全志A10、A20、A31處理器及方案透析

隨著國內幾家主流主控處理器廠商相繼推出各自的四核芯片,今年的平板電腦市場全面迎來了四核時代。在已有的幾款四核產品中,全志的A31可謂有些特立獨行。

       去年12月,單核時代的黑馬全志直接跳過雙核平臺推出了四核芯片A31。與其他方案普遍采用ARM Cortex-A9內核不同的是,該芯片并沒有采用性能更高的Cortex-A9,而是采用了具有功耗優勢的Cortex-A7內核;除CPU與眾不同 外,A31的圖形處理單元也并沒有像前一代的A10和A20一樣采用ARM Mali 400系列GPU,而是配備Imagination的PowerVR SGX544MP2 GPU。

      為什么A31采用的是Cortex-A7而不是別人都采用的Cortex-A9呢?答案是低功耗設計考慮。對于移動產品來說,低功耗設計是永恒不變的主 題,在有高性能的同時,一定要保持更低的功耗。Cortex-A7正是遵循了這樣的設計思想,它能在保證性能的基礎上提供出色的低功耗表現,迎合移動計算 時代的需求。ARM自己對Cortex-A7的評價是“ARM史上能效比最高的處理器”。除了具有高能效比外,Cortex-A7是ARM最新一代的多核 核心,具有比Cortex-A9更為先進的架構,比如加強了浮動運算能力,具有最新的指令集,可支持1MB內嵌式L2 Cache,支持多個操作系統同時運行,支持1TB內存等,這些都是Cortex-A9所不具備的。

       另外Cortex-A7還可以無縫兼容Cortex-A15,滿足未來CPU Cortex-A15+A7大小核架構的發展趨勢。全志平板電腦產品經理王康表示,隨著移動設備上游戲、音視頻、拍照等多媒體應用的爆發,GPU承擔著越 來越多的計算工作,重要性日益凸顯;而對于多媒體應用的處理CPU參與得越來越少。“從主控系統和架構上來看,設備對GPU要求越來越高,而對CPU的性 能升級追求在不斷減弱。所以CPU的性能夠用就行,沒有必要去拼主頻的高低,更重要的是和GPU等其他內核一起配合實現更好的體驗。四核A7的性能對于目 前的應用來說已經完全夠用了,所以我們把更多的優化放在了GPU上。”他說道。

       正如王康所言,從目前的技術角度來看,CPU的處理能力已經十分強悍,未來一段時間內可提升的空間不會太大,后續提升整體性能的責任自然就落在了GPU 上,這也是未來移動處理器發展的一個重要方向。考慮到GPU的重要性,全志A31集成了更為強大的Imagination PowerVR SGX544MP2雙核圖形處理器。Imagination的PowerVR系列GPU IP是業內主流的圖形處理器架構,包括蘋果、三星、德州儀器、英特爾都有在用。據王康介紹,雖然SGX544MP2只是雙核架構,但是其性能比四核ARM Mali 400 MP4還好,基本原因是SGX544MP2采用的是與PC GPU一樣的統一渲染架構,與非統一渲染架構相比,統一渲染架構在級別上高了一代,性能也有全面的提升。

        “簡單來說,其實GPU基本用來干兩件事:畫線和涂顏色。在GPU內部完成這些工作的單元稱之為渲染器(Shader),SGX544MP2雖然只 是雙核,但是其中有八個統一渲染引擎(Universal Shader Engine),它們既可以完成畫線也可以用來干涂顏色的工作,同時還能根據應用需求來動態調整。而Mali 400 MP4只有一個用來畫頂點即畫線的Shader和4個畫像素即涂顏色的Shader。這5個Shader的工作是固定的,畫線的只能畫線,涂顏色的只能用 來涂顏色,不能動態調整,效率比SGX544MP2的低很多。雖然Mali 400 MP4核數與頻率都高于SGX544MP2,但是由于架構效率較低,所以性能并不見優。”王康解釋道。

       來自全志的數據表明,SGX544MP2像素填充率高達3,000M/S,三角形渲染也同樣高達100M/S。集成了該GPU的A31與采用Mali 400 MP4的三星處理器Exynos4412相比,像素填充率高出1.16倍,三角形填充率高出了6倍,整體圖形性能高出2倍。對于CPU和GPU等處理器來 說,功耗與主頻是成線性關系的,SGX544MP2最高主頻300MHz,大大低于Mali 400 MP4的533MHz主頻,這樣在保證性能的基礎上讓功耗也得以降低。

       為了加強多媒體處理能力,除了使用性能強勁的GPU外,A31還加入一顆被稱之為VPU的核。VPU在全志的上一代產品A10中就有使用,它其實是一個獨 立的視頻編解碼器。在很多其他平板主控方案中,視頻編解碼工作主要是通過軟件的方式來完成的,這就需要CPU具有很強的性能。而A31的編解碼都是通過 VPU這個獨立的硬件處理單元來完成的,這樣做不僅可以釋放CPU和GPU的計算壓力,還可以保證低功耗和高性能。A31可支持4K2K超高清編解碼、藍 光3D播放、全格式音視頻,完美兼容各種網絡流媒體,特別是支持4K2K的編解碼能力在移動處理器甚至是PC處理器中都是甚為少見的。

       “全志從成立一開始就把多媒體編解碼能力作為立命之本,CPU和GPU這些東西有錢都可以買到,如果大家的方案都是基于同樣的CPU和GPU配置,那還有 什么方法來保證差異化呢?”王康說道,“我們的定位就是在多媒體處理能力實現突破,包括視頻編解碼、拍照、攝像等方面。其實A31除了VPU之外還有一個 有特色的模塊,那就是圖像信號處理器(ISP)單元。集成了這個模塊的A31可以支持1,200萬攝像頭和[email protected]高清錄像,以及零延時拍 照、1秒10連拍等功能。目前拍照的圖片處理等功能基本由ISP完成,它也是硬件上的模塊,帶來的好處就是速度快、效果好、功耗低。”


       除了具備強大的通用計算能力、圖形計算能力和多媒體處理能力,A31系統帶寬也同步翻了一番。該芯片支持雙通道64bit DDR3/LPDDR2,具有更高帶寬,可以滿足視網膜顯示帶寬需求;支持雙通道NAND Flash,系統內存的讀寫速度提升到讀30M/s、寫20M/s,與A10相比提升了100%。王康指出,現在許多平板電腦都配備了視網膜顯示屏,但是 要做到真正的流暢顯示不光需要CPU和GPU的性能強,還需要總線效率和存儲帶寬與之匹配。所以64bit的帶寬是必須的,否則很難達到流暢的效果。因為 一般在Android系統上視網膜屏流暢顯示(60fps)的帶寬需要超過3GB/s,而64bit DDR3理論帶寬可達到5GB/[email protected],可以流暢支持65英寸的大尺寸屏和分辨率為2048×1536的超高分辨率屏。

       A31還擁有完善的功耗管理系統。該芯片配備了一顆專門為四核處理器量身打造的智能電源管理芯片AXP221,可實現智能、高效、精準電源管理,保證超長 續航能力。AXP221在單芯片上集成了供電管理、充電管理和檢測系統電流、電壓、溫度等全面電源管理功能,其技術規格在業內來說是非常領先的。在該電源 管理芯片的配合下,A31能支持30天待機、100小時音樂播放、10小時視頻播出、8小時網頁瀏覽。除此之外,AXP221能提供高達2.2A的充電電 流,與其他只能1.xA充電電流的方案相比,可提高一倍以上的充電速度,使移動設備充電時間大大減少。
 
      在單核時代,全志的A10就因為其高集成度而著稱,四核的A31也不例外。它配備了豐富的顯示接口,如HDMI 1.4、LCD RGB、MIPI DSI、LVDS等;配備了豐富的圖像輸入接口,包括CSI和MIPI CSI等;配備了多種數據接口,如USB OTG、USB EHCI/OHCI、GB Ethernet、SDC及SDIO等。高集成度帶來的好處就是整體BOM成本降低,與國內其它方案相比,A31的方案可減少24個周邊元件,PCBA成 本減低10%左右。

       總的來說,A31特點非常突出,在四核性能為王的時代,全志并沒有過多地去強調CPU性能和主頻高低,而是通過優化整體系統硬件架構,把功耗效率、應用需求放在了第一位來打造這款具備最佳能效比的A31。

       芯片廠商在定義產品時,要以用戶需求、應用發展為導向,而不是單純地依靠提升CPU、GPU核數和主頻來為產品穿上“高性能”的外衣。對于主控處理器來 說,性能、功耗、速度的平衡尤為重要,因為只有這樣,才能帶來更好的用戶體驗和滿足未來移動應用需求。我們也期待A31在市場上能再創輝煌,幫助系統廠商 實現產品設計創新。


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