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2019年旗艦第一芯片 高通驍龍855強在哪?

這些天,高通在夏威夷召開的第三屆驍龍技術峰會,在本次峰會上,萬眾矚目、期待已久的驍龍8系列旗艦移動芯片Snapdragon 855終於揭開詳細麵紗。正如峰會第一天高通所說,驍龍855移動平台是全球首款全面支持數千兆比特5G連接、業界領先的人工智能(AI)和沈浸式擴展現實(XR)的商用移動平台。

與此同時,也正如大多數人所知,驍龍855 也將是下一代頂級旗艦智能手機標配的移動芯片。這枚採用全新芯片架構基於7 納米製程工藝而打造的芯片,帶來了更高性能提升、更持續的電池續航,同時在影像、音頻、流媒體、遊戲和XR 等各個方面都迎來了顯著的體驗改進。

這一次高通除了強調驍龍855 為首個5G 移動平台,支持Sub-6GHz 低頻率以及高頻毫米波(mmWave)之外,同樣非常重視的還有AI 人工智能和機器學習能力方面的體驗升級。下面,就讓我們一起來看看,驍龍855 在CPU 和GPU 等各方面的究竟有那些值得關注的改進。

驍龍855 芯片規格參數

高通驍龍855 是一枚7 納米工藝八核心設計的芯片,這次高通的核心結構設計與ARM 的 DynamIQ CPU 集群設計略有不同,具體為1 大核+ 3 中核+ 4 小核的設計。大核基於 ARM 最新Cortex-A76 設計,可以提供非常高的峰值性能,3 個中核同樣也是Cortex-A76 定制,4 個小的核心基於Cortex-A55。

不過,與上一代驍龍845 芯片相比,驍龍855 並沒有大幅提升CPU 核心的時鐘頻率。高通強調,自家的Kryo 485 CPU 集群由於是基於ARM 最新的Cortex-A76 進行半定制設計,所以其CPU 性能相比上一代還是提高了45%。毫無疑問,這個提升幅度對於要求CPU 性能更高的應用程序來說是已經是非常大的的提升了。 

驍龍855 集成了更強大的Adreno 640 GPU。據高通描述,驍龍855 的GPU 性能比上一代芯片提升了20%,同時還能繼續保持業界領先水平的每瓦特能效。可以預計的是,其遊戲性能與競爭對手ARM 的Mali-G76 相比將再次保持領先地位。關鍵是,Adreno 640 GPU 還支持Vulkan 1.1、HDR 和PBR 基於物理渲染的全新遊戲體驗。

驍龍855集成了新的ISP圖像信號處理器,支持4K HDR 內容錄製,相比上代功耗節省30%。在ISP當中,包含了Cinema Core、H.265和VP9視頻解碼器,可提供7倍的能效增益。其他還包括支持最高120fps的HDR10+視頻播放和8K視頻解碼,並支持8K 360度全景視頻播放。還有其他熟悉的特性,如aptX支持,包括對aptX Adaptive的硬件支持,以及對快速充電的支持也依然在列。

更智能的Kryo 485 CPU 配置

相比過往的基於big.LITTLE 的4 + 4 八核設計的CPU 配置而言,全新演進的ARM DynamIQ 集群技術更加靈活,主要是由於共享集群的設計和共享L3 緩存的引入,使得每個核心單獨的L2 緩存具有更大的靈活性。這意味著,單個CPU 內核可以根據特定的性能點和大小進行定制,而且仍保留了在同一個集群中緊密統一的優勢。因此,採用“小、中、大”分層的結構未來會變得越來越流行。

雖然華為麒麟980也是基於Cortex-A76定制,但高通的驍龍855芯片更充分利用了這一優勢,從而選擇1 + 3 + 4的設計,而不是傳統的4 + 4配置,其中“1”和“3”都是相同的架構,然後在頻率上提供差異,並且所提供的緩存配置也明顯有所不同。

驍龍855 大內核更大的共享L2 緩存,頻率比麒麟980 2.6GHz 高出9.2%,達到2.84GHz 峰值頻率,兩者結合使其能夠將在需要的地方產生更高的性能,可以說這個配置就是為了更高的單線程性能設計,而且可持續時間更長。同時,在驍龍855 中大核配了512kb 的L2 緩存,三個中核頻率為2.42GHz,並各有256kb 的L2 緩存,4 個1.8GHz 主頻小核的每個核心各有128kb 的L2 緩存。

現在Android 處理較為繁重的多線程任務已經相對輕鬆了,而且應用程序實際用例中,也很少需要多個突發的峰值高性能單線程。ARM 很清楚這一點,所以只需配置一個大核心,就能為低端設備提供巨大的體驗提升,例如採用1 + 7 或2 + 6 DynamIQ 設計的八核CPU。第二和第三核心也需要提供一定性能,但這些核心通常不需要保持相同水平的持續峰值性能。而較小的內核,一般只用於後台處理或低功耗並行任務。

簡單地說,驍龍855 通過專注於一個非常高性能的核心,整枚芯片獲得了更持久的性能和更高的效率。其實對於更多樣化的CPU 設計配置而言,重點還是因為DynamIQ 的調度比傳統的big.LITTLE 更加仔細和智能,將任務分配到更適當的內核,從而更加行之有效。對此,高通在現場放出驍龍855 與競爭對手在應用啟動時間的對比圖,雖然沒有點名,但都知道這兩個對手就是蘋果A12 和麒麟980。

話說回來,驍龍855 之所以在打開應用程序上領先,並不能代表這就是CPU 的原始性能體驗領先,因為可能只是芯片組本身調度程序和架構的作用。當然了,軟件優化如今已經變得越來越重要,過去兩年時間裡,高通的驍龍8 系列旗艦芯片通過軟硬件結合,提供的響應速度和反應性方面表現已經十分出色了。

性能更強勁的Adreno 640 GPU

GPU 圖形處理單元一直是高通旗艦芯片的強項,這一次驍龍855 所集成的Adreno 640 GPU 變得更強勁了,高通也意識到手機遊戲崛起的趨勢,至少與其他傳統遊戲平台相比,手游如今成為了遊戲主流戰場。在技​​術規格方面,按照高通的傳統依然沒有披露太多新GPU 的詳細細節,而是簡單的提供了的提升的數字。

高通表示,Adreno 640 GPU 能夠帶來高達20% 的圖形渲染速度提升,同時還能繼續保持業界領先水平的每瓦特能效。其實這是比較保守的數據了,與過往提升相比較小,更像只是利用了7 納米工藝製程的進步而已。不過,在整枚驍龍855 芯片中,GPU 佔據的空間非常小,僅為10.69 平方毫米,所以得到這個提昇說明高通已經增加了核心處理原件的數量,否則更小。

根據高通在現場的介紹,Adreno 640 GPU 支持FP32 和FP16 浮點運算,在此基礎上增加了50% 的ALU(算術邏輯單元)數量。這就表示,相比上一代Adreno 630 GPU 來計算,Adreno 640 每核應該有384 個ALU,共計768 個ALU。了解這方面的機友應該注意到了,如果是這個級別的ALU 數量,所提供的性能提升應該不止20%。所以很容易發現,高通實際已經降低了Adreno 640 GPU 的處理頻率。

高通在現場還展示了驍龍855 和驍龍845 在特定腳本上以40fps 的速度運行PUBG 的對比,結果顯示最新芯片在相同的負載下功耗降低了28%。

關於最新的GPU 支持的屏幕也得到了升級,現在最多可以支持到兩個4K HDR 顯示屏的設備,相當於雙屏機或可折疊設備都可以上兩個4K HDR 屏幕。同時,GPU 在解碼放了進行了增強,首次在移動設備上實現對4K 120fps HDR10+ 播放的,而且新增的硬件加速H.265 和VP9 解碼能效更高,功耗降低7 倍,並可播放8K 360 VR 視頻。

AI 人工智能的改進

在移動領域乃至整個科技行業,當前AI 是十分流行而且還會一直持續下去的流行詞。不過,談AI 人工只能就離不開機器學習,高通驍龍855 芯片通過內部改進Hexagon 技術,並增加了相應的運算能力,可以實現每秒超過7 萬億次運算(7TOPs),希望能夠給用戶帶來更實在的體驗提升。

高通為驍龍855 集成了第四代多核高通人工智能引擎AI Engine,其Hexagon 690 增加了兩個額外的向量處理單元,使組件的向量處理運算能力增加了一倍。更具體來說,上一代Hexagon 680/685 包含有4 個標量處理單元和2 個1024b 的向量處理單元,而全新一代Hexagon 690 則包含了4 個1024b 的HVX(Hexagon Vector eXtensions)向量擴展處理單元,所以處理能力是之前兩倍。

不過,高通針對Hexagon 690 最重要的改進在於,首次引入了全新的HTA(Hexagon Tensor Accelerator)張量加速器,為特定的複雜機器學習任務提供更高的吞吐量。所以高通吹噓稱,驍龍855 與前代移動平台相比可實現高達3 倍的AI 性能提升,而與華為麒麟980 相比,性能提升最高可達2 倍。

需要說明的是,高通第四代多核高通人工智能引擎AI Engine,依然是異構機器學習方案,結合Hexagon DSP 和新的HTA 張量加速處理單元,再藉助更強的GPU 和CPU 完成終端側神經網絡運算。

向量處理單元在機器學習任務中被大量使用,大多數都專注於INT8 進行優化。高通驍龍855 中DSP 的向量單元非常適合於基礎的機器學習運算,例如用於分類的向量單元運算。而新的HTA 張量處理單元,最多可支持16 位的數據,主要為更為複雜的向量矩陣結構或多維向量數組服務,通常用於復雜的深度學習算法,例如對數字圖像做實時卷積處理。張量本質上是更大的向量矩陣,封裝了連接到一起的數據,可以是顏色、大小和形狀,也可以是跨RGB 圖像顏色組合的特徵。高通稱,集成HTA 的關鍵原因就是為了做更強大的圖像處理。

很顯然,高通驍龍855 通過集成全新的HTA 張量加速處理單元,大幅提升了機器學習算法的性能和能效。高通表示,在未來的芯片中還會繼續提高HTA 的性能。總之,驍龍855 在AI 應用中將更快、更準確、更高效,例如能夠更好的處理圖片,如更快完成更準確的背景虛化效果和圖片識別,當然還包括語音檢測識別,以及基於XR 的頭部和身體運動追踪。

眾所周知,從Google Pixel 2系列開始,谷歌旗艦機的圖像處理能力之所以強大,原因就在於配備了自主研發的PVC(Pixel Visual Core) 芯片。如今高通驍龍855 的圖像處理核心能力,經過改進計算機視覺(CV)ISP 及釋放Hexagon 690 的AI 性能,其出色的異構計算性能配合下也能夠與之相匹敵了。

全球首款計算機視覺(CV)ISP

說到ISP,驍龍855 還改進了ISP 圖像信號處理單元,也就是換上了雙核14 位Spectra 380 ISP,不過高通稱其為“全球首個CV-ISP”,因為Spectra 380 ISP 集成了大量硬件加速的計算機視覺能力,支持更加先進的圖像處理能力,從而實現最尖端的計算攝影和視頻拍攝功能。簡單地說,Spectra 380 ISP 由於能力更強,更能釋放CPU、GPU 和DSP 的工作負擔,高通稱為此功耗降低了高達4 倍。

得益於新的CV-ISP,搭載驍龍855 芯片的手機將能夠實現基於硬件的深度感測,支持在4K [email protected] 的狀態下實時進行視頻拍攝、對象分類和對象分割。這意味著用戶可以拍攝一段視頻並且精準地對選定的對像或背景進行實時替換,並且這一切操作都可以在能夠表現超過10 億色的4K HRD 分辨率下實現。

不僅如此,高通表示Spectra 380 ISP 還是首個支持HDR10+ 視頻拍攝的ISP,能夠保留視頻超高的對比度和超過10 億色的視覺效果呈現,同時在拍攝4K HDR 視頻中功耗相比驍龍845 降低了30% 之多。另外,高通稱為了更高效地存儲HDR 視頻,驍龍855 現在也已支持HEIF 編碼格式硬件加速,能夠將文件減小50% 以便於更高效地存儲。

關於HEIF 編碼格式的照片,高通提到了幾個點,除了常規圖像能縮小50% 的文件大小之外,所保留的HDR 圖片還能支持多種色域,支持存儲拍攝的視覺數據,支持存儲RAW完整數據,支持儲存深度圖數據,支持儲存Alpha Mask 數據,支持儲存高速連拍數據,支持儲存動畫攝影數據,支持儲存HECV 視頻數據。

用通俗的話來說,有了HEIF 格式的照片,不僅高速連拍多張照片可以保存為一個文件,而且虛化景深和原始照片也可儲存為一個文件,包括多攝像頭手機拍攝的廣角、超廣角、長焦、標準視角的照片,同樣能保存為一個文件,無需用戶做出只選擇一張的舉措,可保留的數據更多。

驍龍855 本身沒有集成5G 調製解調器

儘管高通一直表示驍龍855 是全球首款商用5G 的移動平台芯片,但該芯片內部集成的調製解調器並不支持5G,還需要配合外掛的驍龍X50 調製解調器。這就表示,即便明年大量旗艦都用上了驍龍855 芯片,但如果PCB 主板沒有安放X50 調製解調器,那麼也無法支持5G。不過高通表示明年驍龍855 旗艦都支持5G,有可能是將芯片和基帶打包成一個訂單。

驍龍855 集成的是驍龍X24 LTE 調製解調器,這是全球首個支持LTE Category 20 的調製解調器,支持千兆比特4G 連接,下行速度可以達到2Gbps,這裡主要得益於4×4 MIMO,7×20 MHz 載波聚合, 256-QAM7 提高速度。上行速度在3×20 MHz 載波聚合下,也能達到316 Mbps 的速度。說實話,這些理論速度聽起來很嚇人,但仍取決於真實網絡連接速度。

而外掛的驍龍X50 5G 調製解調器,支持Sub-6GHz 低頻率以及高頻毫米波(mmWave),在我們中國國內的5G 建設中,已經確認將首先使用這一頻段。高通表示,5G 帶來了快速響應和前所未有的速度是數千兆比特連接。不過,不管怎樣,2019 年許多智能手機和網絡仍將主要基於4G。 

另外,在連接性其他方面,驍龍855 屬於Wi-Fi 6-ready 移動平台,支持802.11ax-ready、802.11ac Wave 2 和802.11a/b/g/n。高通表示,Wi-Fi 6-ready 為移動平台提供強大的下一代Wi-Fi 性能,諸如8×8 探測機制的先進特性可以更高效地服務更多終端(與4 x4 探測終端相比,效率提升高達2 倍),目標喚醒時間(Target Wakeup Time)能效比提升高達67%,同時支持最新WPA3安全。

不過,目前Wi-Fi 6-ready 支持的設備很少,預計2019 年會多一些。同樣,驍龍855 也支持60 GHz Wi-Fi,即支持802.11ay 和802.11ad,新一代802.11ay 規範將Wi-Fi 速度提升至前所未有的速度,理論上單流鏈路每個通道傳輸速度超過44Gbps ,最高可達176Gbps。除了Wi-Fi,藍牙5.0 版本也原生支持,傳輸速度最高為2 Mbps。

連接性方面還有一點,驍龍855 芯片也增強了對TrueWirelss Stereo Plus 技術的支持。高通表示,新技術優化了左右耳塞間的時延,同時降低功耗來延長每次充電後的使用時間,最終集穩定性、頂級音質和顯著低時延於一身,音頻體驗得到了大大提升。

其他方面還要提的是,驍龍855 是首款支持Qualcomm 3D 聲波傳感器的移動平台,是全球首個支持屏下超聲波指紋識別的商用解決方案,也是唯一一個能夠穿透不同類型污漬準確識別指紋的移動解決方案。不過,這項技術是否問世具體還取決於手機製造商。有消息稱,三星明年初的Galaxy S10 將會是第一台提供3D 屏下超聲波指紋識別技術的手機,其他廠商何時會提供暫時未知。

高通驍龍855 是令人更滿意的旗艦芯片

就目前而言,縱觀市面上所銷售的智能手機,近兩年只要搭載驍龍8 系列旗艦芯片的手機表現都相當令人滿意,包括驍龍835 和驍龍845,而驍龍855 將會讓旗艦更令人滿意,在各個方面都有了比較明顯的改進。除了高通不斷宣傳5G,以及更強的AI 和機器學習之外,高通還進一步強調遊戲性能,進行全方面的遊戲優化。

為了讓遊戲玩家相信性能提升,高通特別打造了全新的Snapdragon Elite Gaming 體驗的平台。根據介紹,該體驗包括true HDR(超過10億色)電影級分級調色、電影級色調映射、要求頗高的基於物理渲染(PBR),以及對Vulkan 1.1 圖形庫的支持。高通表示,在這個平台優化的遊戲,都能利用定制算法降低90% 以上掉幀的,即便是要求極致的遊戲,在驍龍855 手機上也能流暢運行。 

總的來看,驍龍855 最主要的變化在於新設計的CPU 配置,在7 納米之下大量半定制優化後,可持續峰值性能更優秀,而且通過新增HTA 張量處理加速單元極大的提高了AI 人工智能性能。同時,高通對CV-ISP 的調整,也更能滿足用戶對移動成像的需求。在這一切改進之下,驍龍855 究竟實際表現如何非常令人期待。

當然,搭載驍龍855 芯片的新旗艦手機還要等待一段時間,也就是2019 年上半年的某個時間點。高通方面已經確認,驍龍855 移動平台現已向客戶出樣,搭載該平台的商用終端預計將在明年上班開始全面出貨。

最後,再回頭來說說大家最關心的CPU 性能提升,在新的架構和工藝下,45% 的提升已經符合預期了,參照華為麒麟980 也差不多,其中的疑問就是不同內核如果保持相同的電壓水平,如何做到提升能效。而GPU 性能提升略保守,ALU 數量增加50% 卻只提升20% 性能。至於新的AI 單元加持後,驍龍855 在這方面已經比華為麒麟850 更強了,只等更成熟基於AI 的應用。無論如何,也就是不管上述這一切如何改進,最終手機廠商主要宣傳驍龍855 功勞,仍只會有自己優化軟件提高跑分這部分,ISP、DSP、AI 這些基本不會提到高通。

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