觀點: Android 陣營處理器追求帳面規格的失衡架構規劃,導致旗艦處理器使用體驗難以抗衡蘋果 A 系列處理器

2022.06.13 01:28PM
照片中提到了Snapdragon、8、Gen 1,跟索那西、歐洲化學有關,包含了尺寸 9000、ARM Cortex-A710、聯發科、芯片組、中央處理器

在近年雖然 Android 陣營的旗艦處理器帳面數據不斷提高,然而不僅多數裝置跑分數據仍不及蘋果 A 系列處理器,長時間執行遊戲內容的效能衰退更持續困擾各品牌的旗艦機種;若深究效能落差關鍵,除了與 Android 系統有著如 Windows 一樣是針對多元平台的通用性導致效能難以針對硬體最佳化外,還有經年月累追求帳面規格導致的結果。

相較蘋果直至 2017 年的 A11 Bionic 才邁入 6 核心, 2013 年三星的 Exynos 5410 與 2014 年的 Snapdragon 615 ( MSM8939 )就已是 8 核心,更遑論現在 Android 陣營自主流級以上皆為 8 核心設計;配置 8 核心多少是源自 Android 系統強調多工的特性,同時也是為了市場行銷帳面規格亮眼的必要之惡:畢竟 Android 使用者對於帳面規格數據相較死忠蘋果擁護者看得更重。

雖然從理論上核心數量越多應該會具備更好的效能,然而若從實際考量卻不見得,例如由盡數是小核心構成的低階 8  核心晶片在純效能甚至不及 2 大核+4 小核配置的晶片,而且這也只是最基礎的部分;實際上 Android 陣營旗艦晶片所遭遇的問題還包括 Arm 提供的公版微架構執行效率不及蘋果的客製化核心不得不提高時脈,還有為了追求 8 核心配置製程而未能考慮同時期半導體製程量產後裝設在裝置上的實際情況。

如果端看現在 Android 陣營裝置的跑分表現,不難發現縱使使用相同的應用處理器,跑分成績卻有明顯的落差,甚至使用新平台的處理器表現不及使用上一代平台的裝置的情況;這是由於 Android 陣營的開放性產生的結果,每一款設備所採用的裝置厚度、散熱架構不同,廠商也會因應不同的情況進行不同的功耗牆、過熱保護限制,是故 Android 跑分名列前茅的多半為較厚甚至是帶有主動散熱外掛的裝置。

但跑分高是一回事,實際體驗又是另一回事,因為跑分是在進行幾輪模擬高負載的情境進行測試,但智慧手機不像 PC 設備足以安裝主動散熱架構,絕多數僅能仰賴被動散熱,更由於近年流行輕薄設計導致能安裝散熱機構的空間受到限制,一旦溫度升高後,廢熱傳導的效率會越來越差,一旦超過處理器能夠承受的上限,就會開始降頻換取穩定,但又由於散熱效率趕不上廢熱持續累積的速度,就會使效能越來越差。

照片中提到了Advanced Mobile CPU Architecture、Cortex A710、2.85 GHz,跟沃特世公司有關,包含了聯發科天璣9000、ARM Cortex-A710、聯發科、中央處理器、片上系統

▲ Arm 陣營多以 4 個性能核搭配 4 個節能核,同時旗艦產品還會加入一個高時脈的半客製核心(照片為聯發科天璣 9000 的 CPU 配置方式)

尤其 Android 陣營為了單一次跑分的帳面規格,多半採用 4+4 或是更進階的 1+3+4 配置,其中大核心越多除了會佔據晶圓面積外,大核心運作所耗費的能耗與發熱也更高於小核心,更不用說當前動輒超過 2.5GHz 以上的大核心時脈配置,一旦動用到多個 CPU 核心,就會產生大量的能耗與發熱;舉例來說, Google 的 Tensor 理想化的借助搭載兩個時脈設定較低的 Cortex-X1 構成 2+2+4 配置,希冀能加速進階程式處理速度,但由於消費者玩遊戲時大核心仍會長時間維持相當程度的負載,實際上在日常使用的情況也是與 1+3+4 配置半斤八兩,當然製程又是另一個層面的問題了。

▲蘋果至今仍僅在智慧手機平台使用 2+4 的 6 核心配置

蘋果所採用的 2+4 配置(遽聞實際上是 ( 1+2 ) x 2 的雙 Cluster 而非像 Android 陣營的單一 8 核 Cluster )雖帳面規格看似不及 Android 陣營,但在與系統深度結合的架構最佳化能夠以更低的時脈達到更優異的單執行緒效能,而多執行緒則由於整體核心數量較少、全負載溫度上升較慢,測試時間拉長之後亦能以較少的核心數實現更高的多執行緒效能。

照片中提到了Google、Tensor、G,跟谷歌、Google WiFi有關,包含了谷歌張量芯片、谷歌像素 6 專業版、集成電路、安卓系統

▲ Google Tensor 大膽使用 2+2+4 配置試圖加速高負載的處理速度,不過實際卻造成處理器容易持續發熱

從筆者的觀點, Android 陣營旗艦平台最根本的問題恐怕是為了追求帳面規格與理論數據經年月壘的失衡結果,但遺憾的是礙於 Android 生態,無論是從設備商的觀點或是消費者的觀點,短時間很難說服他們為了真實使用體驗選擇帳面跑分較差的配置,畢竟多數的使用者都會希望能兼顧帳面數據與實際體驗的雙贏,不過從 Android 系統設計、 Arm Cortex 微架構的限制(例如 Arm 某些世代的 Cortex 微架構包含手機幾乎使用不到的運算級指令級)還有為了 8 核心而 8 核心等條件實在難有所作為。

照片中提到了XIX、基于实际化网络舰、Snapdragon,跟國際碼頭工人協會、AlphaSights有關,包含了展示廣告、高通金魚草、高通公司、圖形處理單元、阿德雷諾

▲從三星製程轉移到台積電製程,相同架構設計、時脈拉高卻還能延長 15% 續航力

不過 Android 陣營倒也不是那麼絕望,受到近期許多裝置消費者抱怨實際體驗不佳的情況, Android 晶片供應商也開始著手改善狀況,例如聯發科天璣 9000 與高通 Snapdragon 8+ Gen 1 的表現證實製程技術影響相當顯著,未來三星製程若不設法改善恐怕會痛失對發熱錙銖必較的高階行動晶片代工,尤其此次高通更直接喊出 Snapdrgaon 8+ Gen 1 提升 20% 每瓦效能、電池續航力提升 15% 。

照片中提到了SAMSUNG、Exynos、2200,包含了三星 exynos 2200、ARM Cortex-A710、Exynos、三星、中央處理器

▲三星在原本預期有顛覆性表現的 Exynos 2200 慘遭滑鐵盧後,宣布將針對 Galaxy 裝置打造專屬平台

此外,高通也由於包括 NVIDIA 試圖收購 Arm 一事啟動收購新創晶片架構設計公司 Nuvia 的計畫,高通也允諾由 Nuvia 基於 Arm 指令級設計的架構將逐漸使用在高通未來各式平台;當然三星也非坐以待斃,三星電子宣布將啟動專為 Galaxy 裝置策畫的晶片計畫,雖然外界聽起來很弔詭,畢竟 Exynos 高階晶片多半與三星 Galaxy 裝置畫上等號,不過會喊出這樣的口號,或許也與三星希望未來進一步在架構策畫自規格導向轉向體驗導向有關。

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