四核硬碰硬 苹果新iPad A5X三星猎户座芯片对比

    苹果的新一代iPad产品The new iPad从发布到上市已经过去将近两周了，一向是以出色的设计和操控性先声夺人的苹果此次意外地玩起了硬件PK，新品的主要变化都放在了几大核心硬件上，主要包括了Retina显示屏，新的A5X芯片以及新的摄像头，可以说对于硬件发烧友库克来说，这次的硬件升级依旧集中在了一个词——图像上。这次的升级除了那块惊艳的屏幕之外，恐怕最吸引人的就是那颗升级后的4核GPU处理芯片了。

    这颗芯片虽然没有采用四核CPU设计，但是4核GPU设计却在图像的提升上给与了更大的空间。虽然并不擅长芯片制造，但是苹果似乎对于此次的A5X芯片的性能升级信心十足，在发布会上便和图形界的龙头老大Nivida直接杠上，也是由此引发了一场不小的风波。不过对于4核GPU，你是不是觉得有点耳熟呢？是的，就在前段时间，三星自家的最新双核处理器猎户座也同样采用了4核GPU方案以提升图形性能，而作为A5X芯片最终证实的芯片制造商，三星也同样拥有着不俗的芯片制造实力。

    那么这两块同样CPU方案不同4核GPU方案的芯片碰撞在一起的时候，又会擦出什么样的火花呢？同为4核GPU的两者在性能上又会出现怎样的差别呢？今天我们就来一起看一看。

    为什么都喜欢多核？

    从桌面PC到现在的移动平台，目前近乎所有的核心硬件都在向多核发展，在很多用户眼中，多核的噱头效应似乎多于其所包含的真正含义。对于很多人来说，多核就意味着运行速度快，但是如果是接触DIY时间稍长一些的用户就会知道，其实提升单核主频以及改进核心架构都能让运行速度变快，多核虽然快，但是在架构设计、封装等方面同样会遇到很多困难，那么为什么还要采用多核呢？

    多核和单核有什么不同？

    多核架构最早由谁提出笔者并不知晓，但是世界上第一款真正意义上的桌面多核处理器却是出自著名的CPU生产厂商AMD之手，当时的英特尔并没有看到多核的庞大前景，所推出的双核也是仓促赶工，结果被AMD一语戳穿，就有了当年十分著名的真假双核之争。也由此，业界对于多核架构的设计有了一个初步统一的方向，共用总线，实现多核并行处理，乱序指令执行，共享高速缓存等等，多核的发展也由此正式开始。

AMD最先发现了双核的优势

单一流水线生产有很多弊病

    虽然多核的架构和工艺要求十分严格，但是和单核相比，多核架构的优势却是十分明显。举一个简单的例子，处理器处理命令的时候就如同一条工厂的流水线在生产，提高单核的主频就如同提升流水线的传送速度，虽然这样能达到生产速度加快的目的，但是流水线机器电机总有极限，速度提升到一定程度上之后就无法再提升，同时工厂也将面临流水线维护以及用电量过大等多方面瓶颈，此时，流水线的生产能力就达到了瓶颈。

多核是性能问题的解决途径

    那么如何打破这种瓶颈呢？很简单，多加几条流水线就可以了，虽然这样的会增加一定的引进成本，但是更多的流水线可以使得单一流水线的生产负担成倍减少，不用将流水线提高到很高的速度就能达到原来的生产效率，很好地缓解了流水线的硬损耗以及工厂的用电问题，而在生产任务较少的时候我们也可以关闭几条流水线以到达节电的目的，所以应该说，多核架构是目前打破单核性能瓶颈以及提升处理器性能空间的最佳办法。

    移动平台也要用多核

    在移动平台上，相比单核而言，多核的优势不仅体现在原理上，在很多方面都有更多的优势，首先由于没有多核并行的机制，在达到同样的效果时需要提升到更高的频率，由此带来的就是巨大的功耗和发热量，对续航以及散热造成了很大影响。而且对于单核来说，轻松实现多任务并行的困难很大，而恰巧移动平台是一个对于多任务需求很高的平台，所以性能上的瓶颈就进一步加大了。

ARM在移动平台大放异彩

    而对于双核来说，由于对主频的需求没有想象的那么高，所以通过智能控制可以非常容易实现频率的变化以便达到降低功耗的目的，而对于多任务并行，多核也能更好地独立处理，而对于较为大型的游戏，多核处理器也可以通过并行处理的方式发挥多核架构的最佳性能，无论是在性能提升还是在功耗上都具有更大的潜力和空间，虽然从目前的多核方案来看其在散热上依旧存在不小的问题，但是从长远来看多核显然也是平板性能提升的最佳选择。

    4核才是王道 A5X和猎户座芯片介绍

    从目前的芯片来看，苹果A5X和三星的猎户座芯片是独有的两个使用了相同的2+4架构的芯片，即双核CPU加上4核GPU的芯片方案搭配，虽然没有采用4核CPU设计，但是这样的搭配充分考虑到了目前很多设备CPU过剩的现象而着重加强了图形性能，就目前的用户使用情况来说，这样的方案更好地平衡了成本和使用体验，同时也不会在性能提升的同时不会给功耗造成太大的负担。

    苹果A5X芯片

    苹果的A5X的cpu部分和原先没有太大变化，虽然目前更详细的数据没有出来，但是从目前的消息来看，A5X和原先一样采用了ARMv7架构的Cortex-A9 MP2双核处理核心，核心主频到了1GHz，采用多级流水架构，双核架构支持乱序指令和双核并行，为程序带来了很高的运行效率。但出人意料的是此次的苹果还是不得不委身于竞争对手三星进行芯片的生产，也导致了A5X没有使用更为先进的32nm制程，而是采用了和目前的猎户座芯片相同的45nm制程，其双核架构也采用ARM提供的通用架构。

新iPad所采用的A5X处理器（图片来自网络）

    GPU方面，苹果A5X芯片采用了和A5相同的PowerVR SGX543GPU，不同的是A5X将GPU核心拓展到了4核，较A5芯片的双核表现更加出色。之前在和Tegra3的实测对比中，这款4核GPU虽然没有宣传的超越Tegra3处理器4倍性能，但是也领先了将近60%左右，其性能之强悍无可争议。

    三星猎户座芯片

    三星猎户座S5PV310B主控芯片采用了ARM双核Cortex-A9架构，支持乱序指令，效能达到2.5DMIPS/MHz，相比A8或基于A8的改良核心（如高通双核）提升可达20-25%相比传统A8，而相对其他A9双核，内存带宽提升100%，因为它支持真正的双通道DDR2/DDR3，2×32bit位宽，提供6.4GB/s的PC级别内存带宽，为高负荷应用（如重磅级3D游戏）和3D加速提供了比其他双核处理器更高的性能。

猎户座芯片的总体架构

    GPU方面，目前猎户座上采用的四核Mali-400无疑是安卓平板上可见的最强GPU，领先传统的SGX540 GPU最高可达50%。需要指出的是，这仅是手机使用猎户座的成绩，GPU运行频率在267MHz，而平板使用的猎户座，三星将频率进一步解锁到400MHz，额外增加50%提升。

    芯片硬件配置对比

    通过两款芯片的介绍，我们可以看到，这款芯片在CPU方面都采用了同样的Cortex-A9双核架构，架构由ARM公司统一提供方案，加上芯片为三星代工制造，相信两者在CPU的架构和组成上基本不会有太大的区别，而目前的猎户座芯片在45nm制程上也是完全一致，虽然无法获知A5X的详细信息，但是相信两者在缓存设置上也不会存在太大的区别。不过目前的猎户座的处理器主频已经达到了1.4GHz，这一点相对A5X来说还是颇有优势的。

采用同样的Cortex-A9多核架构（图片来自网络）

    此次两者最大的区别之处就在GPU的使用了，苹果A5X采用的是由Imagination Technologies公司开发的PowerVR SGX543图形处理核心，图形处理核心单元由A5的两个拓展到了现在的4个，而且从A5的拆解图我们可以看出，SGX543的多核拓展采用了实实在在的核心拓展，并非负责渲染或是着色的SP管线，或是着色单元，性能表现也同样实在。

图形处理器参数对比

    四核设计的 SGX543 MP4运行频率仅为200MHz，但是每秒可生成133M个多边形，像素填充率则可达每秒40亿像素（4GPixel/s），相比之下，Geforce8600的像素填充率则同为4GPixel/s，而40nm制程GeforceGT210则只能达到2.5GPixel/s，如果进一步提升SGX543的核心和时钟频率，其将拥有堪比桌面图形处理器的强劲性能。

Mali400多核架构（图片来自网络）

    和SGX540不同，猎户座所使用的GPU是由ARM官方提供的Mali400GPU方案，同样支持多核心拓展，而猎户座所使用的则是Mali400的4核版本，4核心的Mali400采用了65nm高低电压工艺，核心频率240MHz，时钟频率为395MHz，从这个角度看甚至相对SGX543还高出了一些，但是其多边形输出率和像素生成率则显得不是很给力了，分别为30M/s以及1.1G/s最高，几乎分别只有苹果A5X的四分之一左右，在高分辨率支持和抗锯齿上会存在着不小的差距。

SGX543多核架构（图片来自网络）

    从架构上来看，从图上我们可以看出，虽然在A5的拆解图上我们可以十分明显地看到两个独立封装的SGX543处理核心但是官方的架构图上却显示GPU的主要处理单元和协处理单元依旧分的十分清楚，而且在处理单元中采用了多线程处理器并联架构，GPU内部结构十分细致，而Mali400的架构则是传统的处理单元并联缓存共享的架构，没有提供更多的内部信息，虽然看上去SGX的架构颇为细致和有新意，但是就如同当年的A卡和N卡核心一样，这样的两种架构究竟对性能的影响多大，我们还需要通过实践来判断。

    GLBenchMark实测对比

    虽然从理论上看，和苹果对Tegra3的宣传一样，A5X的图形能力似乎会是猎户座的将近4倍，但是理论毕竟是理论，究竟结果如何我们还要通过实际的测试才知道。由于两个平台不同，我们能够找到的共有跑分软件也很少，所以，最终我们选择了名气最大也是最具代表性的GLBenchMark来完成本次的实测。

GlBenchMark Egypt项目测试结果

    在第一轮的测试中，我们采用了基于OpenGL2.0引擎的Egpyt项目对两者进行了测试，为了保证分辨率的一致性，我们采用了关闭屏幕统一720p分辨率的测试过程，在这项测试中，苹果A5X的分数达到了140fps，而三星猎户座的得分则为50fps，虽然和苹果A5X差距约在3倍左右，但是和参与对比，目前号称Android平台最强处理器的Tegra3相比却是只差了约30%。

GlBenchMark pro项目测试结果

    在第二轮测试中，我们采用了基于OpenGL1.0的pro项目对两者进行了测试，测试环境依旧选择了分辨率保持一致的屏幕关闭状态进行，这一轮测试中，我们可以看到苹果A5X的得分为250fps，而三星猎户座的得分在75fps，两者的差距依旧在3倍多而没有到4倍，而和参与对比的Tegra3的81fps的成绩相比则是相差无几。

GlBenchMark软件界面

    通过实际的测试结果我们看出，作为一款平板级定位的处理器，A5X的在性能上的表现确实是毫无折扣，苹果再一次用实力给足了我们信心，即使采用了这样的Retina显示屏，苹果也能通过核心硬件提升给与我们最好的操作体验，保证了全新的iPad的使用效果。同时，对于目前定位于手机处理器的三星猎户座芯片，能拥有和Tegra3近乎相同的成绩，在目前很多主流的手机处理器中也是十分突出的了。

    冤家聚头 A5X 猎户座前景展望

    从测试来看，A5X号称是目前的平板上的最强处理器已经实至名归了，而猎户座的性能表现在手机领域也足以称王，但是在目前的产品中，我们在两者所应用的产品上都发现了相同的问题，那就是十分严重的发热，三星猎户座的发热现象从之前的i9100上已经是不以为怪，而苹果全新iPad也被诸多网友和外媒曝出，游戏温度比原先的iPad2高出将近10度以上，4核GPU所带来的巨大功耗恐怕是这两款为数不多的4核GPU所要首先解决的重要问题。

烫手的“牛排”可不好吃

    两个芯片究竟未来在哪里？

    这一次苹果推出的A5X在性能上总的来说还是没有让诸多用户失望的，和之前推出的A5、A4一样，A5X一出现就远远超越了其他芯片站在了最前面，但是和笔者猜想的一样，苹果此次依旧不是靠自己完成了芯片的设计和制造而是找到了自己的老冤家三星为自己生产芯片。不知是技术问题还是三星留了一手，此次的A5X依旧停留在了45nm，巨大的芯片面积以及较为落后的功耗控制使得iPad遇到了近乎是从未有过的严重发热问题。

两个老芯片都服役不短

    根据苹果的习惯，A5X芯片在发布后可能会在很长一段时间内没有新品芯片发布，而就目前A5X遇到的问题来说，这样的局面显然是十分不利的，对于下一代iphone来说，这样的发热量恐怕很难承受，目前A5X可以改进的地方还有很多，包括了工艺的加强，4核CPU方案的尝试，GPU频率的进一步提升等等，相信不过多久，在众多厂商的压力之下苹果的A5X芯片也会有新的面貌展现给我们。

这只是一个开始

三星Exynos 5250处理芯片

    而对于猎户座芯片来说，目前的这款型号为Exynos 4210的处理器恐怕只是一个开始，虽然4核的Mali400在A5X面前多少显得有些不给力，但是毕竟这是一款主打手机和MID的芯片产品，而对于平板来说，三星正努力进行着32nm版本，采用高主频Mali400的新的猎户座系列芯片，而基于更加强大的ARM Cortex-A15核心28nm制程的猎户座芯片，到基于这些芯片的产品面世之后，这场性能之争鹿死谁手恐怕又会有新的变数，而作为全球首屈一指的嵌入式硬件生产商，三星的芯片计划也才刚刚开始。

    写在最后 找到合适自己的路

    从本次测试以及很多目前网上的对比来看，苹果的A5X的此次性能升级无疑是十分成功的，无论是从跑分还是实际性能上都给予了用户们足够的信心，但是从三星为苹果制造芯片所选工艺而造成的很多问题来看，也同时暴露了苹果在硬件生产上收到牵制的重大弱点。在笔者看来，对于苹果来说，硬件永远是次要的，人们真正看重的是苹果产品精细完美的工业设计以及操控性上所带来的革命性体验，正式这些东西才让苹果产品看上总是走在科技的前沿，通过技术的巧妙结合将全新的科技体验带给用户。才是诸多用户追捧苹果的重要原因所在。

苹果的重心似乎有些偏了

    而对于三星来说，自己动手丰衣足食，自己设计和生产芯片可以说是一个十分明智的选择，作为全球最大的硬件生厂商之一，Android的到来是三星最重要的一个契机，它成功地为三星解决了操作平台的问题，让三星能够重点关注硬件的制造，而在这样一种条件，自己研发出更加出色更高效的芯片，无疑是三星在未来能够和苹果一较高下的重要筹码。而在接下来势不可挡的4核时代中，无论是苹果还是三星或许都要好好考虑考虑自己真正的方向。