在智能手機快速普及的今天，手機處理器芯片的性能逐漸開始為人們所關注，成為用戶和終端廠商都繞不開的核心話題。為了讓網友更加深入地了解，處理器在智能手機中所發揮的核心作用，我們網易手機將就手機處理器芯片這個核心部件展開深入探討，詳細解讀目前幾家主流手機處理器芯片廠商的相關產品。

　　以圖形處理器著稱的NVIDIA（英偉達）公司

　　首先要為大家介紹的是一個近幾年發展迅猛的新銳手機處理器芯片品牌—NVIDIA（英偉達），提及NVIDIA這家世界著名圖形處理器研發制造商，相信很多人并不陌生，PC平臺上廣受好評的Geforce系列顯卡就出自NVIDIA。而自從2008年開始，NVIDIA洞悉了移動智能終端平臺的發展潛力，進而開始涉足手機終端芯片的研發與制造領域。

　　為了讓網友更加深入地了解NVIDIA手機處理器芯片在產品研發上的優勢以及一些網友所關心的相關問題，我們網易手機頻道也采訪了英偉達中國區市場經理施澄秋。

　　NVIDIA（英偉達）中國區技術市場經理施澄秋

　　生不逢時的Tegra一代處理器

　　早在NVIDIA推出旗下移動處理器品牌Tegra之前，在2008年2月11日就發布了適用于智能手機以及PDA平臺的APX2500處理器，該處理器集成了一個主頻為750MHz的ARM 11處理器以及一個顯示核心，處理器采用65nm工藝制程，擁有256KB的二級緩存，而集成的顯示核心是基于Geforce 6核心架構，支持OpenGL ES 2.0和Direct3D Mobile標準，其低耗電的架構設計使得智能手機等移動設備能夠長時間播放音樂以及視頻。

　　第一代NVIDIA Tegra處理器芯片

　　Tegra一代處理器的核心架構圖

　　APX2500這款處理器其實是由NVIDIA和微軟聯合研制的，后續還推出了APX2600（強化對NAND快閃存儲器的支持）。目的在于結合NVIDIA在圖形處理方面的技術優勢，提高當時Windows Mobile平臺產品的多媒體處理能力。而憑借超低耗電的GeForce核心以及出眾的多媒體性能，這款處理器在當時看來可謂性能十分強大，包括微軟的Zune HD就采用了Tegra芯片。

　　Tegra一代系列產品對比

　　不久之后的2008年6月1日，NVIDIA就正式推出了移動處理器品牌Tegra，并且發布了Tegra 600以及Tegra 650兩款處理器，之前亮相的APX 2500也被改名為Tegra APX2500。Tegra 600/650同樣采用主頻為750MHz的ARM 11核心處理器，另外還集成了包括圖形處理單元以及存儲器等周邊設備，其中Tegra 650更提供了對1080P視頻播放的支持。

　　NVIDIA希望能夠借Tegra600/650以及此前發布的APX2500擴大該公司產品的應用范圍，搶占智能手機以及當時頗為看好的新興移動互聯網設備（MID）市場。然而從后續的發展來看，Tegra一代系列產品的市場表現無疑是慘淡的，為何一款性能足夠強大的處理器芯片最終卻不被當時的主流市場所認可與接受呢。

　　性能很強卻受限于當時的環境

　　關于這一問題，英偉達中國區技術市場經理施澄秋有他獨到的見解。在他看來，一方面當時國內智能手機的整體生態環境發展并不成熟，Android系統平臺才剛剛誕生不久，不僅供用戶可選擇的應用程序偏少，而且內容質量也不夠豐富，程序本身并未注重視效等圖形運算技術的融合。另一方面，當時高速3G網絡并未普及也成為另一大制約因素。

　　Tegra一代產品可應用于多種移動智能終端

　　不過筆者認為，除了以上兩個原因之外，當時發展得如火如荼的Symbian平臺無形中也限制了Tegra一代產品的銷量，諸如當時諾基亞E71（網購最低價 810.0元）等熱賣機型，它們更注重于通訊方面等核心體驗，況且當時主流的低分辨率小屏幕手機也不足以體現Tegra強大的多媒體性能。

　　而在MID領域，由于Tegra系列處理器是基于ARM核心架構研發的，因而不能運行WindowsXP系統，第三方軟件資源的極度匱乏使得那個時期的MID設備，在適用性和實用性方面大打折扣，市場表現遠不如預期那么樂觀，并不為大多數用戶群體所接受。

　　微軟Zune HD播放器搭載了Tegra芯片

　　不可否認，憑借NVIDIA在圖形運算方面的技術優勢，Tegra一代系列處理器在多媒體方面的確有著令人贊嘆的表現，但由于當時智能手機平臺的受限以及NVIDIA本身市場經驗不足等客觀因素，導致Tegra一代產品的市場表現不盡如人意，這也不得不讓人感嘆Tegra一代系列處理器有點生不逢時。

　　蟄伏出擊的Tegra 2雙核處理器

　　盡管Tegra一代系列產品的市場表現不佳，但經過近2年時間的深度研發，NVIDIA于2010年1月7日在CES展會上發布了其第二代手機處理器芯片，也就是我們后來所熟知的Tegra 2系列，作為全球首款雙核心處理器芯片，這在業界引起了不小的轟動。

　　NVIDIA率先發布全球首款雙核處理器芯片Tegra 2

　　NVIDIA率先發布全球首款雙核處理器芯片Tegra 2

　　Tegra 2系列處理器在核心架構方面采用的是基于ARMv7指令集研發的Cortex-Ax架構，不過Tegra 2直接跳過了Cortex-A8架構，而采用當時最為先進并擁有完全亂序執行能力的Cortex-A9架構，主頻設定為1GHz-1.2GHz，擁有1MB的二級緩存，并最大支持1GB內存。

　　雙核比以往單核處理器更省電

　　相比前代Tegra產品采用65nm工藝制程，新一代Tegra 2采用更為先進的40nm工藝制程。新的制程工藝使得芯片的體積可以進一步收縮，同樣尺寸的芯片可以容納兩倍的晶體管數量，由此帶來的不僅是主頻的提升，芯片整體的功耗也可以大大降低。

　　Tegra 2雙核處理器芯片核心架構演示

　　從Tegra 2核心架構圖上我們可以看到，除了兩個ARM Cortex-A9核心處理器之外，另外有一個ARM7處理器，一個音頻處理器，一個影像處理器，一個高清影片解碼處理器，一個高清影片編碼處理器以及一個圖形處理器（2D/3D Graphics Processor），這使得Tegra 2無論在上網、音視頻播放、圖像處理以及3D游戲的Flash加速方面都能得心應手。

　　雙核Tegra 2在Javascript項目測試中優勢明顯

　　在視頻編碼以及解碼方面，相比前代只支持720P高清影片，Tegra 2系列可以支持1080P分辨率的H.264格式影片的編碼和解碼播放，而且在進行解碼時所產生的功耗能夠小于400mW，這是當時其他芯片所不具備的優勢。而在音頻解碼方面，NVIDIA在2007年花3.5億美元收購了PortalPlayer公司之后，有了PortalPlayer公司強大的技術支持，NVIDIA也為Tegra 2提供了更為優秀的音頻解碼器。

　　雙核Tegra 2在游戲體驗中的表現同樣很出色

　　在圖形芯片方面，Tegra2搭載的是集成8個核心的GeForce GPU，采用高度優化的超低功耗架構設計，顯示核心時脈為300-400MHz。盡管GPU架構與Tegra一代并無區別，但由于Tegra 2支持LPDDR2，擁有更高的內存寬帶和時鐘頻率，這使得GPU性能方面將有2至3倍的提升，三角形輸出率為90M/s，像素填充率是1200M/s，是蘋果A4處理器上所搭載的Power VR SGX535型GPU的2.5倍。

　　雙核Tegra 2相比其他同期產品在Javascript測試上對比

　　應該說Tegra 2處理器在整體性能上還是相當不錯的，但它同時也存在一些缺陷，比如內存通道控制器的位寬太小。一般雙核處理器的位寬都要在64bit以上，而Tegra 2的帶寬僅有32bit，處理器性能雖然很強，但是不能夠很好地發揮出來。

　　另外由于Tegra 2芯片并不支持Neon指令集，Neon技術是ARM Cortex-A系列處理器的128位單指令多數據體系結構擴展，可有效處理數據并盡可能減少對內存的訪問，從而增加了數據吞吐量。閹割了Neon加速模塊之后，使得Tegra 2上的GPU性能優勢無法發揮最大化，比如不能流暢播放High Profile的1080P H264視頻。

　　Tegra 2量產后市場表現搶眼

　　得益于Android平臺以及整個生態環境的日趨成熟，在Tegra 2芯片量產之初憑借雙核的優勢以及在圖形處理方面的優異表現，還是為其帶來了大量的定單，包括LG以及摩托羅拉等廠商均及時推出了相關的手機產品。

　　首款搭載Tegra 2雙核處理器的智能手機-LG Optimus 2X

　　而在MID領域，由于谷歌將Tegra 2強制作為Android3.0的開發參考設計平臺，這使得Tegra 2在Android平板電腦方面占據了絕大多數的市場份額，贏得了華碩、宏基、東芝等PC廠商的訂單。總體上而言，Tegra 2憑借強大的性能以及在游戲等方面所展現的優秀圖形處理能力，在前期的市場表現還是非常令人滿意的。

　　首款搭載Tegra 2雙核處理器的平板電腦-摩托羅拉XOOM

　　為此，英偉達的施澄秋經理也給到我們一個相關數據統計。截止至2011年，采用Tegra 2芯片的手機終端產品有近67款，而平板電腦產品則有34款。不過由于這些產品中很多并未在國內上市，這也導致很多國內的用戶產生Tegra 2市場表現不佳的錯覺，而實際上NVIDIA在Tegra 2的市場推廣和宣傳方面還是不遺余力的，特別是與很多國內廠商都保持著良好合作，并有相關的終端產品搭載Tegra 2芯片。

　　現有Tegra系列產品規劃圖

　　競爭對手強勢來襲

　　然而緊隨其后，包括高通、德州儀器（TI）以及三星等在內的競爭對手紛紛推出各自的雙核處理器產品，如高通的MSM8x60系列、TI的OMAP 4430/4460以及三星的Exynos 4210等，這些產品由于研發周期相對較長，因而在整體性能方面并不亞于NVIDIA的Tegra 2處理器，同時在功耗控制以及系統兼容性方面相比Tegra 2又更出色，不夠穩定的效率及相對較高的功耗成為后期制約Tegra 2銷量的關鍵因素。

　　近期市場表現突出的天語W806同樣搭載Tegra 2雙核處理器

　　對此，英偉達中國區技術市場經理施澄秋也坦承，半導體行業是一個你追我趕持續跟進的過程，由于其他競爭對手的產品研發周期相對更長，他們后續推出的雙核芯片能夠很大程度上彌補Tegra 2的一些不足之處，這也使得某些方面的表現會比Tegra 2更出色。但Tegra 2憑借價廉物美的優勢，目前在國內的出貨量也還是不錯的。而且NVIDIA也加強了與國內終端廠商的合作，如近期國內熱銷的天語大黃蜂W806就搭載了Tegra 2芯片。

　　另外，NVIDIA也充分意識到Tegra 2芯片與后期競爭對手發布的產品相比的確存在很大的改進空間，這也促進了NVIDIA后續產品的研發進程，繼而率先推出了我們接下來要為大家詳細講述的四核Tegra 3處理器芯片。

　　再次出擊的Tegra 3四核處理器

　　繼雙核Tegra 2系列之后，NVIDIA繼續保持了業界領先的更新速度，開始專注于代號為KAL-EL的四核處理器芯片的研發工作，并于2011年11月9日率先推出了新一代基于ARM核心架構的處理器Tegra 3，這也是全球首款移動終端平臺四核處理器芯片。

　　全球首款四核手機處理器芯片-NVIDIA Tegra 3

　　與Tegra 2一樣，Tegra 3仍然采用臺積電40nm工藝制程，四核心最高主頻為1.4GHz，單核最高主頻1.5GHz。根據NVIDIA官方的介紹，Tegra 3的CPU性能最高可達Tegra 2的5倍，集成的12核GeForce GPU性能是Tegra 2上的3倍，并且支持3D立體顯示，同時理論功耗值比雙核的Tegra 2更低，下面就帶大家詳細了解這款處理器。

　　性能相比Tegra 2提升5倍

　　獨有4+1多核架構管理模式

　　為了有效地解決多核運算所帶來的功耗問題，NVIDIA首創了vSMP（可變對稱多處理）多核架構管理模式，并且申請了專利技術。雖然Tegra 3名為四核處理器，實際上卻包含了5個處理器核心，這5個CPU核心在內部結構上完全一致，均為Cortex-A9架構，除了四個采用高性能制程的主核心之外（每個主核心可根據工作負載獨立而自動地開啟或關閉），還有一個專為低功耗節電而設計的核心，它的主頻被設定為最高500MHz，也被稱為伴核（Companion Core）。

　　vSMP多核管理模式詳解

　　vSMP技術可允許Tegra 3針對不同的使用情況，采取不同的處理器核心解決方案，比如手機在待機、接打電話以及收發郵件等低負載情況下，四個主核心就會保持關閉狀態，而僅使用低頻率的伴核。

　　vSMP技術能提升整體性能和降低功耗

　　而在玩普通游戲、瀏覽網頁加載Flash內容等情況下使用單核或者雙核，只有在運行大型3D游戲、高清視頻播放等操作時才會四核滿負載運行，這種靈活可變的多核心調動機制很大程度上，就能降低芯片整體的功耗，從而讓手機獲得更長的續航能力。

　　需要注意的是，伴核是不能與四個主核心同時工作的，為了保證Tegra 3的高效率以及伴核與主核心之間的高速切換，在緩存、Android系統優化方面Tegra 3也有特別之處。在緩存上，主核心和伴核共享1MB的二級緩存，緩存間返回數據速度在納秒級別，而多核心高速切換的時間間隔可小于2毫秒。

　　伴核最高主頻設定為500MHz

　　在Android系統下，雖然系統可以允許多個核心在不同頻率下運行，但系統假設每個核心的運算能力是完全一致的，它會依次來分配計劃任務，此時顯然多核心工作是不夠高效的。而NVIDIA表示，vSMP將一直保持被激活的核心工作在同步系統頻率上，以此方式為Android系統優化，從而達到更高的效率。

　　與高通以及TI等對手的產品對比

　　相比之下Tegra 3功耗控制方面表現很出色

　　通過vSMP技術，Tegra 3很好地解決了多核處理器在高性能和低功耗之間的平衡問題，在執行同樣功能操作時，Tegra 3相比前代Tegra 2在功耗控制上具有明顯的優勢。而來自一份《Coremark》的測試軟件的結果則顯示，若達到目前主流CPU性能，Tegra 3只需要付出一半的功耗，而如果需要更高的性能，Tegra 3可以提升近一倍，但功耗卻比現在主流雙核心產品低20%。

　　伴核的引入能很大程度降低功耗

　　12核心GPU圖形處理優勢突出

　　而在圖形處理方面，依舊集成了超低功耗設計的GeForce GPU，相比上代產品，GPU的核心處理單元增加到12個，內存寬帶相比Tegra 2提升三倍，圖形輸出方面支持HDIM 1.4a規范，除了完全勝任1080P High Profile 40Mbps高清播放之外，還支持3D視頻的播放、輸出以及2D轉3D功能。同時，加強的GPU還將帶來更好的實時光影效果、動態模糊效果、以及物理引擎運算效果。

　　Tegra 3芯片的優勢一覽

　　此外，Tegra 3在成像以及顯示方面也有重大提升，最高支持3200像素的主攝像頭以及500萬像素副攝像頭，擁有全新的300M像素/s的圖形處理單元。而在存儲器方面，支持DDR3-L 1500LPDDR2-1066規范的內存接口，容量最高可達2GB。

　　Tegra 3內置全新12核心的GPU

　　四核Tegra 3的游戲性能表現比Tegra 2提升很大

　　Windows 8的普及或將成新的增長點

　　值得一提的是，Tegra 3四核處理器將同時支持Windows 8以及Android兩大移動系統平臺。對此，英偉達施澄秋認為，盡管目前Windows 8平臺還未得到普及推廣，但這畢竟也是今后移動終端市場不可忽視的又一大新興平臺，隨著Windwos 8的普及勢必會在一定程度上給Tegra 3提供良好的發展契機，事實上Tegra3已經成為Windows 8的ARM版的推薦設計平臺之一。

　　四核Tegra 3與同期產品相比整體性能優勢明顯

　　總體而言，憑借vSMP等多項獨家專利技術，Tegra 3處理器芯片在性能上的表現是值得肯定的，這一點從搭載Tegra 3的HTC One X（網購最低價 3160.0元）上所展現的強大拍照功能就可見一斑，NVIDIA方面也非常看好Tegra 3接下來的市場表現。

　　全球首款搭載Tegra 3的四核智能手機-HTC One X

　　但NVIDIA競爭對手的實力同樣不容小覷，雖然目前僅有三星以及華為推出了其針對手機產品的四核處理器，但是高通以及TI等對手也將在后續推出同等級別的產品，并與NVIDIA Tegra 3系列展開直接競爭。

　　這其中，高通日前就已經正式發布了其最新的Snapdragon S4系列產品，其MSM8960雙核處理器不僅基于近似于Cortex-A15內核的Krait核心架構研發，而且還采用業界最先進的28nm工藝制程。

　　搭載四核Tegra 3的手機續航能力有待驗證

　　理論上來說，針對手機終端的高通S4雙核處理器，在綜合性能方面會稍遜于Tegra 3，但更先進的架構和制程工藝將使得功耗控制上則比Tegra 3更具優勢，同時高通處理器所具有的高集成度特性以及LTE專利技術優勢也是NVIDIA的軟肋。

　　不過，NVIDIA已然意識到Tegra 3所存在的這些問題，在確定與瑞薩電子（前NEC半導體部門）和GCT半導體合作之后，NVIDIA CEO黃仁勛此前就表示Tegra 3芯片將在今年內支持LTE，我們也寄希望于支持LTE的改進版Tegra 3芯片能夠盡快量產上市，這樣無論對于終端廠商或是消費者而言都將有積極的正面影響。

　　小結

　　從Tegra一代的初次試水到后續率先推出雙核Tegra 2以及四核Tegra 3處理器，應該說NVIDIA在移動芯片領域所投入的研發力度以及所取得的成就還是有目共睹的，但也必須承認目前Tegra系列產品目前所面臨的，來自高通以及TI等競爭對手的壓力并不小。

　　NVIDIA Tegra系列產品未來整體規劃圖

　　不過英偉達施澄秋也告訴筆者，隨著28nm工藝制程的進一步成熟，英偉達也將很快推出更基于這一工藝制程的芯片產品。另外，2012年下半年ARM公司就將正式推出其最新的Cortex-A15核心架構，而NVIDIA繼四核Tegra 3的后續研發工作也在穩步推進中。

　　從NVIDIA已經公布的產品規劃圖來看，接下來NVIDIA勢必將從工藝制程以及核心架構等方面進行改進創新，從而推出性能更強且功耗更低的Tegra 3+或者Tegra 4系列處理器芯片。NVIDIA能否借Tegra 3以及后續即將推出的新品鞏固既有的市場并開拓新興市場，繼而在移動終端芯片市場站穩腳步，我們拭目以待。