頻前端說(shuō)了算的。
除了支持眾多通訊制式，優(yōu)秀的基帶芯片還必須能具備把不同頻段“揉合”到一起的能力，因?yàn)椴煌\(yùn)營(yíng)商的頻譜資源實(shí)在太分散了。例如，中國(guó)移動(dòng)的4G 網(wǎng)絡(luò)總共擁有130MHz的頻譜資源，頻段卻分散成了三個(gè)，分別是：1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz。在手機(jī)工作的時(shí)候，通訊模塊得把這三個(gè)不同的頻段整合到一起，模擬成“一個(gè)頻段”進(jìn)行通訊，這樣才能保證最快速度，我們把這種功能稱(chēng)為“載波聚合”。打個(gè)形 象的比方，載波聚合技術(shù)相當(dāng)于一個(gè)閥門(mén)，把很多根分散的小水管湊到一起，最終形成一股充沛的大水流。
另外，新一代手機(jī)還流行一個(gè)趨勢(shì)：把一切與信號(hào)相關(guān)的部分都交給基帶芯片來(lái)管理。例如GPU信號(hào)、WiFi信號(hào)、藍(lán)牙信號(hào)。在以前，手機(jī)每添加這樣一個(gè)連接功能，就需要多裝一塊芯片?，F(xiàn)在它們都交給基帶來(lái)管，就能節(jié)約不少成本，耗電也會(huì)大大降低。
如何判斷一款手機(jī)SoC中基帶芯片的技術(shù)水平?你完全不用強(qiáng)迫自己記住那些晦澀的技術(shù)名詞，只要看它的功能就夠了——支持多少種4G制式?兼容多少網(wǎng)絡(luò)頻段?支不支持WiFi 802.11ac?利用排除法一一篩選，你會(huì)發(fā)現(xiàn)最終的選擇所剩無(wú)幾。
多媒體引擎：口袋里的影院
兩三年前，要播放1080p的藍(lán)光影片，你還的專(zhuān)門(mén)花錢(qián)去買(mǎi)上一臺(tái)藍(lán)光播放器。現(xiàn)在，你只需掏出手機(jī)輕點(diǎn)屏幕，就能播放高畫(huà)質(zhì)的1080p視頻，是不是很神奇?這很正常，因?yàn)槟愕氖謾C(jī)SoC里，有一顆強(qiáng)大的多媒體引擎，它已經(jīng)把視頻編解碼的活兒都包辦了。能流暢解碼1080p分辨率的H.264視頻已經(jīng)是新一代手機(jī)SoC的標(biāo)準(zhǔn)配置，你無(wú)根本需擔(dān)心背后的碼率、分辨率問(wèn)題，這些都是多媒體引擎的功勞。
傳感器中心：時(shí)刻待機(jī)的綠色管家
還記得蘋(píng)果在iPhone 5s發(fā)布會(huì)上大肆宣傳的那塊“M7協(xié)處理器”嗎?在主處理器(CPU)保持休眠的情況下，它能替代執(zhí)行一些低數(shù)據(jù)量、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)，從而大大降低整個(gè)SoC的功耗。
電源管理：節(jié)能總管
處理器要省電，科學(xué)的電源管理當(dāng)然少不了。這里的電源管理可不是Google Play上下載的那些免費(fèi)軟件，而是實(shí)實(shí)在在的硬件電路，它集成在芯片里，是SoC的一部分。
總結(jié)
談及手機(jī)性能，CPU總是被強(qiáng)調(diào)，但是其他的元器件就被忽略了，實(shí)際上，SoC是由大量不同組件互相合作組成的系統(tǒng)，相比CPU獨(dú)立的個(gè)體，很多歌不同組件發(fā)揮的作用是不可小覷的。
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