超能课堂(124)：向着AI和XR朝圣的高通骁龙845
在巴塞罗那移动通讯大会上，5G、Galaxy S9，高通骁龙845移动平台，刘海全面屏等产品、技术相继成为本次展会的热词，特别是Galaxy S9，凭借自己过硬的综合素质重新让人审视了Android机皇的上限，而在背后起推波助澜作用的就是高通骁龙845移动平台。对于骁龙845，高通自己是这样形容的：人们总说最优秀的将至未至，但我们可以保证，Qualcomm骁龙845移动平台，就是迄今为止最卓越的。在官网的介绍页面中，高通也淡化了对性能的描述，转而向我们介绍骁龙845的功能和特性，诚然高通意识到自己在移动处理器市场上的绝对地位不如以往稳固时，选择在AI，XR（Extended Reality扩展现实，用高通自己的话来说就是VR+AR=XR）等其他方面保持对竞争对手的优势，所以这期超能课堂我们就来谈谈高通骁龙845移动平台是如何集创新设计和强大功能于一身的。
在讲解高通骁龙845对比前旗舰骁龙835做了那些地方的升级前，我们先来简单对比两款处理的规格：
如果只从字面上看这两款SOC的规格的话，会发现骁龙845并不是一款“质变”的SOC，处理器还是八个核心，制程工艺也仅从10nm LPE升级到10nm LPP，DSP和ISP都是常规的升级换代，强无敌的基带继续傲视群雄，倒是视频方面有不小的升级，安全性方面在生物信息识别和移动支付方面做了改进，事实真的如此？作为高通目前性能最前的移动平台，其内在的功能升级远非那些简单的数字所能阐述的，下面我们就来具体说说骁龙845移动平台在那些简单数字背后蕴含了多大的能耐。
DynamIQ big.LITTLE架构处理器
上一代骁龙835的CPU内核是基于Cortex A73和A53架构自研的Kryo 280，骁龙845则对最新的Cortex A75和A55架构进行定制，高通将4个较大的核心称为Kryo 385 Gold，4个较小的核心称为Kryo 385 Silver。乍看之下似乎是一个普通的架构升级，但是实际意义却并不简单，因为高通骁龙845还是全球第一款使用DynamIQ big.LITTLE技术的处理器。
2011年ARM推出big.LITTLE技术，这项技术能将多个大核组成一个计算集群，多个小核组成另一个计算集群，它们之间通过软件层（全局任务调度）将任务无缝调度到匹配的CPU中，多年以来处理器的架构和软件层不断更新迭代，然而这种大小两个或多个CPU集群的互联方式却从未改变，直到DynamIQ技术的诞生。DynamIQ big.LITTLE技术允许单一计算集群上进行大小核配置，而非以往的大+大或小+小，这样可以形成一个兼具大小核的CPU集群，虽然目前只支持单丛八核，但灵活的核心配置可以让非常依赖单线程性能的用户体验提升到一个新的台阶。
随着系统缓存的加入，带宽也实现了暴增
DynamIQ技术不仅仅提高了核心配置的灵活性，在电压调节方面也比以往的big.LITTLE更进一步，在单个集群中可以对每一个核心进行精细的频率、电压控制，ARM官方声称可以在一定发热量前提下最大限度提高设备的性能。另外留心观察的话，我们还可以发现骁龙845具有2MB共享L3缓存（事实上还有3MB系统缓存），这也是DynamIQ big.LITTLE带来的成果之一，DynamIQ big.LITTLE允许在CPU集群中配置更大的缓存空间，在集群内进行异构处理，实现数据共享的同时可以做到最低的延迟。 全新的硬件架构使不同的模块不再独立运作，而是通力合作，这正是异构计算的基础——使各种引擎共同协作从而增强用户体验。
总结下DynamIQ big.LITTLE的引入有哪些好处：
·在终端解决方案中扩大产品差异化
·通过提升单线程性能提高用户体验
·通过先进的电源管理功能提高效能
回归到参数方面，和骁龙835相比，骁龙845的四个大核心频率更加高，达到了2.8GHz，提升了0.35GHz，另外四个小核心的频率却有所下降，从1.9GHz跌到1.8GHz，官方在宣传时提到四颗大核心的性能可提高25%-30%，四颗小核心性能提升15%。如果你有看过我们的第73期超能课堂《关于高通骁龙835，这五点你有必要知道》，就会发现高通在小核心频率上的策略越来越保守，但是这种保守是有道理的，Cortex A55是ARM目前能耗比最高的架构，通过对架构的更新微略提升性能的同时降低功耗，可以有效提升设备的续航能力。
Adreno 630 GPU
和CPU架构一同升级的还有GPU，骁龙845的GPU升级到Adreno 630，对比Adreno 540，性能提升30%，能耗比提升30%，视频处理效率提升2.5倍。当初骁龙835最为人诟病的一点就是Adreno 540对比骁龙821的Adreno 530提升的性能幅度过小，在GPU性能上面对其他竞争对手没任何优势，现在骁龙845总算弥补了这个遗憾。作为视觉处理子系统，Adreno 630首次在移动芯片上提供室内空间定位（room-scale）六自由度（6DoF）和即使定位与地图构建（SLAM）功能。Adreno 630还增加了一些新特性，包括分块渲染（tile rendering），眼球追踪，多视角渲染（multiView rendering），细粒度终断（fine grain preemption）。
据高通介绍，SLAM能探测到现实世界中的物体并将其映射和呈现在虚拟世界中，让用户轻松避开它们。另一项Adreno视觉聚焦（Adreno Foveation）能将图像渲染和眼球追踪结合起来以感知用户的视觉变化，将最高的图像资源导向用户所注视的方向，带来最出色的视觉效果，并可以最大限度提升内存效率和电池续航能力，可以看出Adreno 630在很多方面都对XR做了特殊优化，我们也就不难理解高通将这些XR特性作为宣传重点。
三星10nm LPP FinFET
位于韩国华城的S3生产线
在2017年4月19日，三星对外宣布他们已经通过了第二代10nm LPP（Low Power Plus） FinFET制程的认证，11月29日宣布量产10nm FinFET LPP芯片，和第一代10nm LPE（Low Power Early）工艺相比，10nm LPP在相同的芯片面积下可实现10%的性能提升或15%的功耗下降，没过多久高通骁龙845移动平台正式发布，用的就是第二代10nm LPP工艺。实际上除了“重点照顾对象”高通外，三星自家的Exynos 9810也少不了最优待遇，在应用10nm LPP工艺之后，Exynos 9810增加了流水线级数并增大了高速缓存，让Exynos 9810的单核性能提升了两倍，多核性能对比前代处理器提高了约40%。理论上不谈架构区别，骁龙845受益于制程优化的性能提升幅度也和三星Exynos 9810差不多。
DSP&ISP
我一直相信人工智能可以改变历史的进程，不然诸如NVIDIA，Intel，高通，Google等科技巨头也不会在这片领域不断探索。回归正题，骁龙845的DSP型号为Hexagon 685，虽然从数字上只加了“3”（对比Hexagon 682），不过借助增强的GPU和CPU，实现了与前代相比近三倍的AI整体性能（终端侧神经网络处理）提升。Hexagon DSP的HVX（矢量扩展）功能在这其中起到了一个很重要的作用，以往VR、AR，图像处理，视频处理，视觉计算等任务都是由CPU或GPU来执行的，从骁龙820开始，这些任务开始提交给Hexagon DSP，释放了CPU和GPU，提高了后两者的效率。
高通产品高级总监Travis Lanier说过矢量计算是深度学习的基础，AI就涉及到许多矢量运算，在如此小的芯片中完成巨量的矢量算法其实很考验高通的研发实力，但是高通的Hexagon 685 DSP这样的AI芯片内置的神经处理单元包含了某些特殊的指令，可加速某些标量和矢量操作，特别是大规模运算的时候会有更明显的效果。Hexagon 685的设计宗旨在于在每个周期内以更低的频率实现更高的频率，而不是简单地通过提高基础频率来提高性能，这也是迈向更高能耗比很明显的一个标志。
骁龙845搭载的Spectra 280 ISP属于高通第二代高性能Spectra ISP，实现了4K60帧的HDR视频拍摄效果，其中摄像头架构提升了色彩表现深度感知能力和处理能力，能够捕捉高达64倍的高动态范围色彩信息，能为设备提供Ultra HD Premiun画质视频拍摄和观看，也是目前世界上首个实现10亿级别色彩捕捉能力的移动平台。作为一个协处理器，第二代Spectra ISP尤其擅长处理器图片和视频，由此技术衍生出来的其中一个功能就是多帧降噪（MFNR），并且还实现了运动补偿时间滤波（MCTF）减少时间冗余，改进电子图像稳定（EIS），图像和视频的拍摄的防抖效果会更好。全新的Spectra还集成了基于视觉差的深度感应系统，作用和人眼非常相似，能通过双摄判断物体的相对距离。
Quick Charge 4+
看字面意思Quick Charge 4+似乎只是一个小升级，但高通在其中额外增加了三项功能：双路充电（需要手机厂商加入第二个电源管理IC），智能热平衡，先进安全功能，只要在终端中加入这三项功能就可达到Quick Charge 4+的要求（理论上不需要硬性要求在设备中使用骁龙845），充电速度比目前的Quick Charge 4快15%，高通声称在使用了Quick Charge 4+技术后，15分钟之内的电量可达到50%。目前支持Quick Charge 4+的设备有努比亚Z17和Razer Phone，但需要使用经过Quick Charge 4+认证的充电器才能达到Quick Charge 4+的充电效果。
X20 LTE基带
人们常说高通的芯片就是“买基带送处理器”，这完美了诠译高通基带打遍宇宙无敌手的强势表现，骁龙845移动平台上的X20 LTE在下行链路中得到了进一步的加强，X20 LTE基带峰值下载速率达到了1.2Gbps，和三星最强旗舰Exynos 9810一样，但上传速度却被三星的200Mbps超越，这也怪不得高通，因为高通的X20基带是上一年2月份发布的，迄今为止已经面世超过1年。高通这次整合到骁龙845的基带十分强大，支持双卡双待双通（DSDV），哪怕将它们的基带放到一年后也未必会落后，升级的网络模块最大的意义还是在于DSDV而非数据传输速度，很大一部分原因都是应用环境成为了瓶颈，限制了数据传输的速度。
安全性
在Android 6.0发布后，Android阵营大大小小各种手机都开始配备了指纹识别，到后来有了虹膜识别，语音识别和面部识别，如今高通在骁龙845移动平台中引入了全新的安全处理单元（SPU），使用专用的处理器和内存，与Android操作系统环境隔离，起到一个绝佳的安全保护功能，这个解决方案最大的好处就是能提升生物信息认证安全及用户/应用数据密钥管理，以加密重要信息，说通俗点就是在解锁和移动支付方面更加安全。
总结：对比前代方方面面有提升，向着AI和XR进发
现今在各个科技公司都强调人工智能和虚拟现实重要性的时间节点上，高通这样的Fabless是不甘被其他公司赶上的，虽然高通曾在骁龙810上栽了跟头，但并不妨碍高通在后继产品上的创新。作为高通第三代AI移动平台，骁龙845引入的DynamIQ big.LITTLE技术旨在改善用户的使用体验，同时显著提升性能和电池续航时间，向着人工智能方向发展的Hexagon 685 DSP可以帮助用户更好地处理图片，并且用于语音识别，全新的Spectra 280 ISP和Adreno 630视觉处理子系统可显著提升沉浸式体验，包括直观的交互，视觉质量和音频质量，更快的LTE基带、充电技术，以及不断扩展的安全特性，从上面提到的这些技术我们也大概了解到骁龙移动平台今后的发展趋势，将来的骁龙855还有可能会加入某些彻底提升用户体验的功能，当然也少不了EUV FinFET工艺的加持，说不定还会有更多的核心，在低功耗笔记本上闯出自己一片天地。