三星蜂鸟的出击——手机处理器系列（四） - 全文

　　此前，我们网站相继推出了TI，高通，英伟达的手机处理器系列报道，使大家了解了更多处理器方面的信息，这次我们继续介绍处理器另一个巨头三星系列。

　　异军突起的三星Exynos系列手机处理器

　　受益于Android平台的快速发展，三星手机在近些年所取得的成就可谓有目共睹。据相关机构的最新数据显示，三星手机已经超越老牌厂商诺基亚成为全球出货量最大的品牌，同时与苹果联手占据了全球手机行业利润的90%。而在这些光鲜亮丽的数据背后，三星电子自主研发生产的手机处理器起着至关重要的作用，而其旗舰GALAXY S系列智能手机能够在全球范围内销量屡破记录，很大程度上也得归功于三星手机处理器的出色的性能表现。

　　虽然三星在手机处理器行业的资历不如之前所介绍的三家巨头，但三星在随后的几年中凭借着强大的技术优势，在短短几年中也取得了令人瞩目的成就，推出了包括蜂鸟以及猎户座等广受好评的明星级手机处理器。然而，真正让三星手机处理器开始走进大众视野，还得归功于苹果iPhone手机。

　　三星处理器同样基于ARM内核架构研发

　　或许很多人不知道，苹果iPhone前期的产品所搭载的正是三星所研发生产的手机处理器，其中S5L8900型处理器被应用于2007年苹果发布的第一代iPhone及2008年推出的iPhone3G。与其他几大处理器行业的巨头一样，三星也是通过购买ARM公司相关授权，继而在所提供的内核架构基础上进行定制修改，从而形成自己的处理器芯片。

　　苹果2007年发布的第一代iPhone搭载的就是三星S5L8900处理器

　　其中，这款早期的三星S5L8900处理器就是基于ARM 11内核架构所研发的，采用现在看来早已落伍的90nm工艺制程技术，核心频率为412MHz（最高可达620MHz），集成16KB一级缓存且不带二级缓存单元，拥有的可运行内存（RAM）也仅为128M。

　　而在图形处理方面，三星S5L8900搭载的则是同样采用90nm工艺制程的PowerVR MBX-Lite型GPU，该款GPU支持硬件多边形转换与光源处理。但从目前来看性能已是相当低级，仅相当于DirectX 6/7水平，其多边形生成率为4M/s，象素填充率为1.25亿/秒。

　　苹果2007年发布的第一代iPhone搭载的就是三星S5L8900处理器

　　由于处理器内核架构较为低级以及制程技术较为落后，三星S5L8900处理器的整体性能表现如今看来早已落伍，仅相当于PC时代的486处理器的水平。这也是为何很多用户反应，iPhone/iPhone3G在升级到iOS4系统后会明显表现出系统反应迟缓，速度奇慢，打开普通程序都能感觉到明显延迟的原因。

　　归根结底还在于，其搭载的三星S5L8900处理器整体性能偏低，128MB的运行内存根本不足以支撑iOS4系统的流畅运行，当然也就更别提升级到后续的iOS5系统。这样看来，用户也就无需抱怨苹果在推出新系统后抛弃老iPhone用户，的确是由于硬件本身不支持的客观因素存在。

　　基于Cortex-A8架构的S5PC100处理器面世

　　随着ARM公司在ARM 11内核架构基础上，升级推出了第一代基于ARMv7指令集的Cortex-A8内核架构之后，三星也及时跟进推出了基于Cortex-A8内核架构的S5PC100型处理器。除了内核架构更为先进之外，三星S5PC100也采用了更为先进的65nm工艺制程技术，核心主频可达667MHz（最高可达833MHz）。

　　三星S5PC100处理器架构图

　　此外，三星S5PC100处理器所集成的一级缓存已由16KB升级到32KB（16KB指令缓存和16KB数据缓存），同时还增加了S5L8900所不具备的256KB二级缓存。

　　而由于ARM所提供的Cortex-A8内核架构相比此前的ARM 11内核架构，不仅流水线级数由8级提升至13级，并且执行模式也升级为2-issue，能够同一时间向流水线送入两条指令进行处理，执行效率上得到大幅提升。

　　不仅如此，Cortex-A8内核架构还在ARM11架构的向量浮点运算单元基础之上，添加了高级SIMD引擎和双精度浮点寄存器。这些内核OpenGL 2.0架构上的革新对三星S5PC100处理器整体性能的提升是显而易见的，同时先进的65nm制造技术还可以在保证性能的同时很好地控制处理器的功耗。

　　而在图形处理方面，三星S5PC100同样也进行了大幅升级，所搭载的GPU已由PowerVR MBX-Lite一跃升级为65nm工艺制程的PowerVR SGX535，其多边形生成率达到了28M/s，象素填充率为2.5亿/秒，支持OpenGL 2.0标准API编程接口。而在视频播放方面，S5PC100集成了一个支持720P的多格式解码器（MFC）视频引擎，可以保证30FPS帧率的流畅视频编码，整体性能上相比PowerVR MBX-Lite已经有了成倍的提升。

　　苹果iPhone3GS搭载的正是三星S5PC100型处理器

　　而正是得益于三星S5PC100的强大性能，该处理器也被应用于苹果于2009年推出的iPhone3GS上，也正是由于处理器得到了改进，iPhone3GS可以流畅地运行iOS4系统，甚至后续苹果推出的iOS5系统也完美支持iPhone3GS。

　　应该说，苹果iPhone系列手机能够发布之后的短短几年时间里牢牢占据市场成为用户的新宠，除了苹果本身无可挑剔的强大工业设计能力以及iOS系统的良好体验之外，所搭载的三星手机处理器在其中也扮演了不可或缺的角色。当然，从另一个角度来看，苹果iPhone的成功也为三星手机处理器逐步在用户心中建立良好口碑打下了基础。

　　让三星手机名声大噪的蜂鸟处理器

　　如果说早期苹果iPhone的成功让三星手机处理器走进大众视野，那么其后续推出的蜂鸟系列处理器则是真正让三星手机处理器在业界名声大噪并且广受好评。

　　在高通于2009年率先在业界推出主频达到1GHz的QSD8250处理器之后，手机处理器行业的竞争已开始趋于白热化。到了2009年末，三星正式在S5PC100的基础上推出了研发代号为Hummingbird的S5PC110处理器，也就是我们后来所熟知的蜂鸟处理器。

　　三星S5PC110（Exynos 3110）处理器架构图

　　这款同样基于Cortex-A8内核架构的三星S5PC110处理器却在架构进行了深度优化，不仅采用了当时业界最先进的45nm工艺制程技术，同时所集成的一级缓存已升级为64KB（包括32KB指令缓存和32KB数据缓存），同时二级缓存也升级为512KB，最大支持512MB DDR2内存，核心主频提升至1GHz。

　　而在图形处理器方面，三星S5PC110搭载了堪称当时手机上最强大的PowerVR SGX540型GPU，像素填充率是此前PowerVR SGX535上的两倍，达到5亿每秒。而在视频表现方面，三星S5PC110还拥有独立的PowerVR VXD370硬解视频子系统，配合GPU上的DSP模块，可以轻松实现H.264，VC-1，MPEG4等多格式720P视频的编解码，最高可达1080P。同时其内含的HDMI1.3接口还支持视频输出到其他显示设备上。

　　也正是由于基于Cortex-A8内核架构进行深度优化后，三星S5PC110处理器的性能得到充分展现，也让其成为当时所有采用Cortex-A8内核架构中性能最强的处理器，号称“单核之王”。凭借S5PC110的强劲性能表现，三星推出的GALAXY S系列首款产品I9000（网购最低价 1999.0元）在搭载了这款处理器之后，迅速得到了用户的认可，该机在上市当年销量就轻松突破千万台，为GALAXY S家族产品的成功奠定了坚实的用户基础。

　　另外，相比与其他手机处理器厂商，三星不仅拥有自主研发手机处理器的核心技术，旗下的工厂还拥有自主生产手机处理器的工艺实力，完全无需像高通等厂商一样还需寻求台积电等第三方代工厂进行生产。

　　为三星GALAXY S系列产品打响品牌的I9000

　　除了三星I9000之外，三星S5PC110处理器还被用在谷歌Nexus S、三星Wave S8500以及三星GALAXY Tab（P1000）等明星产品上，当然包括当年的国产神机魅族M9（网购最低价 1499.0元）搭载的也是这款三星处理器。甚至包括后期在苹果iPhone4搭载的A4处理器，也是基于这款三星S5PC110处理器架构进行深度定制优化的，主要是简化了不需要的组件，并将二级缓存升级到640KB，从而在降低功耗的同时也提升了A4处理器的性能。

　　苹果iPhone4上的A4处理器基于蜂鸟处理器架构深度优化

　　虽然后来苹果与三星这两家电子巨头在全球各地上演着不同的专利官司纠纷，并互相指责。但不可否认的是，至少在手机处理器方面，两家一直保持着令外界难以捉摸的微妙合作关系。

　　可能很多用户也发现，三星早期推出的处理器产品型号夹杂着数字和字母，比较难记。为了更好地宣传三星自有的处理器品牌，在2011年2月三星正式将自家的处理器品牌命名为Exynos，而由于这款蜂鸟S5PC110在三星处理器家族中拥有不可替代的历史地位，因而三星之后将其“追封”为Exynos 3110。

　　猎户座处理器在双核时代继续打拼

　　随着行业竞争的加剧，手机处理器的性能得到了重大提升，特别是Nvidia在2010年初CES大会发布的全球首款双核心处理器芯片Tegra2，更是直接将手机处理器的竞争拉入到了双核时代。

　　紧随Nvidia之后，包括高通以及TI等竞争对手均实现了双核手机处理器的量产上市，这其中就以高通MSM8x60系列以及TI推出的OMAP4430/4460等产品最为引人关注。与此前三家巨头的积极表现不同，三星直到2010年9月才正式发布其自家研发代号为Orion的双核处理器平台，也就是我们后来所熟知的猎户座处理器，其首款产品Exynos 4210也于2011年初正式量产上市。

　　拥有强大性能的三星Exynos 4210猎户座双核处理器

　　作为最晚推出的三星Exynos 4210在规格上也是同级产品中最强大的，与其他同级产品一样，三星Exynos 4210同样也是基于ARM公司授权提供的Cortex-A9内核架构研发的。关于ARM公司的Cortex-A9内核架构与此前的Cortex-A8架构在性能的区别，我们此前已经做了深度的解析，这里就不再赘述。总之，加入了乱序执行能力的Cortex-A9内核架构在性能与功耗控制上均有极大地提升。

　　三星Exynos 4210猎户座双核处理器架构图

　　三星Exynos 4210处理器依旧沿用了45nm工艺制程技术，拥有两个主频达到1.2GHz的Cortex-A9处理核心，相比于其他同级产品的优势在于内存以及GPU上。三星Exynos 4210除了拥有64KB的一级缓存（32KB指令缓存和32KB数据缓存）以及1M的二级缓存之外，还是唯一一款支持DDR3内存和双通道的处理器，而对DDR2的支持也达到了最顶级的LPDDR2 1066，拥有6.4GB/s的内存带宽，最大限度地将处理器的性能发挥出来。

　　三星Exynos 4210猎户座双核处理器架构图

　　而在图形处理方面，三星Exynos 4210则搭载了ARM自行研发设计的Mali 400 MP多核心GPU，该GPU整合了当时业界最先进的4核心设计，可提供卓越的二维和三维加速性能，使得其单核多边形输出率达到30M/秒，而像素填充率达到了1.1亿像素每秒。在视频编解码方面，三星Exynos 4210也沿袭了一贯以来的优势，可以轻松实现包括H.264在内的多种视频格式的1080P级的编解码。此外，三星Exynos 4210还支持单路WXGA和双路WSVGA视频输出，支持HDMI v1.3a高清标准以及1080P、30fps标准高清视频的拍摄功能。

　　三星Exynos 4210处理器所集成的ARM Mail 400型GPU

　　正是由于三星Exynos 4210强大的性能表现，在包括三星I9100（网购最低价 999999.0元）、三星 Galaxy Tab 7.7以及三星GALAXY Note等明星Android产品上均搭载了这款处理器，当然双核版魅族MX同样也延续传统搭载了这款处理器。

　　再创销量奇迹的三星I9100搭载Exynos 4210处理器

　　双核Exynos 4210的发热问题引人关注

　　需要注意的，虽然三星Exynos 4210本身的性能很强大，但随之而来的高功耗也是不小的问题。这其中三星Exynos 4210的芯片面积达到了118平方毫米，相比于其他49平方毫米的Tegra2以及69平方毫米的OMAP 4430等竞争对手大很多，这也无形中导致该芯片发热量过大，这也是为何有些用户反应长时间使用I9100等产品会明显感觉到机身很烫的重要原因。

　　搭载三星Exynos 4410双核猎户座处理器的魅族MX

　　另外，三星Exynos 4210是首款搭载Mail400型GPU的处理器，该GPU的性能参数指标虽然很强大，但由于初期市场占有率较少且支持的特效也较少，游戏厂商也没有针对这款GPU做更多的优化，因此在游戏体验方面还是存在一定兼容性问题。不过随着之后I9100以及GALAXY Note等产品的大卖，大部分游戏也开始针对其进行了优化，因此在体验方面依旧有保证。

　　采用32nm HKMG工艺使得猎户座处理器功耗改善

　　正是由于三星Exynos 4210的高功耗以及发热量过大等问题较为突出，三星于2011年9月在Exynos 4210的基础上推出了升级版的Exynos 4212。相比于前代产品，三星Exynos 4212最大的改进在于采用更先进的32nm高-K 金属栅极（HKMG）低功耗工艺，三星的32nm HKMG工艺节点是专门调整的，以提供一个2倍的逻辑密度及比上一代低30%功率水平的有竞争力的前沿平台。

　　后续推出改进制程工艺的Exynos 4212型处理器

　　虽然同是基于Cortex-A9内核架构研发的，但凭借更先进的制程技术，三星Exynos 4210的最高核心主频已提升至1.5GHz，整体处理能力提升25%。此外，新的处理器集成了增强型的Mail400型GPU，可实现这使得整体性能上相比前一代产品已有了50%的提升，而配合新增支持的HDMI1.4标准接口，可实现对70fps的3D（网购最低价 7659.0元）视频的输出。

　　需要注意的是，三星自主研发的处理器一般都是自产自销（少量供应给其他厂商，如魅族），广泛应用在三星高端智能手机或平板上。

　　搭载TI OMAP3630处理器的三星I9008L

　　但随着三星智能手机及平板等产品在全球范围内的热销，处理器产能出现供不应求的状态，因而三星也会针对不同市场或运营商定制的需求，推出搭载其他厂商处理器的终端产品，包括搭载TI OMAP3630处理器的三星I9003/I9008L以及搭载Tegra 2双核处理器的三星I9103等产品。

　　四核猎户座助力GALAXY S3全球热销

　　时间来到了2011年末，Nvidia再一次保持了业界领先的更新速度，率先推出了全球首款四核心手机处理器芯片Tegra3，紧随其后HTC也于2012年初的MWC大会上正式推出了搭载该处理器的HTC One X（网购最低价 4199.0元）。而作为目前手机行业产品销量最大的厂商，三星手机自然不会怠慢，其最新的四核处理器Exynos 4412也正式登场亮相。

　　三星现有Exynos家族产品性能对比

　　虽然在核心架构上，三星Exynos 4412与此前双核时代的Exynos 4212/4210并无区别，但其最大的改进除了新增两个Cortex-A9处理核心之外，还采用了与Exynos 4212一样的32nm高-K 金属栅极（HK/MG）低功耗制程工艺，单核心最高主频可达1.4GHz，并且支持双通道LPDDR2 1066内存。

　　此外，在图形处理方面，虽然三星Exynos 4212同样搭载的是ARM的Mail 400 MP型GPU，但运行频率已由此前的266MHz提升至400MHz，这值得GPU方面的整体性能提升有50%左右。

　　ARM自主研发的各款GPU性能对比

　　同时，更先进工艺制程技术除了能够使得处理器性能得到大幅提升的同时，功耗控制上也有了明显的改进。与上一代45nm 制程工艺的双核Exynos 4210处理器，三星Exynos 4412在性能提升一倍的同时，电量消耗也节省20%。

　　为了更直观的体现三星Exynos 4412/4212/4210这三款主流手机处理器在性能以及功耗控制上的差别，三星官方给出了一段视频展示。

　　三星Exynos 4412/4212/4210处理器性能对比

　　从视频中可以明显看出，当Exynos 4210和Exynos 4212的GPU都运行在266MHz的频率下，而Exynos 4210和Exynos 4212的CPU则运行在1.2GHz和1.5GHz的情况下，尽管Exynos 4212的CPU频率比Exynos 4210高25%左右，但结果显示采用32nm HKMG工艺的Exynos 4212功耗方面还是比45nm工艺的Exynos 4210低40%左右。

　　1.2GHz的Exynos 4210在CPU满载的平均功耗达到了1.6W，而Exynos 4212还不到1W，而双核版MX采用的CPU频率则高达1.4GHz，因此可想而知满载情况下很可能接近2W，足足是Exynos 4212的两倍。

　　这种差距在实际使用情况中会进一步拉大，四核Exynos 4412处理器在性能上达到双核处理器Exynos 4210两倍的同时，其功耗却只有其八成左右，这也就意味着四核Exynos 4412不仅性能更有保证，而且功耗控制上也将更为出色，这将直接体现在手机的续航能力上。

　　此外，32nm HKMG工艺所带来的功耗改进还体现在GPU上，当Exynos 4210的GPU频率维持在266MHz情况下，基于同样的GPU功耗，四核Exynos 4412能够让同款GPU运行频率达到400MHz，从而使得GPU性能实现50%的提升。

　　总之，四核Exynos 4412可以说是双核Exynos 4210的完美工艺改进版，对比已量产上市的双核Exynos 4210处理器芯片，在同样CPU性能下功耗可降低60%，而同样功耗的情况下GPU性能提升80%左右。除了功耗上的区别之外，三星Exynos 4x12在硬件方面还是有其过人之处，如引入了专用图像处理器用于提升手机的拍照画质。此外，Exynos 4x12的HDMI接口也从1.3升级到了1.4，从而支持3D视频输出，而解码器也针对这个进行了强化支持3D视频解码。

　　如此看来，三星此前推出的Exynos 4412处理器的地位显得有些尴尬，或许是Nvidia Tegra3四核处理器芯片的迅速上市打乱了三星处理器的产品布局，迫使三星首先让后续的四核Exynos 4412量产上市以实现有效竞争。

　　三星Exynos 4412四核猎户座处理器助S3热销

　　凭借着四核Exynos 4412处理器所展现的强大性能以及出色的功耗控制，搭载这一处理器的GALAXY S3在上市之后的短短几月便在全球突破销量千万台，这足以证明三星Exynos 4412处理器的强大。

　　而相比于率先推出的Nvidia Tegra3四核处理器芯片，三星Exynos 4412的优势是显而易见的。这点主要体现在制程技术以及内存标准上，由于三星Exynos 4412采用的是32nm HKMG制程工艺，比采用40nm制程工艺的Tegra 3更先进，这也就直接导致在实现相同性能的同时功耗控制将更加出色。

　　此外，三星Exynos 4412支持双通道LPDDR2 1066内存，而Tegra 3仅支持单通道LPDDR2 1066内存，这也一定程度上影响了Tegra3的整体性能。这也是为何在很多媒体的测试中，搭载Tegra 3的HTC One X会在各项跑分中会比搭载Exynos 4412的GALAXY S3偏低的重要原因。

　　或许当下，能够与三星Exynos 4412一较高低的也只有高通此前基于28nm制程工艺的骁龙S4系列处理器，不过由于高通S4处理器一直受产能所限，目前市面上搭载这一处理器的产品仍较少，后续我们会为大家带来这两款处理器的详细性能对比。

　　全新Cortex-A15内核架构猎户座蛰伏出击

　　随着ARM公司拥有更低功耗更强性能的全新Cortex-A15内核架构的发布，手机处理器厂商之间又将开始一场新的角逐。目前几大主流厂商均已公布了基于Cortex-A15架构的产品布局，而作为后来居上的三星自然也紧跟趋势，于2011年12正式公布了旗下基于Cortex-A15内核架构的Exynos 5系列处理器平台，也就是即将面世的全新猎户座处理器。

　　更低功耗更强性能的Cortex-A15内核架构

　　根据目前已有的资料显示，下一代Exynos 5处理器除了继续沿用32nm HKMG制程工艺之外，还将拥有2个可达主频可达2GHz的Cortex-A15核心架构处理器之外。同时Exynos 5的64BIT的内存控制器可以提供达到12.8Gbyte/S的带宽，支持1600MHZ的高频率，还将支持DDR3L。

　　即将面世的三星Exynos 5系列处理器

　　而在GPU方面，Exynos 5处理器将集成ARM自主研发设计的下一代“Midgard”架构的Mali T604型GPU，该GPU使用了创新性的“Tri-pipe”三管道设计，核心数量最多可配置至4核。此外，还提供了完整的64bit精度的浮点运算功能，以及基于OpenCL 1.1/1.2、OpenVG 1.1、OpenGL ES 1.1/2.0等通用标准API的支持，特别是新增对DirectX的支持为桌面和移动设备的3D沟通搭建起了一座桥梁，极大地提升了该GPU的游戏体验兼容性，并且整体性能相比上代产品将提升5倍左右。

　　性能相比前代提升5倍的ARM Mail T604型GPU

　　由于该系列处理器产品仍处于研发阶段，三星官方并未给出太多关于这款Exynos 5处理器的相关介绍，或许在年底我们就能见到这款处理器的真面目。

　　小结

　　至此，本文大致上为大家介绍了三星手机处理器的整体发展，以及旗下产品的优势。虽然三星推出的手机处理器产品型号并不多，但每款处理器的性能在同级产品中均有显著的优势，包括单核时代的蜂鸟以及双核四核时代的猎户座处理器，都给用户留下了深刻的印象。三星GALAXY S系列智能手机能够在短短几年时间，在全球范围内热销达到6000万部，一定程度上三星处理器起到了不可替代的作用。

　　三星公司logo
       在整个半导体行业来说，三星可谓是一个帝国，正如某些网友所说，目前只有三星能够完完全全运用自己的产品制造出一部手机，我们国内的厂商如何才能够在半导体行业占领一席之位呢？那就要看各位的努力了。