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深度|什么是SoC?一文解析智能手机处理器,芯片才是手机的大脑

2019-12-19 22:18

随着互联网时代和社交时代的来临,用户观看信息的方式也变得多种多样,数码发烧友这个群体逐渐形成,它们更关心、比较CPU和GPU规格。

部分南国彩票平台爱好者喜欢通过性能评价手机的好坏,也谈论处理能力和芯片,无论是从PC和游戏机到最新的智能手机。Arm,华为,高通,三星,联发科等公司的最新处理器,都成为了南国彩票平台数码发烧友最关心的话题之一。但是,例如一些不太关心南国彩票平台的人来说,这些主题充满了行话和听起来有些抽象的想法,即使你说了,他们也不一定会理会,这些想法听起来像是一堵砖墙,无法理解诸如“什么是SoC?”之类的基本问题。

但是本文,可以推荐给你的小伙伴,也就是不太关心南国彩票平台的这些用户,他们会涨知识,和你一起聊南国彩票平台。

SoC是什么?

SoC代表片上系统。顾名思义,SoC是包含在单个程序包中的完整处理系统。它不是单处理器芯片封装,如果您曾经构建过PC,则可能会熟悉。取而代之的是,SoC包含多个处理部件,内存,调制解调器以及其他基本零件,这些零件和零件在一块单独的芯片中制成,并焊接到电路板上。

将多个组件组合到一个芯片中可以节省空间,成本和功耗。SoC也连接到其他组件,例如相机,显示器,RAM,闪存等。从本质上讲,SoC是智能手机的大脑,它处理从Android操作系统到检测何时按下电源按钮的所有操作。

下面的列表包含您可以在智能手机片上系统中找到的最常见组件。我们将在本文后面的内容中介绍一些最重要的内容。

  • 中央处理器(CPU) -SoC的“大脑”。运行Android OS和大多数应用程序的大部分代码。
  • 图形处理单元(GPU)—处理与图形有关的任务,例如可视化应用程序的用户界面和2D / 3D游戏。
  • 图像处理单元(ISP)-将手机摄像头中的数据转换为图像和视频文件。
  • 数字信号处理器(DSP)- 处理比CPU更复杂的数学功能。包括解压缩音乐文件和分析陀螺仪传感器数据。
  • 神经处理单元(NPU)—用于高端智能手机,以加速机器学习(AI)任务。这些包括语音识别和相机处理。
  • 视频编码器/解码器—处理视频文件和格式的节能转换。
  • 调制解调器—将无线信号转换为手机可以理解的数据。组件包括4G LTE,5G,WiFi和蓝牙调制解调器。

最后,谈论SoC时常会提到一种称为制造过程的东西。它以纳米(nm)的形式列出。一般而言,纳米尺寸越小,SoC的内部布线越小。这对于功率效率和硅面积大小来说更好。尽管有不同的制造方法可以使直接比较棘手。7nm是目前智能手机SoC使用的最小可用制造工艺。

SoC的示例

上文我们简要地了解了什么是SoC,下面,简单聊聊 SoC 的具体厂家以及产品类别。在智能手机领域,高通,三星半导体,华为的海思和联发科是该行业的四大品牌。您的智能手机可能装有其中一家公司的芯片。

高通公司是最大的智能手机SoC供应商,每只耳朵都为大多数旗舰,中端甚至低端智能手机发布芯片。高通公司的SoC属于Snapdragon品牌。拥有公司最佳技术的高级芯片属于Snapdragon 800系列的标志,例如最新的Snapdragon 865。中端和超级中端产品分别以Snapdragon 600和700系列名称为品牌商标。例如具有5G连接功能的Snapdragon 765。入门级产品以400系列命名。

三星的Exynos SoC在类似的高级,中级和入门级规模上运行。这些产品以前被列为Exynos 9900、9800和9600系列,其中Exynos 7000系列产品支撑了该产品组合的预算。但是,三星最新的高端芯片是Exynos 990,而Exynos 980是5G中层芯片组。

三星的Exynos命名方案现在与华为非常相似。在麒麟990是华为公司最新的旗舰芯片,自带4G中和5G变种。麒麟600系列与Snapdragon 600系列非常相似,为更实惠的智能手机提供中等规格。最后,联发南国彩票平台的Helio系列涵盖了价格实惠的P系列产品,直至以游戏为重点的G系列,以及联发科最新的5G旗舰芯片Dimensity(天矶)1000。

这一切都始于CPU

您可能对术语“处理器”很熟悉,因为在媒体报道中,多次提到它,通常与CPU互换提及,并且称其为性能核心。CPU是最常用的处理器类型。它的设计具有很高的灵活性,适用于各种任务。因此,CPU运行Android操作系统和您的应用程序。它还部分负责SoC内部其他处理器之间的数据同步。

快速概览,CPU使用预测单元,寄存器和执行单元进行操作。这就是所谓的CPU体系结构。寄存器通常以64位数据格式保存数据位或指向内存的指针。执行单元使用一个或多个寄存器执行某项操作,例如读取和写入内存或执行数学运算。CPU可以一次使用多个执行单元,每个执行单元需要一个或两个时钟周期来完成其功能。

CPU具有足够的灵活性以适合各种任务。可以通过更改时钟速度(以GHz为单位),内核数或更改基础架构以在每个时钟周期执行更多操作来提高和降低性能。后一点通常被称为构建“更宽”或“更大”的CPU,这就是Apple手机芯片如此强大的方式。但是,这些更广泛的设计也需要在功率和效率之间进行权衡。

智能手机SoC中的CPU有多种风格,所有这些都基于Arm CPU架构。Arm的最新CPU内核是大型Cortex-A77和小型Cortex-A55。智能手机CPU通常以八核配置出现,具有功能强大的大型内核以应对更苛刻的应用程序,而具有较小功率的内核则可确保较长的电池寿命。

集成显卡

除了CPU之外,图形处理单元(GPU)是包装在电话SoC中的另一种传统的数字处理硬件。GPU的通用性远不及CPU,因此其设计也大不相同。它们被构建为可重复循环并行执行数学函数,它们的执行速度比普通CPU快得多。请记住,在1080p显示屏上有数百万个像素可以填充,在运行应用程序或喜爱的游戏时必须计算每个像素。

反复重复大多数图形操作以填充屏幕上的所有像素。因此,GPU被设计为可以对大量数据一次全部运行大量数学运算。

与每个周期执行一两个操作的CPU不同,GPU每个周期执行数十,数百甚至数千个并行操作。这取决于GPU设计的大小和性能。

移动SoC领域中的两个主要GPU是Arm的Mali,和高通的Adreno。两者都提供更大或更小的GPU技术版本,旗舰芯片封装在它们最强大的3D游戏硬件中。

好的相机需要好的处理器

人们越来越多地评价智能手机的照相功能。虽然高端传感器和镜头硬件是必不可少的,但强大的图像处理功能同样是故事的重要组成部分。只需看看Google Pixel 4的简单相机硬件设置即可获得令人印象深刻的结果。

尽管通常在CPU和GPU上进行图像编辑和调整,但是在将图像保存到手机之前,会对相机传感器数据进行大量处理。ISP是专门的DSP,可处理常见的成像任务,如长焦,去马赛克,锐化和降噪。换句话说,它将来自摄像机传感器的数字信息转换为漂亮的图片。

后两者在智能手机中尤其重要,在智能手机中,较便宜的手机往往会变得过于锐利并产生糊状的细节。同时,在高端,华为麒麟990是首款具有DSLR级块匹配和3D过滤(BM3D)降噪功能的SoC。这在Huawei Mate 30 Pro中产生了很好的效果。

最重要的是,漂亮的图片需要功能强大的图像处理器。

下一代AI处理器

神经处理单元,AI处理器或机器学习核心之类的术语通常可以互换使用,但它们在现代智能手机SoC中往往具有相同的含义:专门针对神经网络常用的数学和算法进行了优化的处理器。

就像GPU是针对图形数学优化的处理器以及ISP针对图像任务进行优化的方式一样,NPU是专门设计用于比CPU更快速,更高效地运行神经网络和机器学习任务的处理器。NPU也具有自己的本地内存缓存,以加快执行速度,而不必使用较慢的RAM。

神经网络通常需要采用多个输入数据来仅生成单个输出的操作。多次累加运算特别流行,通常对从16位到8位甚至4位数据的各种数据大小进行操作。尽管可以在灵活的GPU上加速某些操作,但这与CPU使用的数学和数据类型非常不同。

NPU是进入电话SoC的最新专业处理器。尽管该技术主要保留给旗舰级芯片使用,但在不久的将来,它将逐渐推广到价格更便宜的手机中。

4G和5G调制解调器可实现更快的数据传输

SoC的最后一块是数据调制解调器,它使您可以从运营商访问数据网络。不同的调制解调器还决定数据连接的速度和质量。最强大的调制解调器的速度超过1Gbps。也有用于Wi-Fi和蓝牙数据的调制解调器,但今天我们专注于4G和5G调制解调器。

当前所有智能手机SoC都具有集成的4G调制解调器。这意味着4G调制解调器位于SoC内部。首批用于智能手机的5G调制解调器是外部的,这意味着它们必须连接到主SoC。这虽然效率不高,但更易于实现高端功能,并为制造商提供了灵活性,同时5G网络向更多消费者推广。

具有集成5G调制解调器和功能的首批SoC已在这里。华为拥有麒麟990的5G版本,而高通的Snapdragon 765提供了集成的5G。但是,功能最强大的5G调制解调器仍在外部。高通公司的Snapdragon X55和三星的Exynos 5123调制解调器提供了比其集成同类产品更快的速度以及mmWave支持。2020年的旗舰5G手机将使用外部调制解调器的时间更长一些。

总结

SoC 是手机中的核心大脑,也是软件运行的关键,仅仅小块的主板,就是手机中必不可少,赖以生存的硬件。随着互联网时代和社交时代的来临,用户观看信息的方式也变得多种多样,数码发烧友这个群体逐渐形成,它们更关心、比较CPU和GPU规格,但是随着性能成熟和新功能,性能饱和成为了核心话题,CPU性能变得越来越不重要。智能手机SoC越来越少涉及任何一项功能,而更多地采用异构计算方法来解决处理问题。

如今的手机处理的工作负载比以往任何时候都要大。结果,每个芯片内部的专用处理器的数量继续增加。从几年前的基本CPU和GPU组件,到如今的DSP,高级ISP和NPU。随着安全性,机器学习和5G的发展,这些鲜为人知的部分变得越来越重要。

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