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[通讯科技] 主流四核手机处理器频率稳定性测试

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发表于 2013-8-12 17:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 diydiy 于 2013-8-12 17:23 编辑

【SoC频率的简单科普】
在测试开始之前,需要做点简单的科普。手机处理器标识一个频率,如四核1.6GHz,并不是永远都稳定运行在1.6GHz,而会依据任务负载和温度进行调节,如待机的时候仅为200MHz,在视频播放时候则为600MHz,满载游戏时才运行在1.6GHz。
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在高负载时候,也不是一直运行在最高的满频,而是会有个温度阀值,当温度到达设定的温度则会强行降频,降频、温度下来后又会重新提高频率,之后不停的这样反复。这样的系统在三星或者NVIDIA的系统里叫DVFS(动态电压和频率调节)。
以三星Exynos 4412处理器为例,它内置温度传感器,将检测SoC温度传递给TMU热功耗控制单元。如果温度过高,通过高优先级的中断控制器控制电源管理器的时钟控制器和CPU降频,保证系统温度在合适范围,温度太高还会强行关闭系统,保证系统安全。DVFS可以单独调节CPU核心、L2缓存、GPU、内存接口和其他外围电路的电压和频率。
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当然,如果是Exynos 5410这个系统还会更为复杂,因为它是big.LITTLE A15+A7混合结构,系统除了频率调节,还会动态切换A15和A7的大小核心的工作状态。
本文的目的就是通过比较系统的测试,来探讨几款主流手机SoC的频率稳定性问,包含三星Exynos 4412/5410、高通骁龙800/600、NVIDIA Tegra 4、联发科MT6589T、Intel Atom Z2580。除了Exynos 5410、Atom Z2580之外都是四核,但三星的这个所谓八核其实最多也只有四个核心可以工作,Intel的则是双核支持超线程,把它们划入四核也说得过去。
具体测试方法,我们使用Stablity Test 2.7的Classic Stablity Test来进行CPU负载,使得处理器一直处于满载(GPU为空载)。使用Android Tuner来进行频率和温度的监测。
【三星Exynos 4412】
首先测试的是魅族MX2,采用的三星Exynos 4412,Cotrex-A9四核,最高频率为1.6GHz。
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MX2的待机频率为200MHz,待机温度为43度,处理器最高频率为1.6GHz。在满负载情况下,40秒后处理器温度为84度,频率在1.6和1.4GHz之间波动,60秒后,频率稳定降到1.4GHz。6分钟后4412的温度达到88度,频率在1.2和1.4GHz之间波动。10分钟后,波动范围会到1.2GHz到1.4GHz。
MX2的温控策略设定比较开放,在高温情况,频率稳定性依然很高,虽然这样可以获得更好的性能,但导致处理器和机身外表温度过高,这也是MX2总被用户抱怨高温的主要原因,另外一方面,这也是MX2有智能频率调节,依然提供性能/均衡/省电模式的原因。
【三星Exynos 5410】
第三个测试的是采用三星Exynos 5410的GALAXY S4,其为big.LITTLE A15+A7混合结构。
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GS4的待机频率为250MHz,并且由于是小核心的A7待机,因此功耗和温度都很低,待机温度仅为35度。满负载后处理器最高频率为1.73GHz,20秒后5410处理器温度为78度时候开始降频,频率在1.6和1.2GHz之间波动,降频之后,温度马上下降,在大概10秒后,温度又恢复到1.6GHz,但在1.6GHz坚持不了几秒,又降频到1.2GHz(其实这个状态应该是切换到A7 1.2GHz,高频和低频其实是A15和A7之间的反复切换),然后再反复,反复2次后,降频频率则会到达1GHz和0.6GHz,继续反复以大约以10秒为单位的反复升频降频,不停轮回,并且在时间稍长后,低频和高频的范围降低到0.6GHz到1GHz,而最高温度可达91度。
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再来看看CPU和GPU同时负载的情况,我们使用CPU+GPU Stablity Test进行测试。由于处理器总计TDP热设计功耗是恒定的,Exynos 5410搭载的533MHz SGX544MP3也需要占用一部分TDP,为了使得CPU+GPU整体功耗不超过TDP,因此CPU在GPU有负载时CPU频率被限制,最高仅为1.2GHz。
【高通骁龙600】
第二个测试的是采用骁龙600的VIVO Xplay,其为Krait 300四核架构,最高频率为1.73GHz。
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XPlay的待机频率为384MHz,处理器最高频率为1.73GHz。在满负载情况下,20秒后处理器温度为75度开始降频,频率在1.73和1.13GHz之间波动,3分钟后,频率则在0.81、1.13和1.72GHz之间波动。最高温度为75度。
VIVO对于Xplay的温控策略比较保守,在75度就开始下降,同时Xplay机身散热做得比较出色,使得其温度相比MX2和GS4都要低。当然这个设定各个厂商可以自行修改,如中兴的Grand S和Niubia Z5为了更好的稳定性,温控策略更为保守,频率下降会更快。而如小米2S这样的“发烧手机”为了追求极致性能,在温度阀值则设定更高,使得频率稳定性更好,即使高温也无所畏惧。
【高通骁龙800】
骁龙800是高通最新的旗舰,采用4核Krait 400核心+adeno 330 GPU,性能十分强大,我们骁龙800测试采用索尼旗舰L39h进行。
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由于骁龙800追求性能,采用台积电为高频优化、而漏电率稍高的HPm工艺,骁龙800满载温度上升很快,在达到满负载的2.15GHz频率后,温度瞬间就到达73度,同时由于温控策略的保守,在达到2.15GHz满频瞬间的同时,就开始降频,很快得阶梯状地降频到1GHz以下,而且不同于三星Exynos 5410还会高频低频来回跳动,而骁龙800得频率就是一蹶不振了。
2.15GHz的处理器,实际稳定运行的频率还不到1GHz。这个频率稳定性比于三星Exynos 5410还惨。
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【NVIDIA Tegra 4】
Tegra 4是NVIDIA的A15旗舰,采用4+1的组合形式,我们本次测试的Tegra 4设备是SHIELD掌机。Tegra 4虽然标称频率为1.9Ghz,但其却采用了和Intel睿频类似的方式,仅仅是在单核心负载时可以瞬间到达1.9GHz,而4核心同时满载,频率者被限制在1.3-1.4GHz(当然,Tegra 4的频率按照Intel的算法,而应该算是四核1.4GHz,而不是1.9GHz),但频率稳定性很不错,不会进一步下降,其最高温度仅为68度,除了低频,这样的表现同时得益于低漏电的HPl工艺。
此外我们本次评测的平台内存和CPU和分开布置,如果Tegra 4运用到手机和平板,考虑空间问题,一般会采用内存和SoC的POP层叠封装,这样导热率会大大降低,必然会导致温度上升,频率稳定性降低。
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【联发科MT6589T】
4核A7架构1.5GHz MT6589T,测试机型为金立X817,在CPU满载10分钟后,频率依然可以稳定1.5GHz,不过由于MT6589T处理器内部并未集成温度传感器,我们并无法获得处理器温度的读数,当然我们触摸机身表面,即使长时间满载,测试机型表明并没有明显温感,这要很大程度得益于A7核心的低面积和低功耗。甚至在很多情况稳定的1.5GHz A7性能表现还要由于理论性能更好的大核心。
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【Intel Atom Z2580】
IntelZ2580测试,使用的测试机型为中兴Geek,其采用atom Z2580处理器,2C4T,内置SGX544MP2 GPU,还是采用相同的测试方法。
Z2580桌面待机31度,基本和空调房的室温一样,而在CPU满载测试10分钟后,其频率依然可以完全稳定2GHz不动摇,在频率稳定性上十分好,并且其核心温度最高仅为43度,远远低于ARM处理器的温度
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而使用CPU+GPU同时满载测试,Z2580 CPU频率会在800-2GHz之间跳动,这是由于CPU和GPU共享TDP上限,原来3W的热功耗仅由CPU发出,而现在GPU占用了很大部分的TDP,而CPU只能降频,这样才能使得SoC整体功耗在TDP允许的范围之内。在CPU+GPU同时满载,SoC的温度也更高,达到了46度,但这个温度相比ARM动辄80-90度还是低太多。
【性能分析】
最后引入一个平均等效效能的概念。首先需要一个平均频率,这个频率大概是以不同频率的工作时间比率加权计算得出。第二个要素为核心执行效能,这个单位为DMIPS,这个是每MHz得指令处理能力,A9、Krait和A15各不同,分别为2.2、3.3和3.5,这个数据和最高频率和平均频率相乘,可以计算出峰值性能和平均性能,如下表:
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当然,这个性能仅仅是理论性能,与实际性能还是有差别,但还是可以说明一些问题:Krait和A15的理论性能更高,但由于芯片规模过大,功耗更高,使得其在频率稳定性上更差,平均稳定频率更低,并且随着测试时间的加长,这个稳定频率会大幅下降,使得其性能相比上一代的A9架构并没有多大差别,甚至不如。
简单点举例说,三星Exynos 5410长时间运行,稳定频率仅为0.6-1GHz,而相同情况三星Exynos 4412的频率则为1.2-1.4GHz,虽然A15架构的单位频率效能更高,但由于频率降低的幅度太大,单靠架构效能的优势并不能弥补,使得其性能还不如4412。
导致这样情况发生的原因在于,SoC硬件规模的提升幅度大于工艺进步的幅度,现在28nm LP/HKMG工艺还不能很好支撑起A15和Krait的规模。也可以说A15和Krait的效率过低,规模提升幅度远远大于性能的提升幅度,这也充分显示出ARM架构的局限性。
发表于 2013-8-12 17:32 | 显示全部楼层
技术贴。只看了结论
发表于 2013-8-12 17:37 | 显示全部楼层
800除了跑分就是个废???
发表于 2013-8-12 17:37 | 显示全部楼层
只看结论的都没看懂 [后悔]
发表于 2013-8-12 17:39 | 显示全部楼层
原来现在高端的手机    主频都上不去啊
发表于 2013-8-12 17:41 | 显示全部楼层
干货,回去慢慢看看
发表于 2013-8-12 17:46 | 显示全部楼层
希望来个游戏测试啊。。毕竟游戏中是中等负载的,不是满负载的。。
发表于 2013-8-12 17:48 | 显示全部楼层
看来,不是旗舰手机的实际主频,都很低。
发表于 2013-8-12 17:50 | 显示全部楼层
但是看网上的评测,800的实际体验很好啊,说是完全没有卡顿,游戏十分流畅···如果按上面文章说的,那800的机子应该会在游戏的时候卡到爆吧
发表于 2013-8-12 17:55 | 显示全部楼层
终于知道我的手机为什么这么烫了,
 楼主| 发表于 2013-8-12 17:59 来自手机 | 显示全部楼层
asd2500478 发表于 2013-8-12 17:50
但是看网上的评测,800的实际体验很好啊,说是完全没有卡顿,游戏十分流畅···如果按上面文章说的,那800 ...

按文中的意思,决定性能除了soc芯片本身之外还有温度阀直和散热能力。再加上系统游戏本身对硬件优化等因素这个问题就复杂了。
发表于 2013-8-12 18:01 | 显示全部楼层
asd2500478 发表于 2013-8-12 17:50
但是看网上的评测,800的实际体验很好啊,说是完全没有卡顿,游戏十分流畅···如果按上面文章说的,那800 ...

但是800運行在1g時不代表性能不滿足正常應用需求 上邊也說到MX2滿速運行其實是死撐  SONY對限速一向保守 所以這文的結論  KRAIT/A15 體驗不如A9 是有點問題的 如果拿個死撐不降的800機型是不是 KRAIT 有A9兩倍了?
发表于 2013-8-12 18:05 | 显示全部楼层
gofbayrf 发表于 2013-8-12 18:01
但是800運行在1g時不代表性能不滿足正常應用需求 上邊也說到MX2滿速運行其實是死撐  SONY對限速一向保守  ...

那CPU降频的话GPU会跟着降频吗?新的处理器800还是T4值得买?不过话说800的GPU貌似挺猛的,比T4强
 楼主| 发表于 2013-8-12 18:08 来自手机 | 显示全部楼层
asd2500478 发表于 2013-8-12 18:05
那CPU降频的话GPU会跟着降频吗?新的处理器800还是T4值得买?不过话说800的GPU貌似挺猛的,比T4强 ...

老黄T4频率稳定要归功于那个风扇,而手机平板是塞不了风扇的。
发表于 2013-8-12 18:09 | 显示全部楼层
楼主所谓"频率不稳定"有些恰恰是功耗控制水平高的体现
发表于 2013-8-12 18:12 | 显示全部楼层
Intel的这么厉害?
发表于 2013-8-12 18:17 | 显示全部楼层
S800看起来也一样非常烫高功耗嘛...2.15GHz的处理器,实际稳定运行的频率还不到1GHz
还是老黄比较诚实上风扇[后悔]
发表于 2013-8-12 18:19 | 显示全部楼层
双核A9是当今科技的极限了吗?
发表于 2013-8-12 18:33 | 显示全部楼层
可惜目前intel没有电信的机子。
发表于 2013-8-12 19:07 来自手机 | 显示全部楼层
四核a9是目前的极限,等英特以的四核出来看看。骁龙800就是个坑爹货,但比三星的伪8核要好。骁龙800用在平板上还可能好点。
发表于 2013-8-12 19:17 | 显示全部楼层
结论就是intel的功耗控制再次发威反而被ARM的GPU拖了后腿
发表于 2013-8-13 08:00 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 yeguoliang 于 2013-8-13 08:17 编辑

现在最大问题是英特尔的atom手机处理器根本卖不动,没人肯要。都是倒贴给联想 中兴,人家才肯出atom手机。另外,这篇文章出自enet,这种貌似评测其实是软文的文章,在enet起码出了6—7篇,英特尔最近在市场广告营销上上花了大力气
发表于 2013-8-13 08:04 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 yeguoliang 于 2013-8-13 08:14 编辑

截至目前, 英特尔已联合中兴、联想、摩托罗拉、华硕  宏碁多家厂商推出了十几款款智能手机,不过迄今没有一款在市场上取得成功。使从未成功,为什么越来越多的中国手机厂商会选择与英特尔合作?答案就是这些英特尔的合作伙伴都在赚钱,但依靠的不是销量而是来自英特尔的补贴。来自联想内部的消息称,英特尔在中国市场发布的首款智能手机联想K800订单只下了5万部,其中有接近4万部被当做媒体和政府公关礼品,即使如此,这款产品联想也并未亏本。另一个例子是,今年5月上市的联想K900手机除了盛大的发布仪式外,还邀请了NBA球星科比代言。据联想内部人士称,科比100万美元的代言费用全部由英特尔买单,而联想在整个产品宣传中所占的成本不足3成,很大一部分还是来自如中关村等地区的户外广告折现,而在此之前这些位置主要来宣传联想PC产品。由此看来,被英特尔视作合作伙伴的中国手机厂商们其实目的并不单纯,这与高通、联发科从产品和出货量角度的考虑完全不在一个级别。
发表于 2013-8-13 08:12 | 显示全部楼层
崖旅 发表于 2013-8-12 19:07
四核a9是目前的极限,等英特以的四核出来看看。骁龙800就是个坑爹货,但比三星的伪8核要好。骁龙800用在平 ...

既然A9四核是极限,那么为什么跑分被实际运行频率只有1G左右的S4四核和A15四核超了几倍?人家降频是降频,性能可不含糊。再说那个4412都88度了还死撑跑分也还不就那样有什么好称道的

这篇文章估计又是那个4412神U党一个人写的
发表于 2013-8-13 08:13 | 显示全部楼层
ltycomputer 发表于 2013-8-12 19:17
结论就是intel的功耗控制再次发威反而被ARM的GPU拖了后腿

Intel要是和别家一样塞个大GPU进去,功耗一样难看。你不见现在Intel z2760的gpu性能只有330的1/10了吗?
发表于 2013-8-13 08:17 | 显示全部楼层
跑分36000是理想,降频后的25000是现实。降了频还不是比A9,A7强那么多,怎么就得出不如A9的结论了?最后完全无视实际性能拿个脑补出来所谓平均性能更是可笑
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