「快」與「持久」的對(duì)弈：中端Helio P20的破局之路

與如今手機(jī)不斷追求的性能不同的是，2016年末，數(shù)款“非旗艦”處理器逐漸走進(jìn)了用戶(hù)的視野。

11月30日，魅族發(fā)布了新智能手機(jī)魅藍(lán)X，同時(shí)也帶來(lái)了Helio P20芯片的全球首發(fā)。作為聯(lián)發(fā)科的P系列新品，這也是一款“非旗艦”移動(dòng)芯片。

今天我們就來(lái)聊一聊，為什么這些““非旗艦”處理器”會(huì)如此備受關(guān)注？

目前市面上各家新推出的“非旗艦”移動(dòng)處理器，比較知名除了新發(fā)布的Helio P20，還有來(lái)自于高通的驍龍625、來(lái)自于（華為）海思的麒麟650。

在廠(chǎng)商的宣傳中，性能多數(shù)被輕描淡寫(xiě)，而“省電”“續(xù)航”“能效比”等詞匯被廠(chǎng)商濃墨重彩地強(qiáng)調(diào)。仿佛在說(shuō)市面上的手機(jī)”光（處理器）快是不行的，重要的是（電池）要持久“。

廠(chǎng)商使用“非旗艦”芯片只是為了省電嗎？是，但不全是。

總覽這些芯片，它們?nèi)坎捎昧?4位A53架構(gòu)的bigLITTLE（大小核）設(shè)計(jì)，由四顆低頻A53核心和四顆高頻A53核心構(gòu)成。但是在ARM公版架構(gòu)中，A53只能算是小核心，并非主打性能的大功率A72、A73核心。

所以與其說(shuō)這些“八核A53”的非旗艦處理器“省電”，倒不如說(shuō)無(wú)法耗更多的電，來(lái)提供更高的性能。能耗上限這個(gè)“天花板”掉下來(lái)了，想多耗電也是件困難的事。

“性能”不拔尖，所以只能把“低功耗”當(dāng)作賣(mài)點(diǎn)拿出來(lái)吹，吹著吹著，連芯片廠(chǎng)商自己都“當(dāng)真”了。

為了將“省電”進(jìn)行到底：這三顆移動(dòng)處理器都采用了最新的三星14nm/臺(tái)積電16nm FinFET制程?；谧钚轮瞥痰募t利，在相同的處理器頻率下，耗電量要比早前的20nm、28nm都要更省電。

為什么制程進(jìn)步會(huì)讓處理器更加省電呢？

首先所謂“XX納米制程”，就是IC（Integrated Circuit，集成電路）中晶體管的柵極長(zhǎng)度。說(shuō)得通俗些，就是衡量電路集成程度的一項(xiàng)指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)數(shù)字越小，代表電路的集成度也就越高。例如14nm制程理論上要比前代20nm更加先進(jìn)。

我們目前所使用的手機(jī)與電腦芯片，都是一種電容性質(zhì)的元件。其內(nèi)部是由無(wú)數(shù)的晶體管所組成，晶體管之間會(huì)形成電容。

而更加先進(jìn)的制程代表著晶體管大小以及元器之間距離的縮短。根據(jù)電容器的性質(zhì)，縮減元器件之間的距離之后，晶體間的電容也會(huì)降低。隨著電容的降低，晶體管所需要的導(dǎo)通電壓也會(huì)相應(yīng)降低，而晶體管動(dòng)態(tài)功耗又與導(dǎo)通電壓的平方成正比。

也就是說(shuō)，更為先進(jìn)的制程，使得芯片在切換信號(hào)時(shí)更加靈活，需要的功率越小，能效比也就提高了。

除此之外，Helio P20還支持了最新型的LPDDR4X

（Low Power Double Data Rate 4X，低功耗雙倍速率4X），也就是我們所說(shuō)的LPDDR4X運(yùn)行內(nèi)存（Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）。

LPDDR4X內(nèi)存規(guī)格相比前代LPDDR4有兩項(xiàng)提升：

第一是內(nèi)存帶寬從3733Mbps提高到4266Mbps（分別對(duì)應(yīng)雙通道1866MHz 和 雙通道2133MHz）；

第二是實(shí)現(xiàn)了輸出供電電壓（VDDQ）與工作電壓（VDD）的分離，VDDQ 0.6V相比VDD 1.1V相差了近一半，降低了內(nèi)存運(yùn)行時(shí)的功耗，提高了能效比。

不過(guò)，作為一款“非旗艦”芯片，Helio P20只做到了第二條，而在內(nèi)存帶寬上，僅支持最大雙通道1200MHz（2400Mbps），并沒(méi)有超過(guò)旗艦芯片（以驍龍820為例）的雙通道1866MHz。

也就是說(shuō)，P20并沒(méi)有實(shí)質(zhì)提高內(nèi)存速度，而是鐵了心將“省電”進(jìn)行到底。

作為面向非旗艦手機(jī)的“主流”處理器，這些芯片的價(jià)格通常也不會(huì)太高，一般僅有旗艦處理器價(jià)格的一半或更低。

首先，由于處理器使用的是ARM公版架構(gòu)A53，支付授權(quán)費(fèi)即可使用，節(jié)約了部分研發(fā)成本。

其次，處理器并非只由CPU組成，從成本角度考慮，在其他元件相對(duì)“旗艦”也存在一定縮水：例如GPU從四核換成雙核，基帶網(wǎng)絡(luò)制式從頂級(jí)的LTE Cat.12換成了稍差一些的LTE Cat.7/Cat.6，支持的閃存規(guī)格也從UFS 2.1降為了eMMC 5.1。

最后，采用了全小核心的設(shè)計(jì)以及更為緊湊的制程，單片晶圓上可以切下來(lái)的處理器也就更多，這就攤薄了每塊芯片的物料成本。

雖然硬件規(guī)格相比旗艦處理器有所“縮水”，但這并不代表無(wú)法滿(mǎn)足日常的需求。對(duì)于刷微博、聊微信、逛淘寶、聽(tīng)音樂(lè)這種幾年前“老爺機(jī)”都能勝任的應(yīng)用（相信很多人用手機(jī)只用這幾個(gè)應(yīng)用），這些處理器自然也不在話(huà)下。加上前代處理器技術(shù)的下沉，例如全網(wǎng)通基帶的跟進(jìn)，上網(wǎng)也更加爽快。而對(duì)于目前逐步流行的雙攝像頭，Helio P20也進(jìn)行了支持。

所以我們?cè)賮?lái)看芯片廠(chǎng)商在設(shè)計(jì)“旗艦”與“非旗艦”處理器時(shí)的思路，貌似已經(jīng)產(chǎn)生了微妙的變化：“非旗艦”處理器已經(jīng)不再單純的“旗艦”處理器的縮水版本，而是強(qiáng)化了“非旗艦”處理器在“節(jié)能續(xù)航”方面的優(yōu)勢(shì)。

可以說(shuō)，隨著手機(jī)芯片性能發(fā)展的突飛猛進(jìn)，“旗艦”芯片拼極限性能，“非旗艦”芯片拼日常續(xù)航 的模式“分化”已經(jīng)初步成型了。

手機(jī)處理器如此“演進(jìn)”并非無(wú)跡可循，近年來(lái)，PC處理器也遵循著同樣的規(guī)律：

從1964年世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC那燈泡大小的電子管，到2015年最小的晶體管已經(jīng)僅有0.167納米大小，可以說(shuō)在芯片領(lǐng)域，技術(shù)人員從未停止對(duì)于電路集成化的探索。

回顧到上個(gè)世紀(jì)90年代，那時(shí)電腦還剛剛開(kāi)始普及，人們購(gòu)買(mǎi)電腦時(shí)主要通過(guò)“數(shù)字”的大小，來(lái)分辨計(jì)算機(jī)的好壞：例如“奔騰3一定比奔騰2好”，“128M內(nèi)存一定比64M內(nèi)存強(qiáng)（當(dāng)時(shí)電腦內(nèi)存只有這么大）”。

而到了2003年，Intel 推出3.06GHz的Pentium 4（奔騰4）處理器，在一塊芯片集成了兩個(gè)邏輯處理器，實(shí)現(xiàn)了所謂“超線(xiàn)程（HT）”技術(shù)，從此人們挑選處理器不僅要看“數(shù)字”和“主頻”，還要看處理器的特性。

相比特性，處理器的“核戰(zhàn)”則更加符合消費(fèi)者對(duì)于“大數(shù)字”的追求：自2001年IBM推出首款雙核CPU：IBM Power4，到芯片老大Intel 2005年推出首款雙核CPU至尊版840，加上AMD的入局，正式打響了處理器的“核心數(shù)大戰(zhàn)”。這種在一個(gè)處理器上集成多個(gè)運(yùn)算核心的做法，突破了當(dāng)時(shí)單核主頻提升但性能提升不大的“瓶頸”。如今已發(fā)展到16核、32核的工作站級(jí)別。

隨著計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步普及，人們對(duì)于計(jì)算機(jī)CPU的理解也更加深入，挑選PC處理器已經(jīng)從之前的看“數(shù)字”，到看處理器架構(gòu)（例如Intel微處理器的Nehalem、Sandy Bridge、Ivy Bridge、Haswell、SkyLake、KabyLake）、看CPU體制和超頻能力、L2和L3緩存、晶體管數(shù)量等。

另一方面，近幾年來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，“移動(dòng)辦公”的需求日益凸顯，筆記本電腦開(kāi)始普及。相對(duì)于桌面級(jí)PC，移動(dòng)辦公設(shè)備通常擁有獨(dú)立的電源（電池）。受限于有限的機(jī)身體積和電池容量，筆記本CPU不僅要追求性能，還要追求低熱量和低耗電，于是低壓版CPU應(yīng)運(yùn)而生（處理器后綴“U”）。相對(duì)于標(biāo)壓版（后綴“M”），低壓版CPU通過(guò)犧牲一部分性能為代價(jià)，換來(lái)體積小、重量輕、省電等特性，不足14W的功率往往不足標(biāo)壓CPU（35-45W）的一半。

2013年，Intel推出了針對(duì)于移動(dòng)處理器的“Core M”平臺(tái)，該平臺(tái)處理器功耗已經(jīng)低至驚人的4.5W，在電池續(xù)航時(shí)間方面，實(shí)現(xiàn)了歷史上最大幅度的提升。

可以看到，如今PC處理器市場(chǎng)，桌面電腦處理器哦繼續(xù)朝著“高性能”大步邁進(jìn)，而筆記本電腦處理器則走著性能與續(xù)航兼顧的“能效比”路線(xiàn)。

PC處理器遵循著如此演進(jìn)規(guī)律，手機(jī)移動(dòng)處理器亦然。

回到我們的手機(jī)處理器，其實(shí)近幾年芯片廠(chǎng)商稱(chēng)自己的“中端”處理器都是“為續(xù)航而生”，但為什么直到今年才說(shuō)“旗艦”芯片拼極限性能，“非旗艦”芯片拼日常續(xù)航 的模式“分化”已經(jīng)初步成型呢？

這主要源于廠(chǎng)商首次在“非旗艦”處理器上使用“旗艦”的制程，讓芯片的性能與穩(wěn)定性都達(dá)到了高度可用的狀態(tài)。

這就要從處理器的工作原理開(kāi)始講起了：

我們所常見(jiàn)的手機(jī)（晶體管）處理器都是通過(guò)施加電壓，讓晶體管產(chǎn)生一定頻率的晶振才可以傳輸信號(hào)的。理論上講，電壓越強(qiáng)，晶振的頻率越高，處理器的主頻也就越快，同時(shí)也更加耗電。

提高導(dǎo)通電壓不僅會(huì)直接提升處理器耗電，讓電池早日耗盡關(guān)機(jī)；處理器內(nèi)部通過(guò)更大的電流也會(huì)增加元器件的發(fā)熱，長(zhǎng)此以往會(huì)縮短元件壽命，甚至損壞元件影響使用體驗(yàn)。所以每顆處理器的主頻并不能被無(wú)限地提高。

但得益于使用了先進(jìn)的14nm/16nm FinFET工藝制程，降低了晶體管電容所需要的導(dǎo)通電壓、也降低了芯片內(nèi)部的電流，從而讓芯片在相同的頻率下運(yùn)行時(shí)，比舊工藝制程更加省電、發(fā)熱更低。

換個(gè)思路講，在相同的電壓下，14nm/16nm制程的處理器會(huì)擁有更高的頻率。而更低的發(fā)熱可以保證處理器在運(yùn)行時(shí)不會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高而導(dǎo)致處理器“保護(hù)性降頻”，提高了體驗(yàn)的穩(wěn)定性。

在“電池”和“體驗(yàn)”雙重“持久”的保證下，可以說(shuō)如今的“非旗艦”處理器達(dá)到了高度可用的狀態(tài)。低廉的價(jià)格也更加符合普通消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)力，被大眾所關(guān)注自然也是理所應(yīng)當(dāng)。

在“非旗艦”處理器成功的背后，芯片廠(chǎng)商思路的轉(zhuǎn)變功不可沒(méi)。“非旗艦”處理器不再總是“慢半拍”，我們甚至在Helio P20上，看到為了節(jié)能而支持最先進(jìn)的LPDDR4X內(nèi)存。

當(dāng)然，處理器固然是影響手機(jī)體驗(yàn)的重要一環(huán)，“非旗艦”處理器性能雖然能夠滿(mǎn)足日常應(yīng)用，但是相比于“旗艦”處理器，面對(duì)大型3D游戲以及建模時(shí)表現(xiàn)差距還是比較明顯的。況且“非旗艦手機(jī)”與“旗艦手機(jī)”相差的不僅是處理器，在屏幕、拍照、音響等方面也會(huì)存在一定差距，購(gòu)買(mǎi)時(shí)還得按需選擇。

不可否認(rèn)的是，隨著移動(dòng)處理器的發(fā)展，“旗艦”芯片追求極限性能，“非旗艦”芯片追求日常續(xù)航的模式還將進(jìn)一步“分化”，通過(guò)不同的處理器定位，便于廠(chǎng)商對(duì)目標(biāo)用戶(hù)畫(huà)像，區(qū)分消費(fèi)層級(jí)地開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。

另一方面，在未來(lái)，想要留住高低端全部用戶(hù)，“旗艦”與“非旗艦”兩手都要抓、都要硬。

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