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1、平板电脑芯片组总体态势分析本文导航 第1页：平板电脑ARM芯片概况 第2页：平板电脑芯片组性能初步分析 第3页：ARM处理器概况 第4页：移动图形核心：PowerVR SGX 第5页：移动图形核心：ARM Mali 第6页：移动图形核心：高通Adreno 第7页：其他设备平台分析与本文总结平板电脑ARM芯片概况一、平板电脑ARM芯片概况 平板电脑大致上可以分为两种类型：传统型平板电脑和以iPad为代表的新一代平板电脑。传统“平板电脑”概念是由微软提出的，是指能够安装x86版本的Windows系统、Linux系统或Mac OS系统的PC。由于X86架构功耗较高，势必造成了传统型平板电脑在续航及散
2、热方面的表现不尽人意。2010年1月，苹果发布了iPad这款平板产品，掀起了新一代平板电脑的热潮，以iPad为代表的第二代平板产品虽然不属于微软提出的平板电脑概念范畴，但是这个名字已经广泛为大家所采用，因此我们可以将它们总结为新一代的平板电脑。平板电脑概念图 与传统平板电脑不同的是，新一代平板电脑大多采用ARM架构，这样就可避开能耗高的问题，在续航和散热方面有了很大改进。同时新一代平板电脑大部分搭载iOS、Android、webOS或者BlackBerry Tablet OS系统，在界面交互性上优化不少，增加了用户的体验感。 在传统电脑领域，英特尔和AMD作为两大处理器巨头，统治了整个产业链多
3、达数十年的时间。2010年新一代平板电脑出现以后，一定程度上对传统电脑产业造成了影响，使x86处理器的主导地位发生动摇。而整个平板电脑最核心最本质的硬件通用处理器部分，则是由一家较为低调的公司来设计并执行授权，它就是英国的ARM公司。ARMAdvanced RISC Machines ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。ARM技术具有性能高、成本低和能耗省的特点，契合了移动产业的发展需求。 在商业模式方面，ARM公司与传统处理器巨头英特尔及AMD有所不同。ARM公司自己并不制造芯片，
4、只负责芯片的设计，并将设计方案授权（licensing）给其他公司使用，从中得到授权费用。 进入二十一世纪以后，手机等移动终端产品迅速发展，使得ARM产品的出货量呈爆炸式增长，ARM处理器也迅速占领了全球90%以上的手机市场份额和上网本处理器30%的市场份额，矛头直指英特尔。ARM vs Intel 由于ARM的商业模式是开放的，任何厂商都可以购买ARM的授权，因此ARM拥有非常多的合作伙伴，人多力量大，ARM将会与全球其他半导体厂商一道来对抗相对保守的英特尔公司。现阶段，采用x86架构的英特尔Atom处理器在功耗上与ARM处理器相比还有一定差距，即使在未来英特尔处理器能够把功耗降下来，届时英
5、特尔将要面对的对手也不只是ARM一家，而是全球生产ARM芯片的半导体厂商。 现阶段，持有ARM授权的半导体公司非常多，像Freescale（飞思卡尔）（于2004从摩托罗拉公司独立出来）、德州仪器（TI）、STMicroelectronics（意法半导体）、，三星电子、Broadcom（博通）、Cirrus Logic（凌云逻辑）、Atmel（爱特梅尔）、富士通、英特尔（借由和Digital的控诉调停）、IBM，英飞凌科技，任天堂，恩智浦半导体（于2006年从飞利浦独立出来）、OKI电气工业、Sharp（夏普）和 VLSI等知名公司均拥有不同形式的ARM授权。平板电脑芯片组性能初步分析二、平板
6、电脑芯片组性能初步分析 现阶段，平板电脑市场可以说是鱼龙混杂，相似的外观，相似的操作系统，但是在体验性上却往往相去甚远。一台平板电脑，无论它的外观如何靓丽，系统版本如何前卫，如果没有强大硬件基础的支持，依然发挥不出它该有的优势。而系统级芯片（SoC），作为整体硬件系统的心脏部分，在整个系统运算过程中起着至关重要的作用。NVidia Tegra 2片上系统 系统级芯片（SoC）的另一个名称是“片上系统”。从狭义的角度讲，它指的是一个包含完整系统并有嵌入软件的全部内容的集成电路。从广义角度讲， SoC是一个微小型系统，如果说中央处理器(CPU)是大脑，那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的一个系
7、统整体。现阶段的平板电脑芯片大部分以SoC的形式存在，一个芯片上集成了通用处理的CPU、图形处理的GPU、内存控制器(memory controller)等等，有些SoC还集成了通讯解码芯片、GPS芯片等，典型代表是高通的Snapdragon系列。严格的说，我们平时所讲的高通QSD8250、德州仪器OMAP 3630、苹果A4等都不是单纯的“处理器（CPU）”，它们应该叫做系统级芯片（SoC）。经过优化的移动设备ARM芯片组结构示意图（集成Cortex-A9双核心和Mali-400 GPU） 与传统电脑结构类似，决定SoC芯片性能的两个重要组成单元分别是通用处理核心（CPU）和图形处理核心(G
8、PU)。通用处理核心（CPU）的大东家就是我们熟知的ARM公司。图形处理核心(GPU)的设计授权公司有ARM公司、英国Imagination公司和美国高通公司。ARM处理器概况1、通用处理核心（CPU）ARM处理器概况 ARM处理器由来已久，在现阶段平板电脑所应用的ARM处理器中，从低端的ARM9系列到高端的Cortex-A9，各种平板电脑基本都有囊括。从下面的概况图中我们可以看出各阶段ARM处理器的基本情况：ARM处理器概况 高通与ARM：高通向ARM公司购买指令集（ARMv6、ARMv7）使用权，自己设计出芯片组处理器核心Scorpion核心。高通声称Scorpion核心比ARM Cort
9、ex A8核心的通用计算能力强5%。 苹果A5与Cortex-A5：苹果下一代平板电脑iPad 2将会由苹果A4芯片组升级为苹果A5芯片组，该芯片组集成Cortex-A9内核处理器。而Cortex-A5则是ARM发布的一款内核核心，属于Cortex家族，定位入门市场，用于替代ARM9和ARM11核心。苹果A5集成了Cortex-A9双核心 2010年平板电脑市场处于起步阶段，国内出现了不少平板电脑厂商。相比国外平板产品而言，国内平板电脑大部分采用较为低端的ARM9和ARM11核心芯片组，比较典型的芯片代表方案有：瑞芯微RK2808/2818、Telechips TCC8902和盈方微IMAPx
10、200。在2010年平板电脑起步之年，国外平板品牌相对来说反应并不大，只有寥寥数家厂商推出了自己的平板电脑产品，其他厂商则将产品推到了2011年进行发布。从2011年CES和NWC大展上发布的新品可以看出，新一代平板电脑大战已箭在弦上。 在2011年，国内平板厂商将会逐渐过渡到Cortex-A8核心芯片组上，性能明显提升。典型的两种芯片方案是Telechips TCC8803和瑞芯微RK29xx。采用Telechips TCC8803芯片组的代表性产品乐天派Gpad 702已经发布，而瑞芯微RK29xx的产品暂时还未推出。虽然国内的平板电脑产品相比之前有了不小的提升，但与国外平板产品相比还存在
11、一定差距，在2011年发布的新品中，国外品牌大多数采用的是Cortex-A9双核心芯片组。移动图形核心：PowerVR SGX2、图形处理核心（GPU）Imagination PowerVR SGX、ARM Mali、高通Adreno三足鼎立 在移动GPU领域，除了我们熟知的ARM公司掌握着Mali系列图形技术以外，另外两家公司Imagination Technologies的PowerVR SGX和高通公司的Adreno系列图形产品也非常强劲，基本形成了三足鼎立的局面。、Imagination PowerVR SGX： Imagination Technologies是英国的一家无工厂半导体
12、设计公司，Imagination并不制造显示核心，而是授权给其他厂商融入SoC处理器或芯片组中。上世纪末的PC 3D加速卡市场中，Imagination的PowerVR曾是Voodoo卡的主要竞争对手，在与NVIDIA、ATI的竞争中失利后转战嵌入式市场。对于广大公众来说，Imagination公司的名字或许并不响亮。但事实上，包括Intel、三星、德州仪器等公司都获得了Imagination公司的授权，他们制造的手机、超便携系统处理器或SoC片上系统芯片上，都搭载了由Imagination开发的PowerVR图形核心技术。在苹果iPad、三星Galaxy Tab等大量平板电脑中，都可以看到P
13、owerVR图形核心的影子。Imagination Technologies PowerVR规模和实力无法与nVIDIA、ATI相比，之所以能一直生存下来的原因是及时转向适合自己发展方向的领域即移动市场，走精、专的路线，很好地发挥了自己的技术优势，同时也避免了桌面图形市场的残酷竞争。Imagination新一代掌上图形芯片PowerVR SGX530/535/540等属于第五代PowerVR产品，采用统一架构，支持DX9，SM3.0，OpenGL 2.0，依然采用TBR渲染模式，支持H264解码。PowerVR SGX系列PowerVR SGX530PowerVR SGX535PowerVR
14、SGX540PowerVR SGX543MP三角形输出率14M/s28M/s35M/s133M/s（四核心）像素填充率125M/s400M/s1000M/s4000M/s（四核心）应用芯片组德州仪器OMAP3430/3530、德州仪器OMAP3610/3630、苹果A4三星S5PC110/S5PV210、德州仪器OMAP4430/4440苹果A5平板电脑产品实例爱可视ARCHOS 70、唯智A81、B&N Nook Color苹果iPad、苹果iPhone4（手机）三星Galaxy Tab、帅酷A8、白牌S5PV210平板，黑莓PlayBook苹果iPad 2Imagination Power
15、VR SGX系列图形核心移动图形核心：ARM Mali、ARM Mali： ARM在移动微处理器方面非常具有威望，同样它在GPU方面的造诣也很高，并越来越多地应用在平板电脑等移动终端领域。作为业界顶级芯片厂商，ARM为各类便携智能设备以及其它相关产品提供包括CPU、GPU在内的多方面的解决方案，其中ARM的GPU就是Mali系列，它包括有世界上最小的符合OpenGL ES 1.1的GPU，也有支持全高清解码、或者具有可扩展性的多核解决方案，为高端数字娱乐系统提供强劲支持。ARM Mali系列Mali-55Mali-200Mali-300Mali-400 MPMali-T604核心面积1.0 平
16、方毫米（65纳米低电压工艺LP的面积）4.1 平方毫米（65纳米低电压工艺LP的面积）4.7 平方毫米（具有32kB二级高速缓存的单核Mali-400 MP所占用面积）图形和通用运算标准（API）OpenGL ES 1.1OpenVG 1.0OpenGL ES 1.1/2.0OpenVG 1.1OpenGL ES 1.1/2.0OpenVG 1.1 OpenGL ES 1.1/2.0OpenVG 1.1 OpenGL ES 1.1, 2.0OpenVG 1.1OpenCL 1.1, 1.2DirectX二级高速缓存无8KB二级高速缓存8KB - 256KB二级高速缓存可配置L2 Cache（推
17、荐每核心分配32KB）内存系统MMUMMUMMUMMUMMU频率240 MHz（65纳米高电压工艺GP的频率）230 MHz（65纳米低电压工艺LP）380 MHz（65纳米高电压工艺GP）240MHz（65纳米低电压工艺LP）395MHz（65纳米高电压工艺GP）240MHz（65纳米低电压工艺LP）395MHz（65纳米高电压工艺GP）三角形输出率1M/秒（275MHz频率下成绩） 16M/秒（275MHz频率下成绩） 30M/秒（275MHz频率下成绩）30M/秒（275MHz频率下单核成绩）像素填充率100M/秒（275MHz频率下成绩）275M/秒（275MHz频率下成绩）275M/
18、秒（275MHz频率下成绩）275M/秒（275MHz频率下单核成绩）应用芯片组瑞芯微RK2818Telechips TCC8902三星Exynos 4210、晶晨半导体AMLogic AML8726-M（800MHz单核心）暂未面世平板电脑产品实例蓝魔W9、蓝魔W11、原道N6、台电T720等乐天派GPad 802、智器V系列、智器R10、酷比魔方U6等三星Galaxy S2（手机）、蓝魔音悦汇W10/W12、台电T770暂未面世ARM Mali系列图形核心移动图形核心：高通Adreno、高通Adreno： 高通（Qualcomm）不只是一家在移动SoC芯片和3G通信技术上造诣颇深的公司，而
19、且是一家拥有移动GPU自主设计能力和生产能力的公司。移动GPU是SoC芯片的一部分，与ARM架构的通用处理器（CPU）一起构成SoC芯片体现应用性能的两个重要部分。2009年初，高通传出收购AMD包括绘图芯片技术在内的掌上设备资产，将这部分技术包括产权收于囊中，根据这项技术授权，高通开发出了今天我们熟知的QSD和MSM系列芯片组，代表性的有MSM7x01、MSM7227、SQD8250、MSM8255等，主要应用在手机和平板电脑领域中。高通Qualcomm 高通收购AMD一部分图形技术之后，自家发展成为一种全新的GPU品牌体系Adreno。高通的Adreno产品大部分集成在高通自家的芯片组中，
20、其他公司的产品中应用并不广泛。由于高通另外还提供通用处理器（CPU）和3G通信解决方案，因此它的SoC芯片整合度非常高，可以为手机和平板电脑等移动设备提供出色的处理及显示性能。高通Adreno GPU至今已经发布了几款产品，在移动设备中应用比较广泛，这些产品包括：Adreno 130、Adreno 200、Adreno 205、Adreno 220、Adreno 300。现在我们使用的主流产品主要是Adreno 200和Adreno 205。高通Adreno系列Adreno 130Adreno 200Adreno 205Adreno 220Adreno 300支持的图形标准（API）OpenG
21、L ES 1.1, OpenVG 1.1, EGL 1.3, Direct3D Mobile, SVGT 1.2, Direct Draw, GDIOpenGL ES 2.0, OpenGL ES 1.1, OpenVG 1.1, EGL 1.3, Direct3D Mobile, SVGT 1.2. DirectDrawOpenGL ES 2.0, OpenGL ES 1.1, OpenVG 1.1, EGL 1.3, Direct3D Mobile, SVGT 1.2, Direct Draw, GDI. Concurrent CPU, DSP, graphics, and MDP支持主流
22、的图形标准支持主流的图形标准三角形输出率4M/s22M/s41M/s88M/s提升明显像素填充率133M/s133M/s245M/s532M/s提升明显应用芯片组高通MSM7x01、MSM7200A高通MSM7227、QSD8250，Freescale i.MX515高通QSD8250A（1.3GHz）、MSM7x30（800MHz）、MSM8x55（1GHz）高通APQ8060（双核）、MSM8260和MSM8660（双核）、QSD8672（双核）高通四核版APQ8064平板电脑产品实例HTC Hero（G3）（手机）、摩托罗拉ME600（后空翻）（手机）戴尔Mini5（Streak）、HT
23、C Legend（手机），白牌i.mx515平板联想LePad Slate、HTC FlyerHP TouchPad暂未面世高通Adreno系列图形核心其他设备平台分析与本文总结 另外，附上NVidia Tegra2和其他设备的三角形输出率和像素填充率：Tegra2索尼PSP索尼PlayStation 2任天堂WiiNVidia GF7800（索尼PlayStation 3）ATI R500（微软Xbox 360）三角形输出率90M/s33M/s66M/s100M/s250M/s500M/s像素填充率1200M/s664M/s2352M/s972M/s16000M/s24000M/s其他设备平
24、台分析：微软Zune HDNVIDIA Tegra = ARM11 + GeForce 6任天堂DS2ARM Cortex + GeForce 9诺基亚平台（大部分）ARM11Palm Pre 2ARM Cortex + PowerVR SGXRIM黑莓ARM9索尼PSP2ARM Cortex+ PowerVR SGX瑞芯微RK2808ARM9+Mali-55Telechips TCC8900/8902ARM11+Mali-200盈方微IMAPx200ARM11+VIVANTE GC600飞思卡尔i.MX515Cortex-A8+Adreno 200三星S5PC110/S5PV210Corte
25、x-A8+PowerVR SGX540TI OMAP3430/3530、TI OMAP3610/3630Cortex-A8+PowerVR SGX530苹果A4Cortex-A8+PowerVR SGX535晶晨半导体AMLogic AML8726-M（800MHz单核心Cortex-A9单核+Mali-400 MP三星Exynos 4210Cortex-A9双核+Mali-400 MP德州仪器OMAP4430/4440Cortex-A9双核+PowerVR SGX540苹果A5Cortex-A9双核+PowerVR SGX543MP2NVidia Tegra 2Cortex-A9双核+GeF
26、orce ULV高通QSD8x50Scorpion+Adreno 200高通MSM7230/高通MSM8x55/高通QSD8x50AScorpion单核+Adreno 205高通MSM8x60/高通QSD8672/高通APQ8060Scorpion双核+Adreno 220三、全文总结： 通过对以上芯片组总体情况分析可以看出，现阶段平板电脑所采用的芯片组（SoC）与智能手机所采用的芯片并没有拉开太大的距离，也就是说在运算性能上平板电脑并不比主流的智能手机强多少。在操作系统大同的情况下，平板电脑除了拥有较大的屏幕，与智能手机间的硬件差距并不十分明显。平板电脑作为介于手机与笔记本之间的一种产物，也
27、应该拥有介于手机与笔记本之间的硬件配置，这样才能使平板电脑持续稳定地发展下去，不然平板电脑将有可能被体积更小功能更为全面的智能手机所代替。 平板电脑的产生，是顺应时代潮流的一种产物。Android系统的迅速崛起和ARM产业的快速发展一定程度上催生了新兴的平板电脑市场。事实上，Android系统对芯片的要求着实不低，频率太低的方案使用起来只会让人抓狂。即使一台成品的平板电脑拥有高端的硬件配置，它能否发挥出该有的性能，还要看厂商及芯片商所做的优化，优化不够，性能依然很难提升上去。 对于平板电脑厂商，选择一个合适的平板电脑芯片组方案一定程度上也决定了该产品的市场定位。在平板电脑芯片组的选择上，除了成本和性能以外，厂商还要根据芯片组的优化情况择优而用，毕竟对于自我开发能力较弱的国内山寨厂商来说优化并非一件易事。一个芯片组的理论能力能否发挥出来，与优化情况有着非常大的关系，从长远角度来讲直接影响到了一台成品平板电脑的使用体验
