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以文本方式查看主題 -  熊蓋站 (http://localhost/phpwind//index.php) --  手機 & 手錶 (http://localhost/phpwind//thread.php?fid=21&page=1) --  【評測】主流四核手機處理器頻率穩定性測試 (http://localhost/phpwind//read.php?fid=21&tid=40232)

--  作者：andy6989 --  發佈時間：2013 08 12 7:39 AM --  【評測】主流四核手機處理器頻率穩定性測試 【SoC頻率的簡單科普】 在測試開始之前，需要做點簡單的科普。手機處理器標識一個頻率，如四核1.6GHz，並不是永遠都穩定運行在1.6GHz，而會依據任務負載和溫度進行調節，如待機的時候僅為200MHz,在視頻播放時候則為600MHz，滿載遊戲時才運行在1.6GHz。 在高負載時候，也不是一直運行在最高的滿頻，而是會有個溫度閥值，當溫度到達設定的溫度則會強行降頻，降頻、溫度下來後又會重新提高頻率，之後不停的這樣反覆。這樣的系統在三星或者NVIDIA的系統裡叫DVFS(動態電壓和頻率調節)。 以三星Exynos 4412處理器為例，它內置溫度傳感器，將檢測SoC溫度傳遞給TMU熱功耗控制單元。如果溫度過高，通過高優先級的中斷控制器控制電源管理器的時鐘控制器和CPU降頻，保證系統溫度在合適範圍，溫度太高還會強行關閉系統，保證系統安全。DVFS可以單獨調節CPU核心、L2緩存、GPU、內存接口和其他外圍電路的電壓和頻率。 當然，如果是Exynos 5410這個系統還會更為複雜，因為它是big.LITTLE A15+A7混合結構，系統除了頻率調節，還會動態切換A15和A7的大小核心的工作狀態。 本文的目的就是通過比較系統的測試，來探討幾款主流手機SoC的頻率穩定性問，包含三星Exynos 4412/5410、高通驍龍800/600、NVIDIA Tegra 4、聯發科MT6589T、Intel Atom Z2580。除了Exynos 5410、Atom Z2580之外都是四核，但三星的這個所謂八核其實最多也只有四個核心可以工作，Intel的則是雙核支持超線程，把它們劃入四核也說得過去。 具體測試方法，我們使用Stablity Test 2.7的Classic Stablity Test來進行CPU負載，使得處理器一直處於滿載(GPU為空載)。使用Android Tuner來進行頻率和溫度的監測。 【三星Exynos 4412】 首先測試的是魅族MX2，採用的三星Exynos 4412，Cotrex-A9四核，最高頻率為1.6GHz。 MX2的待機頻率為200MHz，待機溫度為43度，處理器最高頻率為1.6GHz。在滿負載情況下，40秒後處理器溫度為84度，頻率在1.6和1.4GHz之間波動，60秒後，頻率穩定降到1.4GHz。6分鐘後4412的溫度達到88度，頻率在1.2和1.4GHz之間波動。10分鐘後，波動範圍會到1.2GHz到1.4GHz。 MX2的溫控策略設定比較開放，在高溫情況，頻率穩定性依然很高，雖然這樣可以獲得更好的性能，但導致處理器和機身外表溫度過高，這也是MX2總被用戶抱怨高溫的主要原因，另外一方面，這也是MX2有智能頻率調節，依然提供性能/均衡/省電模式的原因。 【三星Exynos 5410】 第三個測試的是採用三星Exynos 5410的GALAXY S4，其為big.LITTLE A15+A7混合結構。 GS4的待機頻率為250MHz，並且由於是小核心的A7待機，因此功耗和溫度都很低，待機溫度僅為35度。滿負載後處理器最高頻率為1.73GHz，20秒後5410處理器溫度為78度時候開始降頻，頻率在1.6和1.2GHz之間波動，降頻之後，溫度馬上下降，在大概10秒後，溫度又恢復到1.6GHz，但在1.6GHz堅持不了幾秒，又降頻到1.2GHz（其實這個狀態應該是切換到A7 1.2GHz，高頻和低頻其實是A15和A7之間的反覆切換），然後再反覆，反覆2次後，降頻頻率則會到達1GHz和0.6GHz，繼續反覆以大約以10秒為單位的反覆升頻降頻，不停輪迴，並且在時間稍長後，低頻和高頻的範圍降低到0.6GHz到1GHz，而最高溫度可達91度。 再來看看CPU和GPU同時負載的情況，我們使用CPU+GPU Stablity Test進行測試。由於處理器總計TDP熱設計功耗是恆定的，Exynos 5410搭載的533MHz SGX544MP3也需要佔用一部分TDP，為了使得CPU+GPU整體功耗不超過TDP，因此CPU在GPU有負載時CPU頻率被限制，最高僅為1.2GHz。 【高通驍龍600】 第二個測試的是採用驍龍600的VIVO Xplay，其為Krait 300四核架構，最高頻率為1.73GHz。 XPlay的待機頻率為384MHz，處理器最高頻率為1.73GHz。在滿負載情況下，20秒後處理器溫度為75度開始降頻，頻率在1.73和1.13GHz之間波動，3分鐘後，頻率則在0.81、1.13和1.72GHz之間波動。最高溫度為75度。 VIVO對於Xplay的溫控策略比較保守，在75度就開始下降，同時Xplay機身散熱做得比較出色，使得其溫度相比MX2和GS4都要低。當然這個設定各個廠商可以自行修改，如中興的Grand S和Niubia Z5為了更好的穩定性，溫控策略更為保守，頻率下降會更快。而如小米2S這樣的「發燒手機」為了追求極致性能，在溫度閥值則設定更高，使得頻率穩定性更好，即使高溫也無所畏懼。 【高通驍龍800】 驍龍800是高通最新的旗艦，採用4核Krait 400核心+adeno 330 GPU，性能十分強大，我們驍龍800測試採用索尼旗艦L39h進行。 由於驍龍800追求性能，採用台積電為高頻優化、而漏電率稍高的HPm工藝，驍龍800滿載溫度上升很快，在達到滿負載的2.15GHz頻率後，溫度瞬間就到達73度，同時由於溫控策略的保守，在達到2.15GHz滿頻瞬間的同時，就開始降頻，很快得階梯狀地降頻到1GHz以下，而且不同於三星Exynos 5410還會高頻低頻來回跳動，而驍龍800得頻率就是一蹶不振了。 2.15GHz的處理器，實際穩定運行的頻率還不到1GHz。這個頻率穩定性比於三星Exynos 5410還慘。 【NVIDIA Tegra 4】 Tegra 4是NVIDIA的A15旗艦，採用4+1的組合形式，我們本次測試的Tegra 4設備是東芝的平板AT703。Tegra 4雖然標稱頻率為1.9Ghz，但其卻採用了和Intel睿頻類似的方式，僅僅是在單核心負載時可以瞬間到達1.9GHz，而4核心同時滿載，頻率者被限制在1.3-1.4GHz(當然，Tegra 4的頻率按照Intel的算法，而應該算是四核1.4GHz，而不是1.9GHz)，但頻率穩定性很不錯，不會進一步下降，其最高溫度僅為68度，除了低頻，這樣的表現同時得益於低漏電的HPl工藝。 此外我們本次評測的平台為平板，內存和CPU和分開佈置，如果Tegra 4運用到手機，考慮空間問題，一般會採用內存和SoC的POP層疊封裝，這樣SoC的導熱率會大大降低，必然會導致溫度上升，頻率穩定性降低。 【聯發科MT6589T】 4核A7架構1.5GHz MT6589T，測試機型為金立X817，在CPU滿載10分鐘後，頻率依然可以穩定1.5GHz，不過由於MT6589T處理器內部並未集成溫度傳感器，我們並無法獲得處理器溫度的讀數，當然我們觸摸機身表面，即使長時間滿載，測試機型表明並沒有明顯溫感，這要很大程度得益於A7核心的低面積和低功耗。甚至在很多情況穩定的1.5GHz A7性能表現還要由於理論性能更好的大核心。 【Intel Atom Z2580】 IntelZ2580測試，使用的測試機型為中興Geek，其採用atom Z2580處理器，2C4T，內置SGX544MP2 GPU，還是採用相同的測試方法。 Z2580桌面待機31度，基本和空調房的室溫一樣，而在CPU滿載測試10分鐘後，其頻率依然可以完全穩定2GHz不動搖，在頻率穩定性上十分好，並且其核心溫度最高僅為43度，遠遠低於ARM處理器的溫度。 而使用CPU+GPU同時滿載測試，Z2580 CPU頻率會在800-2GHz之間跳動，這是由於CPU和GPU共享TDP上限，原來3W的熱功耗僅由CPU發出，而現在GPU佔用了很大部分的TDP，而CPU只能降頻，這樣才能使得SoC整體功耗在TDP允許的範圍之內。在CPU+GPU同時滿載，SoC的溫度也更高，達到了46度，但這個溫度相比ARM動輒80-90度還是低太多。 【性能分析】 最後引入一個平均等效效能的概念。首先需要一個平均頻率，這個頻率大概是以不同頻率的工作時間比率加權計算得出。第二個要素為核心執行效能，這個單位為DMIPS，這個是每MHz得指令處理能力，A9、Krait和A15各不同，分別為2.2、3.3和3.5，這個數據和最高頻率和平均頻率相乘，可以計算出峰值性能和平均性能，如下表： 當然，這個性能僅僅是理論性能，與實際性能還是有差別，但還是可以說明一些問題：Krait和A15的理論性能更高，但由於芯片規模過大，功耗更高，使得其在頻率穩定性上更差，平均穩定頻率更低，並且隨著測試時間的加長，這個穩定頻率會大幅下降，使得其性能相比上一代的A9架構並沒有多大差別，甚至不如。 簡單點舉例說，三星Exynos 5410長時間運行，穩定頻率僅為0.6-1GHz，而相同情況三星Exynos 4412的頻率則為1.2-1.4GHz，雖然A15架構的單位頻率效能更高，但由於頻率降低的幅度太大，單靠架構效能的優勢並不能彌補，使得其性能還不如4412。 導致這樣情況發生的原因在於，SoC硬件規模的提升幅度大於工藝進步的幅度，現在28nm LP/HKMG工藝還不能很好支撐起A15和Krait的規模。也可以說A15和Krait的效率過低，規模提升幅度遠遠大於性能的提升幅度，這也充分顯示出ARM架構的局限性。

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