Android 平台處理器性能原地踏步,蘋果順勢邁進

作者 | 發布日期 2022 年 04 月 14 日 8:15 | 分類 Android , Android 手機 , IC 設計 Telegram share ! follow us in feedly


2020 年驍龍 865 是高通最近幾年最成功的旗艦 SoC,同年麒麟 9000 成為海思絕唱,之後 2021 年驍龍 888 永久改變 Android 手機散熱配置,2022 年驍龍 8 Gen 1 更進一步,連用風扇主動散熱的遊戲手機都繼續升級散熱。

當年驍龍810機型並未大量鋪貨,所以消費者其實還是第一次感受到行動SoC的熱情如火,這是Android手機GPU性能成長的兩年,但也是Android CPU原地踏步的兩年。

故事概括就是一條條邏輯鏈:

  • SoC:功耗高→發熱→降頻→卡頓。
  • 廠商:增強散熱→更嚴格的溫度控制→降頻→卡頓→操作猛如虎,表現不如865。隨後衍生出「更激進的跑分白名單+遊戲降解析度→國王的新衣」。
  • 媒體:測試機調度激進性能良好→開賣後推降頻韌體→用戶結果和媒體結果衝突→首發媒體被噴→跑分無用論。
  • 使用者:看到連續兩年擺爛→廠商「不調好,不發表」宣言→實測打臉→實際「不調,好不,發表」。

熱情如火的驍龍888

iPhone使用者和非手機重度使用者,可能不了解為什麼Android陣營哀嚎了兩年,按時間順序整理究竟發生什麼事。畢竟大家習慣手機性能以每年20%~30%幅度增長,但Android陣營已性能體驗原地踏步。

故事從2020年底驍龍888發表說起。後者首發三星5奈米,也首發搭載Arm首個真正的超大核架構Cortex-X1。驍龍888發表前,微博大V數碼閒聊站稱驍龍888性能強,功耗低,對未來充滿期待。

首發驍龍888的小米11在2021年元旦開賣,極客灣1月6日〈驍龍888性能分析:翻車!〉為驍龍888火熱的一年拉開序幕。驍龍888是否翻車,成了2021年最熱門的話題。

2017年驍龍835日常功耗在3W等級,之後驍龍845、驍龍855、驍龍865功耗「穩定增長」到5W~6W區間。驍龍888 X1大核,單顆功耗就能跑到3.3W,CPU多核功耗從驍龍865的5.9W直接飆到7.8W。GPU部分功耗和能耗比曲線也不普通,以致早期很多人都認為驍龍888 GPU只是在驍龍865的基礎上繼續超頻並導致功耗偏高。

因驍龍888功耗數據高得不正常,所以後來還出現物理拆機,用「假電池排線」物理方法強行測試功耗。雖然結果比軟體測試功耗低2W,但整機功耗依然達10W等級,暫態功耗逼近11W。

功耗上漲導致「互動化跑分軟體」《原神》,驍龍888機型都能輕鬆突破45°C,部分極端機型可衝到近50°C。3C數位產品有48°C溫度線,防止使用者「低溫燙傷」,所以驍龍888機型幾乎都遇過螢幕強制降低亮度、系統鎖幀等現象(遊戲手機除外)。

之後的事可能很多使用者都有聽過。天氣變暖,先是大批使用者反應驍龍888旗艦會有發熱卡頓問題,甚至觸發過熱警告。隨後一眾廠商趕在夏天前推送降頻韌體更新,限制性能輸出降熱,以壓制驍龍888的熱情。

緊接著就是出現大批「驍龍888降頻後性能不如驍龍865」的不滿。最慘的小米一來是首發驍龍888,二來是早期執行「為發燒而生」的積極調度策略,夏天出現小米11因高溫燒Wi-Fi事件。雖然後續有相當良心換機政策和機型改進,但一朝被蛇咬,變成溫控和頻率控制最保守的廠商。

驍龍8 Gen 1:火炎焱燚!

時間可以沖淡一切,大家坦然接受驍龍888的熱情,甚至親切調侃「只有驍龍888還在冬季給我一絲溫暖」。然後驍龍8 Gen 1來了。

▲ 大米評測數據。

一代新人勝舊人,稱號也從「火龍」升級為「炎龍」。新X2大核,單核功耗更新驍龍888紀錄,從3.3W躍升到4W,新A710大核也有2.1W(中核有三顆)。新Adreno GPU在GFXBench曼哈頓3.0場景功耗,也從驍龍888的8.2W躍升到10.9W。

這是手機SoC史上從未出現的功耗成績,CPU峰值和GPU峰值功耗雙雙突破10W,儼然是平板電腦甚至輕薄筆電級功耗等級。蘋果M1和驍龍8 Gen 1以不同方式達成自家「PC級」標準。

上顆這麼奔放的手機SoC還是2015年驍龍810。但和7年前不同,現在手機廠商有足夠技術儲備,能短時間壓住發熱。驍龍8 Gen 1不羈功耗表現,讓三星等所有Android廠商,發表會都強調自家散熱配置。「馴龍高手」從以前調侃變成所有Android廠商的目標。

加上現階段中國部分32位應用的效率問題(驍龍8 Gen 1新架構,八顆核心只能三顆中核支援32位應用),加劇老舊應用發熱和卡頓問題。一年對手機發熱最友善的冬春即將結束,對溫度更敏感的夏天就在眼前。

同樣發熱問題,也出現在使用同款三星5 / 4奈米Exynos 2100和Exynos 2200(歐版韓版三星Galaxy S21系列和歐版S22系列)。後者是首個搭載AMD RDNA2 GPU的行動SoC,不但GPU絕對性能沒打過驍龍8 Gen 1和天璣9000,CPU部分也和驍龍8 Gen 1一樣能耗比倒退。

同條時間線,用戶飽受發熱之苦的2021年12月,聯發科發表第一個真正超越高通的SoC:天璣9000。聯發科量產機開賣前3個月就把工程機拿給媒體測試,也是以前從未出現。

台積電4奈米、更有誠意的堆料、測試機壓倒性CPU和能效比,都讓大家期待值拉滿。「幹翻高通!天下人苦高通久矣」的歡呼聲不絕於耳。最終萬眾期待的天璣9000,由OPPO Find X5 Pro天璣版PPT首發,Redmi K50 Pro物理首發。

聯發科天璣9000量產機確實展現輾壓驍龍8 Gen 1的能耗比,但峰值功耗依然誇張,能耗比也不如工程機逆天。故有哏:聯發科提前給測試機,是為了防止後續廠商調不好時賴給晶片。2022年三顆採用Armv9新架構的新SoC,全部都在能耗比「掛彩」。

還有個小插曲。2021年三星Galaxy S21 Ultra、一加9 Pro和OPPO Find X3系列等Android旗艦搭載更省電的LTPO螢幕(動態調整螢幕更新率的省電技術),2022年旗艦更大量搭載更省電的LTPO 2.0螢幕。兩代LTPO螢幕恰巧遇上驍龍888和驍龍8 Gen 1,省下的電根本不夠SoC吃,故有「關於納智捷發動機油老虎廠商拚命最佳化輪胎省油的那些事」哏。

反向升級、體驗倒掛和尷尬

發熱本身不致命,致命的是CPU性能也原地踏步。這涉及能耗比(性能和功耗的比值)和熱承載的概念:

  • 能耗比:如果晶片能以更快速度完成任務,然後回歸低頻,實際體驗還是會提升。最好例子是蘋果A系列晶片,峰值功耗也不低,但A15峰值性能強,大幅拉升能耗比。
  • 熱承載:無論手機如何堆石墨散熱貼、VC均熱板等散熱零件,熱量最終都只能透過手機表面被動散發,和增加表面積、增加風扇等方法繼續提升。白話說就是手機被動散熱再好,也只能改善短時間性能輸出,正常手機能維持的熱承載只有6W多。

驍龍8 Gen 1的CPU性能和驍龍888並沒實質性提升。另驍龍888的X1大核是2.8GHz,驍龍8 Gen 1的X2大核3.0GHz,同時脈下性能甚至還反向升級。功耗增長,性能不漲,能效比日常效果又如何?

擺在廠商面前的選擇有兩個:放開驍龍8 Gen 1跑,續航和發熱受累。或控制時脈,保住續航和發熱。從結果看,所有廠商都選後者,導致新驍龍8只在GeekBench、GFXBench、3DMakr等極少數跑分應用能火力全開。

從2018年驍龍845開始,Android旗艦SoC最高時脈只會在應用開啟和資訊載入等重負載場景出現,部分驍龍888機型2021年夏天採用全域降頻,開啟應用也無法調到最高時脈。到驍龍8 Gen 1這代,除遊戲手機和Moto外,已沒有中國廠商敢日常開放最高時脈。這是驍龍8 Gen 1旗艦的日常流暢度還贏不了驍龍888直接原因(即便天璣9000的Redmi K50 Pro也得開性能模式才能衝到最高頻,日常流暢度也無法和下面提到的天璣8100拉開差距)。

跑分性能和日常性能的巨大差異,讓今年 「跑分作弊」問題愈發明顯。跑分白名單是多年設定,鎚子手機時期羅永浩就炮轟過Android平台跑分白名單問題:手機遇到跑分軟體就瘋跑,日常使用卻降頻卡頓。

但今年驍龍8 Gen 1跑分和日常調度差距之大,確實也史無前例,促使「跑分無用論」,衝擊跑分工具的信任基礎:跑分那麼高,手機還是卡啊?但跑分平台才最著急,名跑分平台GeekBench多年來一直聲討跑分白名單,三星、華為、一加、小米都是被炮轟的常客。

▲ 大米評測數據。

驍龍8 Gen 1日常調度下性能到底怎樣?透過修改跑分工具APK包名稱,讓GeekBench偽裝成普通應用繞開系統白名單,結果除了之前除名的三星S22系列,小米、iQOO、真我、一加和系列都有明顯性能下降。

調度最保守的小米12 Pro,多核成績下降12%,是早期驍龍865等級(對,Android CPU性能兩年漲12%,且只能在跑分白名單);單核成績下降35%,低於中階驍龍778G。盧偉冰於K50電競版發表會說「破晶片」,一定程度也得和嚴格溫控和時脈調節有關。

不過熱歸熱,必須承認驍龍8 Gen 1 GPU性能進步巨大,暴漲50%以上,GPU能耗比還是高於驍龍888。兩年來無論高通Adreno還是三星、聯發科等使用Arm公版Mali架構的GPU,都有巨大性能進步。如驍龍888 GPU有35%提升,然後驍龍8 Gen 1 GPU又提升50%,一舉把前兩年被蘋果A13 / A14拉開的差距追回來。

但遺憾的是,行動平台還沒能完全利用這批GPU性能的重要應用出現,《原神》等主流遊戲瓶頸一直都在CPU,行動GPU性能卻持續溢出。GPU規模增長讓中低負載功耗依然可觀。機身只能承載6W功耗下,GPU和GPU「搶功耗」非常明顯,加劇CPU降頻。

面對熱情的晶片,手機廠商不約而同「聯合最佳化」:降亮度、鎖幀、降解析度。這三招還從《原神》波及到負載不算高的《王者榮耀》、《和平精英》,這「盛況」同樣史上從未出現。

以前也有降低遊戲渲染解析度的設定(某GPU Tubro),廠商可獲得發表會一條條筆直的遊戲幀率曲線,並有效降低遊戲發熱。紅魔和黑鯊驍龍8 Gen 1遊戲旗艦還能「補幀」perfdog幀率曲線,做到真正直線,讓測試工具失去檢測實際幀率效果。

但降解析度的代價也顯而易見,顧名思義就是畫面模糊。但慘痛的現實是,廠商後期OTA或使用者自行破解畫面限制,發現驍龍8 Gen 1旗艦遊戲體驗依然贏不了兩年前驍龍865(類比哏:不明白為什麼有的家長支持禁網路遊戲,這樣別人不就發現你孩子沒出息其實是因為笨嗎)。

現在Android陣營狀況:好消息是驍龍865還能再戰,壞消息也是驍龍865還能再戰,形成「驍龍870倒掛驍龍888,驍龍888又倒掛驍龍8 Gen 1」奇景。

聯發科也出現倒掛:3月剛發表的天璣8100,用老一代台積電5奈米和老一代A78架構,展現出歷史最強能耗比,《原神》等大型遊戲測試,親手擊敗天璣9000,成為物理意義的「年度」旗艦。天璣8100:高通870接受我的挑戰吧!然後驍龍8 Gen 1和天璣9000應聲倒下。

三星製程和Arm新架構的「強強聯手」

兩代驍龍的熱情原因,大家第一個懷疑的就是三星5和4奈米。除了代工驍龍888和驍龍8 Gen 1,三星也用相同製程做了同樣「火熱」的Exynos 2100 / 2200,並為Google自研Tensor(唯一搭載雙X1超大核SoC)代工。除了相似製程和架構,「熱情」就是最大共同點。

半導體的晶體管密度,是衡量製程先進程度的重要指標。相同情況下,製程越先進,發熱越低,晶片能用同等功耗輸出更強性能,或用更低功耗做到相同性能。

據Wikichip數據,三星5奈米節點晶體管密度只有126.7MTr/mm2,4奈米LPE是145.8MTr/mm2。但台積電上一代5奈米就有171.3MTr/mm2,甚至台積電N7P都有113.9MTr/mm2。製程數字大家齊頭並進,但實際晶體管密度卻有1~2代差距。

如果只是製程拖累,驍龍8 Gen 1或許不至於這麼慘,但今年是三星製程和Arm新架構「強強聯手」的結果。

今年Android陣營遇到Arm推出Amrv8十年後第一次重大指令集更新:Armv9。驍龍8 Gen 1、天璣9000、Exynos 2200三大產品都換成X2+A710+A510架構。除去超大核X2性能原地踏步,大核A710能耗比也較明顯下降,最應提高能耗比的A510小核,只是續接前代A55小核的能耗曲線,性能更強但功耗也更大,導致晶片低負載功耗也上升。

架構升級反而導致實際性能倒退,7年前發生過一次,那是遙遠的2015年。那年「火龍」名號還屬於驍龍810。

蘋果2013年出其不意發表首顆64位元行動處理器A7,次年高通用台積電20奈米,驍龍810「強行使用」Arm首個64位架構A57,後面大家都知道了,驍龍808被迫成為「代理旗艦」,主流廠商跳過驍龍810,造成當年部分中國旗艦斷檔。那年也是三星唯一沒同時使用驍龍和自家Exynos晶片,Galaxy S6系列和Galaxy Note5都只有Exynos 7420版。

雪上加霜的是,Armv9架構X2和A510不再支援32位App,中國大量堅持32位元的落後App只能在三顆A710大核運行,造成「三核有難、五核圍觀」窘況。A710大核拉升CPU電壓,導致性能低功耗卻不低。

中國還有大量32位元App,甚至中國手機系統部分自帶App都還是32位元。驍龍8 Gen 1發表三個月後,OPPO、vivo、小米、應用寶和百度,終於4月聯手宣佈不再允許單獨上架32位元App,算是從根源促進中國App 64位元化。

對比蘋果iOS在2015年就要求App Store任何應用更新都必須含64位元版,到2017年iOS 11強制禁用32位元。回過頭看,Arm為了中國國情,A710特別保留支援32位元,真不知算好事還壞事。

另外提個Arm插曲。輝達2020年9月和軟銀達成收購協定,2022年2月宣布收購失敗,軟銀宣佈將在2023年讓Arm上市,時間「巧合」到大家調侃Arm新架構不行,是因為「Arm忙著被收購,沒心思搞架構」,但Arm公版架構前景才更讓人擔憂。Arm為備戰IPO準備全球裁員12%~15%,CPU架構被蘋果越拋越遠,這是內憂,外患自然是合作夥伴「叛逃」。

蘋果全平台轉向Arm的兩年間,M1、M1 Pro、M1 Max、M1 Ultra輪番更新大家對Arm陣營的認知。這和Arm官方架構的頹勢形成鮮明對比,並證明Arm指令集也可做高性能產品。其實高通也不是存心「擠牙膏」,2021年1月以14億美元收購晶片設計公司Nuvia,後者由三位從蘋果離職的晶片專家創立。Gerard Williams設計蘋果A13和以前CPU,也可能參與A14和M1系列晶片設計,所以外界普遍猜測,高通將回到全自研架構。

註:高通驍龍2007開始就是自研架構,2016年驍龍835放棄自研架構,開始以Arm公版架構為基礎修改。三星Exynos則是2016年Exynos 8890開始用自研貓鼬大核架構,堅持到2020年Exynos 990(第五代貓鼬M5),2021年重歸Arm公版懷抱。

SoC重要性從未如此突出

2017年前中國旗艦最大優點就是良心頂級規格+驍龍晶片,這兩年最大遺憾就是晶片。晶片好的手機不一定好,但晶片差的手機絕對差。任螢幕、續航、充電、相機規格有多強,只要晶片差,就是漏水的木桶。

大眾從未如此深刻體會SoC晶片對手機的重要性,習慣了SoC不斷進步(最起碼不會倒退),如網友所說:2017年驍龍835時,看處理器買手機的人,網路被噴得一無是處。到了2022年,所有人都看處理器買手機。

摩爾定律從未失效,新晶片性能都會被新軟體吃掉。就算這兩年Android平台CPU性能原地踏步,甚至倒退,中國軟體也從未停止前進的腳步。QQ內建虛幻引擎成為真正中國3A大作,微信、淘寶也從未停止新增趣味功能腳步。比「老旗艦因新版App變慢」更慘的是「新旗艦流暢度還贏不了老旗艦」。

不幸,但不完全不幸的華為

「當蘋果拿2顆M1 Max結合,並幫顯示器裝A13時,華為只能從倉庫找一年半前割好的晶片,一次次遮罩下去以苟延殘喘」。

華為受禁令影響,麒麟9000成為絕唱,這是不幸,但時機卻是不幸中的大幸。華為遇上Android陣營「失落的兩年」:麒麟9000是非常爭氣的A77架構,後面是驍龍888 X1和擠牙膏A78架構,再過一年是驍龍8 Gen 1的X2+A710+A510。

鴻蒙起步時Android 10同樣是瓶頸前,之後Android 11和Android 12,其他中國系統可吃了不少苦頭。和華為運氣形成鮮明對比的是魅族:聯發科遇上最好的魅族,魅族錯過了最好的聯發科。

放大到行業層面,2020~2022是中國旗艦衝高階機的關鍵時間。華為讓出高階空間的兩年,中國旗艦進步巨大,大家都用2K螢幕、充電倍數秒殺蘋果和三星、中國系統百花齊放、拍照不把iPhone放在眼裡(當然影片還是iPhone最強),可說中國廠商把能放出來的東西都準備好了,卻遇上2021年驍龍888和今年驍龍8 Gen 1。

海思在最風光時「急流勇退」,可惜但不算可憐。網友調侃「高通有情有義,麒麟被制裁真的會等,也真會激勵發哥變強」,大家還以為是高通幫華為拖住其他Android廠商。蘋果旁邊看Android陣營內鬥,庫克含淚收割高階市場。

▲ Counterpoint數據。

三星已成擺設的中國,只有蘋果一個對手,其他品牌填不了華為的空白,這是值得中國人銘記的恥辱:2021年中國高階手機佔比(售價600美元以上),從2020年44.6%降到36.5%,全部Android手機加起來都贏不了iPhone。截至4月6日,中國旗艦門面的小米12系列首月銷量是前代41%,雖有新冠疫情影響,但晶片要負多少責任就由大家自行判斷了。

同樣諷刺的是,擁有華為以前通路的榮耀以極速崛起。從榮耀50到榮耀60,從Magic3到Magic4,產品力能感覺到榮耀被耽擱大半年,但和其他旗艦一樣用驍龍晶片的榮耀,用銷量證明單純產品力在絕對管道力面前頗無力。事實又何嘗不是打在產品經理臉上的響亮耳光。余承東說華為明年強勢回歸,大家也很好奇,那時榮耀會以什麼身分繼續走跳江湖?

手機市場每隔幾年就有「江郎才盡、看到天花板」說法。2017年小米MIX開啟全螢幕時代,為智慧手機續命兩年;華為帶起大感測器和長焦鏡頭軍備競賽,又為中國旗艦提供三年發展期。

現在手機市場和中國A股一樣茫然,看不到未來的路。A股只有上下兩個走向,且總會觸底,但中國手機卻越發迷茫。幾乎不變的外觀、進入瓶頸期的螢幕、充電和拍照、中國廠商控制不了的SoC都提醒我們,手機廠商也沒找到下一個發展方向。但此時唯一能確定的是,下個風口不是摺疊螢幕手機。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:pixabay