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Android 旗舰芯片被苹果 A 系列吊打，罪魁祸首就是它

Android 旗舰芯片被苹果 A 系列吊打，罪魁祸首就是它

科技
Arm
才是
罪魁祸首


即使不算是消费电子发烧友 ，近两年应该也知晓「火龙」这个梗。
图片来自：《权力的游戏》
主要原因还是在近几代 Android 旗舰芯片接连在功耗上「翻车」，高性能往往伴随着高能耗，随之也伴随着手机热量陡升。
如此带来了一个好处和一个坏处。好处是，厂商们「散热」水平越来越高，坏处是，芯片调校上也越发保守，以及更低的温控墙。
在持续高性能的压榨下（比如跑个《原神》），基本上在 10~15 分钟，产品们都会主动降低芯片超大核的频率，倘若温度依然高升，接下来限制发挥的就是大核心。
反过来说，用上更先进工艺的旗舰芯片，在日常状况下，应该有续航上的提升才对。
但在使用中，续航的提升却是「洒洒水」，成效不大，全靠高功率快充来续命。
另外，还有一点，近来三星代工厂 4nm 工艺不稳定，也算是一个原因。自家的 Exynos 2200 旗舰芯片也出现了表现不佳的状况，并非有意为之。
于是，「深受其害」的高通，在刚刚公布的骁龙 8+ Gen1 Soc 上，也高调地宣布用上了台积电 4nm 工艺，并在 PPT 里直接写明性能提升 10%，功耗降低 30%。
似乎，Android 旗舰芯片表现的差，都因为三星 4nm 工艺「太菜」了，所以台积电就是「救兵」么？
台积电 4nm 不过是一块「遮羞布」
台积电与三星，几乎是世界上先进制程芯片生产的两大寡头。二者几乎霸占了世界上 10nm 以下芯片生产的市场。
图片来自：wccftech.com
几年之间，从 10nm 一直竞争到 4nm，并且它们也在疯狂氪金建造 3nm 产线和代工厂，竞争正在愈演愈烈。
与台积电纯代工厂不同，三星是一家集自主设计芯片、生产芯片以及 Exynos 自有芯片的垂直整合制造（IDM）企业。
10 年前，三星是要领先于台积电，苹果的 A4 芯片也是魔改自三星 Exynos，并由其代工。
由于三星特殊的身份，加上屏幕和内存都要依赖三星，风险过高，苹果便开始扶持台积电，进而转移风险。
历经曲折，台积电新建产线，调拨专业团队，最终拿下了苹果 A8 芯片的独家代工，加上 iPhone 6、6 Plus 的空前热销，促使台积电从中获益颇丰。
后续，苹果的 A 系芯片开始与台积电绑定，并通过资源倾斜帮助其发展。如今，苹果的 A 系、M 系芯片全部由台积电代工，并成为优先级最高的客户，没有之一。
台积电与苹果深度绑定. 图片来自：appuals.com
与此同时造就了台积电芯片代工高稳定性的「神话」。
5nm、4nm 均落后于台积电的三星，并没有气馁，而是梭哈了一把。对外宣称了一笔 133 万亿韩元（约 7100 万元）的投资，剑指 3nm 制程，并借此成为世界最大的 SoC 制造商。
图片来自：三星
并且，放弃 FinFEET 技术，而是一步到位到 GAAFET 晶体管技术，从而实现对台积电的反超，成败在此一举。
回到当下，三星的 5nm、4nm 晶圆密度和工艺的稳定性都不如台积电，因而反馈到旗舰芯片上来说，确实会有一定的差距。
今年年初的联发科天玑 9000 便采用的是台积电 4nm 工艺，1+3+4 的三丛架构中的 Cortex-X2 超大核（3.05GHz）、A710 大核心（2.85GHz）、A510 中核心（1.8GHz）的频率均远超高通骁龙 8 Gen1。
理论上，它有着更高的性能，和更好的能效比，就是一枚完美的旗舰芯片。
只不过，苦等几个月，当搭载天玑 9000 的旗舰们上市后，真实的能效表现其实与高通版相差不大，倘若不去仔细对比的话，可能根本察觉不出。
此次高通高调的宣传，采用台积电 4nm 工艺骁龙 8+ Gen1 会有着更佳的表现时，我其实并没有报以多高的期待。
骁龙 8+ Gen1 发布后，许多厂商的「超大杯」也要回归了，重头戏来了.
鉴于骁龙 8+ Gen1 全面的超频（Cortex-X2 3.2GHz + A710 2.75GHz + A510 2.0GHz），绝对性能会有所提升，至于提升多少还得看厂商们的调校，能效也是如此。
如此，台积电的 4nm 制程工艺，对旗舰芯片的表现更像是一块「遮羞布」，盖住的其实是 Arm 极其孱弱的公版新架构。
Arm 公版架构才是「罪魁祸首」
十年之间，Arm 共更迭了 9 版架构，最新的 Armv9 相对来说是一次重要的指令集升级。
随着指令集的升级，Arm 也对外公布了公版的 CPU IP，也就是我们在骁龙 8 Gen1 和天玑 9000 上看到的超大核心 Cortex-X2、大核心（性能核心）Cortex-A710 和中核心（效能核心）Cortex-A510。
图片来自：Arm
公版的 CPU 架构依然采用三丛架构，即 1+3+4。它算是此前 big.LITTLE 架构的进化版。目的无非就是「合适的核心做合适的工作」，以此来提升能效。
大小核混用的架构，现在也被广泛的运用在 X86 和 Arm 架构的桌面级和移动端 CPU 之中。
Intel 12 也采用了 P+E 的混合架构.
Arm 公版的三丛架构，如果各司其职的话，超大核 X2 提供的是绝对性能，大核心 A710 分担的是日常的性能需求，而中核心 A510 则以低功耗完成相应任务。
三个核心，各有用途，设计和调用上也应有所倾向。
Cortex-X2，它就是 X1 的全面优化版，L3 的缓存翻倍至 8MB，缓存区增大，优化通信延迟，进而获得了 16% 的 IPC 提升（也可以理解性能）。
超大核提升明显. 图片来自：Arm
从后续的产品中，骁龙 8Gen1 和天玑 9000 在性能全开的情况下，的确相比骁龙 888 有着更好的表现，同时功耗也没有「爆炸」。
算是用高功耗换取了高性能，很合理。
但大核心和中核心，就有很大的问题，而导致旗舰芯片频繁翻车的也是这两个有着全新「名称」的核心。
Cortex-A710，并没有采用更新的架构，依然是经典 A78 的优化，称之为 A79 可能更为准确。
Anandtech 对这个新名号直呼为「an interesting marketing tidbit（好一个营销手段）」，A710 的表现也就不言而喻了。
高能耗高性能. 图片来自：Arm
Arm 的 PPT 上，A710 有了 10% 的性能提升，同时也优化了 30% 的能效。不过，从曲线上来看，高出的性能，多位于高能耗部分，且是通过 L3 缓存翻倍（8MB）获得。
能效的优化，不过是缩减了 A710 核心的分发吞吐量（由 6 缩减为 5），而并非是架构的优化而来。
请勿模仿. 图片来自：tenor
A710 是 A78 的优化版，而 A78 则是 A77 的超频版。Arm 大核心的设计团队几年之间，依然在挖掘 A77 架构的潜力，只是 A78 达到架构甜点频率之后，A710 的能效比就暴雷了，尤其是当系统需要高性能但不足以切换到 X2 超大核时，功耗直接起飞。
甚至，Arm 直接采用 4nm 的 A78 配合 X2 超大核，或许会有更好的结果。
作为大核心的 A710 更需要的是性能，而非是朝着能效设计，Arm 方向错了。
全新设计的 A510. 图片来自：Arm
相对来说，Cortex-A510 中核心，实打实用的是全新设计架构。且与 X2、A710 两个核心设计的奥斯丁（Austin）团队不同，是由剑桥（Cambridge）团队担纲设计。
A510 架构采用了许多创新的设计思路，比如用上了「超线程」，共享 L2 缓存，同时 L1、L2、L3 带宽增加为 A55 的两倍，由此浮点性能提升了 50%，整数运算也有了 35% 的提升。
只不过，A510 依旧采用的是「顺序执行」，而非是苹果 A 系列芯片中能效核心的「乱序执行」。为了防止指令等待时间，A510 的前端增加、缓存翻倍、后端也被扩大。
有些诚实的 Arm，注意纵轴是能耗. 图片来自：Arm
设计的思路也较为明确，就是为了更好的「性能」。只是最终的结果，却收效甚微。
从 Arm 的 PPT 来看， A510 只有在高功耗的情况下，才得到比 A55 更好的性能。
而在能效核心重点关注的低功耗上，却难与 A55 拉开差距，甚至还有些「开倒车」。
请勿模仿. 图片来自：tenor
整体来看，Arm 近年主打的三丛架构之中，只有 Cortex-X2 超大核是比较正常的更迭，大核心 Cortex-A710 关注能效，而中核心 Cortex-A510 却开始关注峰值性能，属实有些舍本逐末。
Arm 公版 CPU IP 尚且如此，就别指望在此基础上加以修改的旗舰芯片，能带来多好的表现了。
不肯拥抱 64 位的大厂 app 生态，也得出来背「锅」
Armv9 发布之后，还有最大的一个改变，就是彻底抛弃 32 位应用，全面拥抱 64 位应用。
也就是说，三丛架构之中，理论上所有的核心均不再支持 32 位应用，但为了中国市场的 Android 应用环境，Arm 特批 A710 中核心兼容 32 位应用。
也就是说，当你开启 32 位 app 后，会强制调用 A710 这颗高能耗的核心，并一直保持活跃，即使你只是关屏听个歌而已。
其实，从 Armv8 开始，Arm 就在推进 64 位应用，同时 Google 商店也在 2019 年 8 月就规定新程序必须支持 64 位应用。
而国内很多大厂 app 一直没有做出改进，许多常用的 app，像是支付宝、QQ、网易云依然还是 32 位，何时推出 64 位版本也未有计划。
另外，很多国产 Android 厂商的软件商店也没有相应的 64 位 app 分区，32 位、64 位 app 混用。
不过，OPPO、vivo、小米已经开始推行 64 位 app 的普及，第一阶段便是限制新上架的 app 必须为 64 位。至于常用的 app 们，暂时还未有相关的举措放出。
近几年 Android 旗舰芯片频繁出问题，最根本的是 Arm 公版架构的设计方向有违三丛架构的本意，以及国内大厂不积极拥抱 64 位 app 导致。
至于是台积电还是三星，是天玑还是高通，在设备端这里，它们的区别远没有 PPT 上的那些数字大。


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