在一颗小小的SoC 晶片中，已集结了CPU（四颗A57 与四颗A53 核心）、主记忆体接口（ LPDDR4）、数位讯号处理器DSP、图形处理器GPU（Adreno 430）…...
废话不多说了，今天这篇文章唯一的主旨就是教大家进一步能”大概”看懂这张图── SoC 晶片。(大概的意思就是我也讲不了很深)
让我们以高通的Snapdragon 810 处理器为例，说明并比较联发科、苹果等各家处理器的功能。
图片来源: 高通官网
SOC 处理器– 多核心、异质运算
右上角的Cortex-A57 和Cortex-A53 是什么意思呢？为什么会有两款CPU？
多核心处理器( Multi-core processor) 是在单个处理器元件中，加入两个或两个以上独立的中央处理单元，称为核心(Core)。
对于电脑来说，处理器核心再强，透过风扇和电源插座、也较不会有发热和耗电的问题。
但行动装置在拉抬处理器效能的同时，仍必须考虑发热和耗电问题。要怎么样才能兼顾效能和耗电问题呢？
ARM因此提出了big.LITTLE异质运算多核心处理器配置。ARM将比较耗电，但运算能力强的处理器核心组成的「big丛集」与低耗电、运算能力弱的处理器核心组成的「LITTLE丛集」结合在一起。
「异质运算」的处理器意指，使用不同指令集架构的计算单元组成的系统。
ARM会卖指令集架构(ISA)、也会卖有设计好电路的阳春晶片吗？高通和苹果一般是跟ARM买指令集架构、电路自己做。
所以高通的KRYO架构、苹果的TWISTER架构，就是自己研发的电路架构；然而联发科或魅族等没有自己研发电路的，就是直接跟ARM买晶片电路的SOLUTION。
而ARM 卖的阳春晶片，目前最常见的就是CORTEX-A 系列。又分为高性能、低功耗和超低功耗3 类：
- 高性能系列：A57、A72
- 低功耗系列： A53
- 超低功耗系列：A35、A32
异质运算就是把A72、A57 和A35 等采用不同的指令集架构或奈米制程工艺的核心，设计在同一个处理器里面。
看起来有点难懂？咳咳，让我们用通俗一点的方式讲解。
手机使用者永远都会希望手机速度越快、效能越强越好，但一般的App 常见也只需要一个够强的核心在跑就够了。那能不能在手机运行的情况下、开启高效能但耗电量也较高的核心，但手机待机或暗屏的情况下就开启低效能但也低耗电的核心呢？
让我们以联发科在2016 年发布的全球首款十核心处理器──Helio X25 为例。
Helio X25 是一款20 奈米制程，采用了ARM big.Little大小核心架构，十个核心由两个2.5GHZ 的A72、四个2GHZ 的A53 与四个1.4GHZ 的A53组成「2＋4＋4」结构。
很多消费者听到都觉得：哇十核好厉害好棒棒，高通也才八核、苹果之前还都单核心呢！但事实上，联发科在设计十核时，并不是要让那十颗核心同时用的。
需要高效能时，让两颗A73 在跑；负载量稍低的时候变成一颗A73 加上一两颗A53；负载再低时变成两颗A53、负载再更低时变成两颗A32…..
依据现在的工作需求，去切换高效能高功耗、或是低效能低功耗的处理器。如此即能做出高效能，但平均耗电低的多核心处理器，ARM 表示使用big.LITTLE 架构，相较于只使用「big 丛集」相同CPU 核心数量的处理器，可节省多达75%的功耗。
所以所谓的十核心，同时间启动的核心、只约莫是二到六颗间的数字（六颗的情况已经很少了）。高通的案例也是，如果它全部的八核心同时运作起来，绝对会瞬间过热！
一般CPU 若要不过热，功率瓦数约是3 – 5 瓦之间。手机的范围就这么大，要散热的话你总不能在旁边拿电风扇一直吹它，能散的热就只有这么多。(NVIDIA 之前出的处理器Tegra 就有装风扇… )
晶片发热的问题，欢迎参考TDP（T HERMAL D ESIGN P OWER）。TPU是CPU电流热效应以及CPU工作时产生的单位时间热量。TDP一旦确定，就确保了电脑在不超出热维护的情况下有能力运行程序。
只能发这么多热，装这么多CPU就是为了刚好让热的极限TDP 4瓦吃满。或4颗A53一起开也是会吃满，看你要开哪一颗。换言之，多核心其实没什么用，多数情况下只有一个在跑、其他都没在用；不如一个很能打、比十个都废物更强。
事实上，影响手机实际性能的因素很多：
1. 单核性能：都是八核，最大核是A72 的八核和最大核是A53 的八核就不一样。
2. 核心数：在单个核心相同的情况下，核心数多的晶片在理论上性能会比较高，比如Snapdragon 652 比Snapdragon 650 更好。
3. 调度资源的机制：在切换大核心到小核心时，能不能协调得好、能真正控制好功耗。在这一点上，自主研发架构的晶片通常表现得更好，比如高通的Kryo 架构和苹果自主研发的A 系列晶片架构。
用一张图告诉你联发科、高通和苹果处理器的差异。
（来源：网路流传）
苹果在A5 (iPhone 4) 和A5 之前的优势还不在CPU，那个年代它的CPU 还蛮弱，采用的也是ARM Cortex A系列方案，也只有单核心。
LYNN 闲聊：相比苹果对IOS 的控制力，GOOGLE 对ANDROID 的开发者基本上采取了放任自流的态度。常驻后台、广告推送、通知栏推送、弹窗推送等非常敏感的权限，ANDROID 几乎全都提供给了开发者。
举例来说，IOS 软体方面锁得比较紧，IOS 软体是不能在背景执行的。
有兴趣的读者欢迎参考 APP PROGRAMMING GUIDE FOR IOS ，内文便有表示唯独在一些限定的情况下才能做BACKGROUND EXECUTION，比如短时间执行的工作（执行完就得关闭了）、或是要在背后下载、背后播放或录制声音…..
别问为什么不准，苹果老大说什么就是什么。多半是苹果先前的处理器只有效能强的单核心，无法像多核心处理器那样、在高效能和低功耗之间做切换，所以为了要省电、避免浪费电池，就把背景执行的权限关掉。
之前就有IOS版的FACEBOOK工程师证实，为了要在背景执行，他们偷偷开了一个录音功能——但它并没有真的在录音！
只是为了要让程式在背景执行时不会被IOS锁住而已，也是因此成了降低IPHONE电池寿命的元凶。目前FACEBOOK已经在更新后的版本中把BACKGROUND AUDIO砍掉了，希望不要再发生。
一直到A6 开始，苹果才不再使用ARM 的晶片公版，改向ARM 单买指令集，以ARMv7s 为基础自己开发CPU 架构「Swift」双核心处理器。
此举也让苹果成为继高通后，第二个能以ARM 指令集为基础开发SoC 的公司。
(图片来源: Wiki )
A5 晶片的制程采用32 奈米、ISA 指令集架构用ARM v7、单核心Cortex-A9。
A6 晶片的制程采用32 奈米、ISA 指令集架构用ARM v7、双核心Swift。
然而从iPhone 5 到iPhone 7 之前为止，苹果的处理器也都是维持使用两颗双核心，且两颗核心一样大。
相较于高通八核、联发科十核，虽然苹果处理器的核心数少，但效能却很强。当然，耗电量也非常快。(备注:苹果IC设计的实力，堪称是一家处理器公司)
当然你可能会好奇，苹果之前虽然有双核心，但却不是一大一小、而是两颗一样都是功耗大和效能强的核心，该怎么控制耗电量呢？
除了使用管得比较严格的iOS 作业系统之外，苹果在A7 (iPhone 5S) 处理器开始多了一颗协同处理器(Coprocessor) M7，但这颗处理器非常弱，专门拿来管理手机硬体感测器，如陀螺仪、加速感应与指南针的资讯。
之前苹果在管理周边感测器的方式，是使用核心的处理器去管理。事实上处理感测器讯号这件事情并不太复杂，然而为了要管理这些感测器，需要唤醒整颗处理器、管理完后再进入休眠。万一这些讯号比较频繁，就会变成持续性的耗电。
苹果在A7 开始，则是将这些接收感测器指令的动作分离出来，透过这颗M7 进行管理。
由于M7 基本上是基于低功耗架构所作，且其目的仅为了管理这些感测器，架构可以做的相当精简，加上是为管理感测器最佳化，不像处理器的CPU 架构还要支援指令集以及通用运算，能将功耗降的比较低。
一直要到2016年底，苹果才发表了同样指令集架构的异质处理器 A10 Fusion (搭载在iPhone 7上) ，采用自己开发的架构Twister ，最大的变化就是双核变四核── 2大核+ 2小核。但要么就是大的两颗在跑、或小的两颗在跑，绝不会同时一起跑。
这和你看到其他的Android 手机，像是高通Snapdragon 或是联发科Helio 晶片的异质处理器──两颗A73 加上四颗A53 这种可以独立开关的设计不太一样。
记忆体
在手机上的硬碟采用NAND Flash (快闪记忆体)。虽然NAND Flash 的名称中有记忆体，但它比较偏向硬碟的角色、拿来存资料用，不是一般讲的记忆体。
那主记忆体呢？手机记忆体的规格一般就是LDPPR3、LDPPR4。LPDDR 基本上是一个「介面」，可以让你接记忆体IC 上去。
若要讲得更精确一点——LPDDR是低功耗记忆体的通信标准，以低功耗和小体积著称，专门用于行动电子产品。
4GB RAM 的手机记忆体，早在2015 年下半年就被部分手机厂商列为了最低标准配备。2016 年初时，中国手机厂商Vivo 就已经打着「全球首款6GB RAM 智慧型手机」的行销口号推出Xplay 5。
现在的Android 手机，4GB RAM 算够用，6GB RAM 成为标准配备，8GB RAM 是旗舰手机配置。
然而，2016 年底发行的iPhone 7 给的是2GB、 i7 Plus 给的是3GB RAM。
… 想抱怨得少吗？
从以前开始，连续好几代的iPhone 都是1GB RAM，比如iPhone 5s、i6 和i6 Plus 都是 1 GB。也因此，厂商在设计iOS APP 时就会注意要对记忆体省一点。
事实上当年的APP 没有用到这么多记忆体；最近苹果RAM 的大小上来后，iOS 软体开发商对于记忆体也越来越敢用、APP 越做越肥… 这是鸡生蛋蛋生鸡的问题。
所以现在的iPhone 使用者可能会越来越感受到记忆体不够的问题，不知道这否是苹果故意想逼使用者升级…
GPU：ADRENO、POWERVR…
GPU 的架构和CPU 的ARM 架构完全不一样。
高通有自己的一套GPU叫Adreno，是先前最强的GPU。苹果用的是Imagination公司的PowerVR系列。ARM的官方也有出一套官方版的GPU架构，叫ARM Mali。
其实GPU 这种东西只有运算量的差异，你只要敢堆、就会变强。因为GPU 的Workload 就是很平行化的东西。
比如同样都是NVIDIA 出的Pascal 核心GPU，有些是比较小的晶片、执行单元就比较少；比较大的晶片上的执行单元比较多，执行速度越快快、也占比较多的电晶体面积，当然就比较贵。
同样以ARM 的Mali 来说，有好几个型号，有些是大晶片、有些是小晶片。
苹果在晶片上的利润不高，很敢堆GPU，所以GPU 也很不错。反过来说，联发科的GPU 不强，很可能是为了压低成本而不敢堆…。
事实上苹果的合作公司── Imagination 所出的PowerVR GPU 不是只有苹果在用；如果你想买的话，拿得出钱（可能要几百万美金以上）都可以买。
所以PowerVR不只搭载在苹果的处理器上，德州仪器的Soc晶片OMAP系列也是PowerVR，三星、联发科，甚至是中国的IC设计厂Allwinner和Rockchip等也都有用过。
然而Imagination 的最大客户还是以苹果的iPhone 为主，苹果支付的许可费用和专利费占 Imagination 总收入总额的50%。
也因此在今年(2017) 4 月，苹果突然宣布将在2 年内停止使用该公司的GPU 设计、转而采用自己设计的产品之后，Imagination 股价瞬间暴跌了近69%。6 月时Imagination 宣布将公司出售，到现在还在找买家。
(蛮有可能是苹果给Imagination 施压，等股价暴跌后再来接盘… XD 买家到底会是谁，就让我们拭目以待吧)
总结一下：如果以GPU 效能来做个排序，一般是Snapdragon 搭载的Adreno 效能最强，再来是苹果的PowerVR、与联发科等等的其他处理器。
像我们用来举例的Snapdragon 810 虽然有着CPU 过热问题，但GPU 的效能很强大。
DSP 和MULTIMEDIA
DSP 是数位讯号处理器。它的目的是计算讯号，和GPU 一样是一堆加法和一堆乘法的运算。但和GPU 不同的是，GPU 的目的是要计算很大量的数据、也就是Throughput (生产量)。
计算机结构中有两种重要的比较数值，一个叫Throughput，意思是单位时间内有多少量产出。另一种叫Latency（延迟），意思是交给你一项任务，要多久才会做完。
Throughput 是可以叠的，像是GPU 的目标就是Throughput，叠越多效果就越好。
相反地，DSP 的目标则是Low-Latency，也就是运算量不用很大，功耗低但须速度快。比如我们在讲话时需要把声音压缩再送出去，而这个压缩的过程不能花费很多时间。
DSP 一般来说会用来处理手机讲话的压缩和解压缩、搜集和运算感测器的资料等等。
Multimedia Processing（多媒体）——影像要有压缩和解压缩很耗CPU，所以这些是交给特殊硬体来做。
今天我们介绍了：
ARM big.LITTLE 的异质处理器架构，从大核A72、中核A53 到小核A35 之间做切换来达到效能与功耗的平衡，也是高通八核、联发科十核和苹果四核的意义
高通Kyro 和苹果Twister 是购买ARM 指令集、电路架构自主设计，联发科Helio 、三星Exynos 或华为Kirin 处理器则是买公版晶片(ARM 出的阳春版电路设计) Cortex 系列去设计。
手机记忆体规格为LPDDR，最新一代为LPDDR 4。(iPhone 给的记忆体都比较少一些… )
GPU 强否，多半是看厂商愿不愿意下重本去堆。一般是高通Adreano 最强、苹果的PowerVR 其次，再来才是其他厂商。
数位讯号处理器DSP 的目标是低延迟，和GPU 强调Throughput 不同。
今天对手机SoC 处理器所具备的功能介绍就先到这为止啦，大家大致上有个领略就好，也好在 iPhone 8 出来后心里有个底、它到底强不强啦~~
文、图： 写点科普，请给指教 与 股感，来自生活
/3 
