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2020年手機處理器趨勢預測 GPU效能提升和轉向晶片是重點

2020年手機處理器趨勢預測 GPU效能提升和轉向晶片是重點

2020年手機處理器趨勢預測 GPU效能提升和轉向晶片是重點

本文由騰訊數碼獨家釋出

現在處理器對於智慧手機來說變得越來越重要,除了那些配備旗艦處理器的手機可以在瀏覽網頁檢視電子郵件、刷朋友圈時讓手機更流暢,現在連價格更便宜的中端手機也可以擁有良好的效能。

其實每年年底都是新處理器釋出的時候,而當我們現在討論2020年的新處理器時,關注的已經不僅僅是CPU效能的提升這麼簡單了。我們對新一代晶片組的期望越來越高,改進型的7nm+製造工藝與上一代工藝相比,其實提升幅度並沒有想象中那麼大。但我們想要用上5nm製程工藝的EUV處理器,還得再等上至少一年的時間。

不過,關於明年的智慧手機處理器,還是會有一些更有趣的趨勢呈現,而在這些趨勢的共同作用下,2020年的移動處理器市場,同樣非常值得期待。

在深入研究2020年智慧手機處理器的發展趨勢之前,先要說明的是,我們會以最重要的處理器型號舉例,而關於其它處理器的配置以及特性,還請大家自行搜尋相關資料。

GPU

效能還有改進空間

我們在對智慧手機評測的過程中,經常會對手機進行全面的跑分測試,並且發現在GPU方面其實還有很大的改進空間。其實這是一種普遍存在的事實,比如低端處理器GPU效能遠遠落後於旗艦處理器,而旗艦機型還有餘地配備效能更強的GPU。

從遊戲手機市場的增長,以及搭載移動處理器的任天堂Switch銷量不斷攀升,都曾證明了消費者對高品質移動遊戲體驗有著非常濃厚的興趣。高通甚至還推出了一些專門針對遊戲進行最佳化的增強版處理器,比如今年的驍龍730G以及明年的驍龍765G。另外,旗艦級的高通驍龍865也提供了專門的遊戲功能,從GPU效能到高重新整理率的支援。但在真正需要解決的是如何在整合更多GPU晶片的同時,保持省電的狀態,讓電池的消耗速度在可控範圍之內。

高通表示,在今年驍龍855身上配備的Adreno 640與明年驍龍865的Adreno 650之間,3D圖形效能提升了25%。而針對筆記本平臺打造的驍龍8xc則配備了效能更強大的Adreno 690 GPU。但是如果你看看下面的對比圖,就會發現GPU晶片所佔用的空間其實還不到整個晶片組叢集的四分之一空間。

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相比之下,英偉達的Tegra系列處理器則為GPU提供了更大的空間,比如支援機器學習技術的最新一代Tegra Xavier晶片組,有三分之一的空間都留給了GPU。當然,這種晶片設計對智慧手機來說效率不夠高,而且缺乏我們現在在很多智慧手機晶片上看到的專項處理器功能。另外對於智慧手機來說,驍龍8cx的體積也有點偏大。但是在未來,透過更高效的5nm製程功能,再加上更大容量的電池和更高效核心設計的結合,可能會讓晶片組配備更強大的GPU晶片,來獲得更好的圖形效能。

值得一提的是,三星和AMD在今年簽署了一項合作協議,雙方在未來的移動晶片設計中將會使用AMD的RDNA圖形處理器架構。同時該合作專案還參考了AMD的Navi微型結構,所以我們預計要等到2021年或2022年它這項合作成果才會出現在三星的Exynos移動處理器上。但代表了一種新跡象,證明移動晶片製造商越來越關注產品的GPU效能,提高自己的競爭力或降低成本。

更多的專用晶片

正如我們上面已經提到的那樣,移動處理器市場正在各種專項而且全新的異構計算元件增加專門的空間,因此來提高處理器的效能,同時保證逐漸降低功耗。比如高通的Hexagon DSP就佔據了相當比例的晶片組空間,就像三星Exynos和華為麒麟晶片組中的神經處理單元一樣。

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我們可以從上圖中看到這種趨勢,與上一代Exynos 9810相比,新一代的Exynos 9820保留給了CPU和GPU晶片的空間區域比例更小。而這部分變化主要是由於引入了更大尺寸的NPU單元,但同時也包括了新的影像處理器,影片編碼/解碼硬體和4G調變解調器等。所有這些元件是智慧手機必備的部分,而且都會對電量產生比較大的消耗,因此大家都會對原本越來越小的空間進行更激烈的爭奪。

而下一代的智慧手機晶片組將繼續沿著這個方向發展下去,未來會有越來越多的轉向晶片空間被用於更強大的機器學習能力。我們只要看看驍龍865的15倍AI效能提升幅度就知道了,在這方面高通已經比上一代產品提升了兩倍。而晶片製造商也越來越多的開始將自己投入到內部機器學習設計的研發上,縮小最晶片的佔用空間,從而讓2020年的旗艦手機擁有更豐富的功能。

另外,明年我們預計還將出現更強大的影象處理器,能夠處理4K慢動作影片和1億畫素攝像頭帶來的壓力,以及更強大的網路元件功能,主要是用於高速Wi-Fi 6和5G調變解調器的網路連線。

簡單的說,移動晶片現在的複雜程度,已經遠遠超越了簡單的CPU/GPU設計構成,而且正在變得越來越複雜。

整合4G/5G調變解調器

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隨著5G網路在全球範圍內的迅速發展,我們現在已經迎來了多款整合4G/5G調變解調器的晶片組。當然,整合調變解調器並不是我們目前能找到最好的5G技術和網速的解決方案。高通的驍龍X55、三星的Exynos 5100和華為的巴隆5G01或5000等外掛式調變解調器同樣可以接收5G訊號。

如果想要體驗毫米波級別的5G技術,那麼2020年的旗艦智慧手機就必須要使用更高階年的晶片組,並繼續搭配外掛調變解調器使用。高通剛剛釋出的新一代旗艦處理器驍龍865壓根就沒有內建調變解調器,而這種做法也引發了一些爭議。高通並沒有爭取讓廠商生產更多打字啊X55調變解調器的手機,而是希望兩種技術混合再使用一年。

當然,高通反而針對中端市場推出了採用整合式5G調變解調器的智慧手機。另外即將亮相的聯發科800D、驍龍765和三星Exynos 980等5G處理器都建被使用在中端產品上。同時,三星Galaxy A90 5G只是廣大有可能在2020年亮相中端5G智慧手機中端代表機型,另外諾基亞也正計劃推出一款定位平價的中端5G手機,包括其它主流智慧手機廠商也已經開始效仿。

效能更強大的CPU核心

其實之前我們一直沒有提到CPU核心部分,其實部分原因是因為目前CPU核心的效能已經足夠強大,但這並不意味著未來不會產生有趣的變化。

現款主流處理器主要採用了新的四大四小核心配置。而目前來看小核心的設計已經稍顯過時,取而代之的是一個或兩個頂級核心,然後搭配兩個或三個常規核心,然後才是四個普通的節能核心。而這一趨勢在最新的驍龍865、麒麟990和Exynos 990中也都有所體現。而引領這一趨勢的原因,就是是前面提到的轉向晶片的加入,以及CPU核心迅猛的增長勢頭。

我們只需要比較一下三星的高效能M4核心和Cortex-A75核心的尺寸,就能明白為什麼三星會選擇2+2+4的核心配置。ARM最新的Cortex-A77要比A76核心尺寸增加17%,另外三星的下一代核心尺寸可能更大。類似的,蘋果也會繼續以使用大尺寸高效能的CPU核心為主,為iPhone提供強大的動力。通常來說,更大的核心有助於將智慧手機效能推向與低端筆記本相同的水平,而這也是提升手機遊戲效能潛力的關鍵。然而,這些大尺寸核心並不是完全相同,比如在高通驍龍855和Exynos 9820上看到的那樣,未來幾年我們可能會看到更大的CPU效能差異。

同樣,我們也看到發展到7nm製程工藝是如何有利於旗艦級晶片組的功率和麵積效率提升,而將很快為中端處理器帶來更有利的方向。不過隨著智慧手機對效能的要求越來越高,晶片設計師們也需要仔細考慮CPU設計方面的空間佔用、效能和功耗等問題。還有一個問題就是在未來一年左右的時間裡,我們是否會看到手機和筆記本ARM晶片之間的分化還是彼此融合。

此外,智慧手機現在已經不需要配備四個超級核心的做法,尤其是考慮到次配置對電池續航會產生非常大的影響。通常只需要一個或兩個核心用於繁重的任務處理,而由中端核心和低功率核心來支援其它普通任務,這種做法似乎才是明智的選擇。而新一代的手機晶片採用了2+2+4的核心做法,將在2020年繼續。但儘管如此,我們可能還會看到採用4+4的A77核心筆記本和其它需要高峰值效能的應用驅動裝置,並且對電池續航要求並不那麼嚴苛。

趨勢總結

我們預計在今年年底和明年年初發布的新一代移動處理器將會有幾個共同的特點。首先旗艦處理器將繼續採用7nm製程或7nm+ FinFET製程,與之前的10nm製程相比,效率提升並不太明顯。而智慧手機也將超越之前的CPU和GPU的基本組合,並且5G和機器學習能力將會越來越重要。

當然,高階處理器市場正在逐漸變得多樣化,在定製CPU和GPU設計、內部的機器學習晶片、5G調變解調器和許多其它功能之間,Exynos、麒麟和驍龍等平臺之間的差異將進一步擴大。雖然這種差異並不一定體現在效能方面,但消費者確實可以感受到這種差異。另外,中端處理器也開始尋求多樣化以及更強大效能的方向發展,而價格越來越有競爭的5G中端智慧手機,將會成為2020年的一大亮點。