科普 - SOC.jpg

SoC(System on Chip),是一個將多個功能的積體電路集成在同一塊晶片上的IC,如高通S845就是一塊SoC,
以手機來說SoC包含了 : CPU(中央處理器) . GPU(圖形處理器) . ISP(影像訊號處理器) . Modem(數據機) ... 而一支手機的性能好壞,SoC就是關鍵。而ㄧ般人所說的CPU究竟在哪裡?
事實上CPU只佔了 SoC 很小一塊空間,如這張圖的藍色框框,高通S835的晶片裸視圖

cpu_die.png

CPU在這麼大的晶片中就只有占那麼小的一區,不過可別以為它小所以沒用喔!
而剛剛我們提到了SoC內有著各種不同的元件,如:CPU.GPU.ISP,而這些是甚麼,在手機中又扮演著甚麼角色呢? 讓我們來一探究竟吧!

 科普1  - CPU中央處理器 

CPU(Central Processing Unit),手機的大部分運算都是靠它,雖然它在SoC中的大小並不大,但是手機的速度快與否很大原因處決於它。而CPU依指令集的類型分為兩種 CISC(複雜指令集 Complex...) 與 RISC(精簡指令集 Reduced...) ,而其代表產品分別為 Intel 的 x86 CPU(PC) 以及ARM的 Cortex A系列(Mobile),而本篇所探討的為使用RISC( 精簡指令集 )的CPU

再繼續講下去之前首先你要知道 - 行動裝置界CPU大老 ARM

ARM是一間IC設計公司,其專門設計CPU指令集、微架構,而各家SoC設計公司,如:高通、聯發科、三星、Apple可以選擇直接使用ARM的Cortex微架構設計CPU或是依據ARM的指令集從頭到腳設計CPU,如 APPLE就是後者,而高通.聯發科.三星...就是前者,想當然知會用自己設計方案的,要馬就是錢太多,或是實力堅強,自於蘋果是哪一種? 答案是 Both ,所以為何玩遊戲推薦iPhone,這就是原因之一。

而相信大家常常被店員、廠商文宣搞的木煞煞;每支手機都是8核心,每個都宣傳玩遊戲很順,但為何我在使用就是很LAG?  先建立一個觀念,手機的性能與核心有多少、頻率有多高無直接關係。這時你一定有疑問了,那性能到底與甚麼有關係?  請看以下

  核心

要認識CPU,我們首先先從核心切入,一顆CPU裡面可能有1顆/多顆核心,現在我們單以 核心 來看 : 簡單的說,在手機CPU中,核心分為 大核 以及 小核 ,想當然之,大核較大、性能較強,但較耗電;小核較小、性能較弱,但較省電。而為了達到高性能又省電的目標,廠商在一顆CPU中放入了這兩種核心,集成多核心處理器。

那之所以多核心處理器對於性能沒有直接關係,這裡舉個例,假如 : A CPU放了4顆高性能核心 ;B CPU放了8顆低功耗核心,那請問核者性能較好呢? 通常都是前者,實例就是 S821 VS S625。

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而理論上來說,核心越多越強,但是核心多也代表著耗電上升,且核心多時,要怎麼調度核心加以運用又成了一個大難題;就好比原本只需要指揮8頭牛,但現在變成10頭,如果調度工作沒有做好,就會成了 一核有難,九核圍觀 的情景。

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▲網友調侃聯發科 X20 10核心處理器的梗圖

  頻率

頻率代表著核心的運作頻率,如 2.7GHz 就代表著核心以 2.7 x 10⁹ 的頻率運作,頻率越高,速度越快,但也更加耗電、溫度更高,所以頻率高不一定是個好事。

  微架構

微架構,其實就是上面所提到的小核、大核,微架構類似核心內的指令被執行的流程圖,分為 公版(ARM設計)、ARM客製化版自研架構,通常IC設計公司都是直接採用公版架構,如 : A73/A75/A53核心,在自己拼成一個CPU;少數如蘋果是自己設計 ,ex: A10 處理器 大核心的微架構 - 颶風,其性能表現可是比公版設計強很多。
而高通之前雖然是自己設計架構,但可能成效不佳,最近又改使用ARM的半客製化設計,如kryo385是基於A75/A55客製而成。

  小結

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多核心CPU 通常由大、小核心組成,核心數、頻率與性能無直接關係;

大核性能好、溫度較高、較耗電  ex : ARM Cortex A73
小核效能普通、溫度低、較省電  ex : ARM Cortex A53

大小核心適量搭配可均衡兩者的優缺點。

 

 科普2  - GPU圖形處理器 

GPU(Graphics Processing Unit),用以運算圖形,玩遊戲的那些漂亮畫面就是靠它算出來的,GPU對於手機遊戲的流暢度有很大的影響,手機SoC中,有4大廠商在做GPU

1. 高通 Adreno
2. ARM Mali
3. IMG PowerVR
4. APPLE

其中GPU做得最好的就是 高通 ,目前最強的手機GPU就是出自於它,在Android陣營中,想要有好的遊戲表現 高通的旗艦SoC是唯一選擇。

而之前常常提到採用 高通 SoC 的旗艦機較適合玩遊戲就是因為GPU,它廠如 : 三星、聯發科、華為海斯 的SoC 雖然GPU"理論"效能並不輸高通,但他們大都採用公版設計方案,然而ARM的公版GPU性能並不凸出,導致要達到高通 Adreno GPU的水平需要堆疊許多GPU,而前面也提到,核心堆越多,功耗越高、溫度越高,進而導致降頻,所以整體"實際"性能不如高通。且在Android陣營,大多遊戲廠商只針對高通的Adreno優化,使得性能差距更大。

  小結

想要流暢的玩遊戲,蘋果 iPhone / 搭載高通8系列SoC的手機最為適合

 科普3  - ISP圖形訊號處理器 

ISP( Image Signal Processor ),雖然與GPU都有著"圖形"、"處理器"這名字,但這兩者完全不同,ISP是用來運算相機所拍到的畫面用的,ISP越好,對於相片細節、畫質越有幫助。
而ISP通常等級依搭配的SoC等級而定。

 

 科普4  - MODEM數據機 

MODEM(MOdulator-DEModulator),將數位訊號調變成類比訊號傳輸 以及 解調類比訊號成數位訊號接收的裝置,簡單來說就是負責手機的網路、通訊,而其等級可用 CAT. 來分辨,CAT.為英文Category的縮寫,數字越大,等級越高,理論網路越快(ex: CAT.16),而有些好的MODEM可以支援 4x4 mimo(提升網路訊號、速度)、CA(載波聚合)。

 

 科普5  - DSP數位訊號處理器 

DSP(Digital Signal Processor),負責處理數位訊號,常見如使電話可雙方同時講話、輔助相機運算(有名的Google HDR+在NEXUS上就是用DSP來運算的),甚至高通還用來做Ai運算

 

 科普6  - 製程的影響 

有天董哥去科技公司應徵,面試官問董哥,你懂製程嗎? 董哥 : 是啊,我是董至成 .....  以上是則有關製程的笑話,不知你有沒有看懂?

製程指的是晶圓製造時所使用的工藝,如 : 台積電 FinFET 16奈米 ,而16奈米通常指的是電晶體閘級的寬度,如果你不知道電晶體、閘級.. 那你把它當作線寬即可(晶片內的線路),線寬越小,越省電、溫度越低,所以 16奈米製程 會優於 28奈米製程 ,而目前使用10/14/16奈米製程的SoC已很少會遇到過熱、耗電的情況了,所以ATon才會建議不要購買低階手機,因低階手機的SoC大都採用過時的奈米製程、架構設計,所以既慢、又耗電、溫度又高。

 

 結論  - SoC 

SoC為整合多種晶片功能而成的一系統單晶片,以手機SoC來說,內含有 CPU / GPU / ISP / MODEM / DSP .... 而不是單只有CPU,所以下次談論手機的晶片時,記得別把SoC叫錯成CPU囉!

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