全志a10、a20、a31处理器及方案透析

随着国内几家主流主控处理器厂商相继推出各自的四核芯片，今年的平板电脑市场全面迎来了四核时代。在已有的几款四核产品中，全志的a31可谓有些特立独行。

       去年12月，单核时代的黑马全志直接跳过双核平台推出了四核芯片a31。与其他方案普遍采用arm cortex-a9内核不同的是，该芯片并没有采用性能更高的cortex-a9，而是采用了具有功耗优势的cortex-a7内核；除cpu与众不同 外，a31的图形处理单元也并没有像前一代的a10和a20一样采用arm mali 400系列gpu，而是配备imagination的powervr sgx544mp2 gpu。

      为什么a31采用的是cortex-a7而不是别人都采用的cortex-a9呢？答案是低功耗设计考虑。对于移动产品来说，低功耗设计是永恒不变的主 题，在有高性能的同时，一定要保持更低的功耗。cortex-a7正是遵循了这样的设计思想，它能在保证性能的基础上提供出色的低功耗表现，迎合移动计算 时代的需求。arm自己对cortex-a7的评价是“arm史上能效比最高的处理器”。除了具有高能效比外，cortex-a7是arm最新一代的多核 核心，具有比cortex-a9更为先进的架构，比如加强了浮动运算能力，具有最新的指令集，可支持1mb内嵌式l2 cache，支持多个操作系统同时运行，支持1tb内存等，这些都是cortex-a9所不具备的。

       另外cortex-a7还可以无缝兼容cortex-a15，满足未来cpu cortex-a15 a7大小核架构的发展趋势。全志平板电脑产品经理王康表示，随着移动设备上游戏、音视频、拍照等多媒体应用的爆发，gpu承担着越 来越多的计算工作，重要性日益凸显；而对于多媒体应用的处理cpu参与得越来越少。“从主控系统和架构上来看，设备对gpu要求越来越高，而对cpu的性 能升级追求在不断减弱。所以cpu的性能够用就行，没有必要去拼主频的高低，更重要的是和gpu等其他内核一起配合实现更好的体验。四核a7的性能对于目 前的应用来说已经完全够用了，所以我们把更多的优化放在了gpu上。”他说道。

       正如王康所言，从目前的技术角度来看，cpu的处理能力已经十分强悍，未来一段时间内可提升的空间不会太大，后续提升整体性能的责任自然就落在了gpu 上，这也是未来移动处理器发展的一个重要方向。考虑到gpu的重要性，全志a31集成了更为强大的imagination powervr sgx544mp2双核图形处理器。imagination的powervr系列gpu ip是业内主流的图形处理器架构，包括苹果、三星、德州仪器、英特尔都有在用。据王康介绍，虽然sgx544mp2只是双核架构，但是其性能比四核arm mali 400 mp4还好，基本原因是sgx544mp2采用的是与pc gpu一样的统一渲染架构，与非统一渲染架构相比，统一渲染架构在级别上高了一代，性能也有全面的提升。

        “简单来说，其实gpu基本用来干两件事：画线和涂颜色。在gpu内部完成这些工作的单元称之为渲染器(shader)，sgx544mp2虽然只 是双核，但是其中有八个统一渲染引擎(universal shader engine)，它们既可以完成画线也可以用来干涂颜色的工作，同时还能根据应用需求来动态调整。而mali 400 mp4只有一个用来画顶点即画线的shader和4个画像素即涂颜色的shader。这5个shader的工作是固定的，画线的只能画线，涂颜色的只能用 来涂颜色，不能动态调整，效率比sgx544mp2的低很多。虽然mali 400 mp4核数与频率都高于sgx544mp2，但是由于架构效率较低，所以性能并不见优。”王康解释道。

       来自全志的数据表明，sgx544mp2像素填充率高达3,000m/s，三角形渲染也同样高达100m/s。集成了该gpu的a31与采用mali 400 mp4的三星处理器exynos4412相比，像素填充率高出1.16倍，三角形填充率高出了6倍，整体图形性能高出2倍。对于cpu和gpu等处理器来 说，功耗与主频是成线性关系的，sgx544mp2最高主频300mhz，大大低于mali 400 mp4的533mhz主频，这样在保证性能的基础上让功耗也得以降低。

       为了加强多媒体处理能力，除了使用性能强劲的gpu外，a31还加入一颗被称之为vpu的核。vpu在全志的上一代产品a10中就有使用，它其实是一个独 立的视频编解码器。在很多其他平板主控方案中，视频编解码工作主要是通过软件的方式来完成的，这就需要cpu具有很强的性能。而a31的编解码都是通过 vpu这个独立的硬件处理单元来完成的，这样做不仅可以释放cpu和gpu的计算压力，还可以保证低功耗和高性能。a31可支持4k2k超高清编解码、蓝 光3d播放、全格式音视频，完美兼容各种网络流媒体，特别是支持4k2k的编解码能力在移动处理器甚至是pc处理器中都是甚为少见的。

       “全志从成立一开始就把多媒体编解码能力作为立命之本，cpu和gpu这些东西有钱都可以买到，如果大家的方案都是基于同样的cpu和gpu配置，那还有 什么方法来保证差异化呢？”王康说道，“我们的定位就是在多媒体处理能力实现突破，包括视频编解码、拍照、摄像等方面。其实a31除了vpu之外还有一个 有特色的模块，那就是图像信号处理器(isp)单元。集成了这个模块的a31可以支持1,200万摄像头和1080p@60fps高清录像，以及零延时拍 照、1秒10连拍等功能。目前拍照的图片处理等功能基本由isp完成，它也是硬件上的模块，带来的好处就是速度快、效果好、功耗低。”


       除了具备强大的通用计算能力、图形计算能力和多媒体处理能力，a31系统带宽也同步翻了一番。该芯片支持双通道64bit ddr3/lpddr2，具有更高带宽，可以满足视网膜显示带宽需求；支持双通道nand flash，系统内存的读写速度提升到读30m/s、写20m/s，与a10相比提升了100%。王康指出，现在许多平板电脑都配备了视网膜显示屏，但是 要做到真正的流畅显示不光需要cpu和gpu的性能强，还需要总线效率和存储带宽与之匹配。所以64bit的带宽是必须的，否则很难达到流畅的效果。因为 一般在android系统上视网膜屏流畅显示(60fps)的带宽需要超过3gb/s，而64bit ddr3理论带宽可达到5gb/s@312mhz，可以流畅支持65英寸的大尺寸屏和分辨率为2048×1536的超高分辨率屏。

       a31还拥有完善的功耗管理系统。该芯片配备了一颗专门为四核处理器量身打造的智能电源管理芯片axp221，可实现智能、高效、精准电源管理，保证超长 续航能力。axp221在单芯片上集成了供电管理、充电管理和检测系统电流、电压、温度等全面电源管理功能，其技术规格在业内来说是非常领先的。在该电源 管理芯片的配合下，a31能支持30天待机、100小时音乐播放、10小时视频播出、8小时网页浏览。除此之外，axp221能提供高达2.2a的充电电 流，与其他只能1.xa充电电流的方案相比，可提高一倍以上的充电速度，使移动设备充电时间大大减少。
 
      在单核时代，全志的a10就因为其高集成度而著称，四核的a31也不例外。它配备了丰富的显示接口，如hdmi 1.4、lcd rgb、mipi dsi、lvds等；配备了丰富的图像输入接口，包括csi和mipi csi等；配备了多种数据接口，如usb otg、usb ehci/ohci、gb ethernet、sdc及sdio等。高集成度带来的好处就是整体bom成本降低，与国内其它方案相比，a31的方案可减少24个周边元件，pcba成 本减低10%左右。

       总的来说，a31特点非常突出，在四核性能为王的时代，全志并没有过多地去强调cpu性能和主频高低，而是通过优化整体系统硬件架构，把功耗效率、应用需求放在了第一位来打造这款具备最佳能效比的a31。

       芯片厂商在定义产品时，要以用户需求、应用发展为导向，而不是单纯地依靠提升cpu、gpu核数和主频来为产品穿上“高性能”的外衣。对于主控处理器来 说，性能、功耗、速度的平衡尤为重要，因为只有这样，才能带来更好的用户体验和满足未来移动应用需求。我们也期待a31在市场上能再创辉煌，帮助系统厂商 实现产品设计创新。