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安卓CPU性能原地踏步的两年

本文作者:量衡 2022-04-12 16:23
导语:跟随玩家视角,一起看看这两年安卓手机发生了什么事

2020年的骁龙865是高通最近几年最成功的旗舰SoC,同年的麒麟9000成为海思绝唱。随后2021年的骁龙888永久改变了安卓手机的散热配置,2022年的骁龙8 Gen 1更进一步,连用风扇主动散热的游戏手机都在继续升级散热。

当年骁龙810机型并未大批量铺货,所以公众其实还是第一次感受到移动SoC的热情如火,这是安卓手机GPU性能飞涨的两年,但也是安卓CPU原地踏步的两年。

下面故事概括就是一条条逻辑链:

  1. SoC:功耗高>发热>降频>卡顿

  2. 厂商:增强散热>更严格的温度控制>降频>卡顿>一顿操作猛如虎,表现不如865。随后衍生出“更激进的跑分白名单+游戏降分辨率>皇帝的新衣”

  3. 媒体:测试机调度激进性能良好>开卖后推降频固件>用户结果和媒体结果冲突>首发媒体被喷>跑分无用论

  4. 用户:看到连续两年的摆烂>厂商“不调好,不发布”宣言>实测打脸>实际“不调,好不,发布”

热情如火的骁龙888

iPhone用户和非手机圈用户,可能并不了解为什么安卓阵营哀嚎了两年,我们按时间顺序理一下,究竟发生什么事。毕竟大家习惯了手机性能以每年20%-30%幅度增长的日子,但实际上安卓阵营已经出现性能体验原地踏步的情况了。

故事从2020年底骁龙888发布说起。后者首发三星5nm工艺,也首发搭载arm首个真正的超大核架构Cortex-X1。骁龙888发布之前,微博大V数码闲聊站称骁龙888性能强,功耗低,大家对未来充满了期待。

安卓CPU性能原地踏步的两年

极客湾视频↑

首发骁龙888的小米11在2021年元旦开卖,极客湾在1月6号的《骁龙888性能分析:翻车!》为骁龙888火热的一年拉开了序幕。骁龙888是否翻车,成为了2021年机圈最热门的话题之一。

2017年的骁龙835日常功耗在3W的量级,随后的骁龙845、骁龙855、骁龙865功耗“稳步增长”,来到了5W到6W区间。而骁龙888的X1大核,单颗功耗就能跑到3.3W,CPU多核功耗从骁龙865的5.9W直接飙到7.8W。其GPU部分的功耗和能耗比曲线也不普通,以致于早期很多人都认为骁龙888的GPU只是在骁龙865的基础上继续超频并导致功耗偏高。

因为骁龙888的功耗数据高得不正常,所以后来还出现了物理拆机,用“假电池排线”的物理方法强行测试功耗。虽然结果比软件测试功耗低2W,但整机功耗依然达到了10W级别,瞬时功耗迫近11W。

功耗的上涨,导致在“交互化跑分软件”《原神》中,骁龙888机型都能轻松突破45度,部分极端机型可以冲到近50度。3C数码产品有48度的温度线,以防止用户被“低温烫伤”,所以骁龙888机型几乎都遭遇了屏幕强制降低亮度,系统锁帧等现象(游戏手机除外)。

随后的事情,可能很多用户都有所听闻。天气转暖,先是大批用户反映骁龙888旗舰会有发热卡顿的问题,甚至会触发过热警告。随后一众厂商赶在夏天之前推送了降频固件,用限制性能输出的方法来降低发热,以压制骁龙888的热情。

紧接着就是出现大批量“骁龙888降频后性能不如骁龙865”的反馈和不满。最惨的小米,一来是首发的骁龙888,二来是早期执行“为发烧而生”的积极调度策略,夏天出现了小米11因高温烧Wi-Fi的事件。虽然后续有相当良心的换机政策和机型改进,但一朝被蛇咬的小米,随后成为温控和频率控制最保守的厂商。

骁龙8 Gen 1:火炎焱燚!

时间可以冲淡一切,大家坦然接受了骁龙888的热情,甚至亲切地调侃“只有骁龙888还在冬季给我一丝温暖”。然后,骁龙8 Gen 1来了。



安卓CPU性能原地踏步的两年

安卓CPU性能原地踏步的两年

安卓CPU性能原地踏步的两年

大米评测数据↑

一代新人胜旧人,称号也从“火龙”升级为“炎龙”。新的 X2大核,单核功耗刷新了骁龙888的纪录,从3.3W跃升到4W级别,新的A710大核也有2.1W(中核有3颗)。而新的Adreno GPU,在GFXBench曼哈顿3.0场景的功耗,也从骁龙888的8.2W跃升到10.9W。

这是手机SoC历史上从未出现过的功耗成绩,CPU峰值和GPU峰值功耗双双突破10W,俨然是平板电脑,甚至是轻薄本级的功耗级别了。苹果M1和骁龙8 Gen 1,以不同的方式达成了各自的“PC级”标准。

上一颗这么奔放的手机SoC还是2015年的骁龙810。但和7年前不同的是,现在的手机厂商有足够的技术储备,能短时间压住它的发热。骁龙8 Gen 1不羁的功耗表现,让包括三星在内的所有安卓厂商,都在发布会上强调自家的散热配置。“驯龙高手”从以前的调侃,变成所有安卓厂商的目标。

再叠加现阶段国内部分32位应用的效率问题(骁龙8 Gen 1新架构中,8颗核心里只能3颗中核支持32位应用),加剧了老旧应用中的发热和卡顿问题。要知道,一年里对手机发热最为友好的冬春季节即将结束,对温度更加敏感的夏天就在眼前了。

同样的发热问题,也出现在使用同款三星5nm/4nm工艺的Exynos 2100和Exynos 2200上(欧版韩版的三星Galaxy S21系列和欧版的S22系列)。后者是首个搭载AMD RDNA2 GPU的移动SoC,其不但GPU绝对性能没打过骁龙8 Gen 1和天玑9000,CPU部分也和骁龙8 Gen 1一样出现能耗比倒退。

同一条时间线上,在用户饱受发热之苦的2021年12月,联发科发布了第一个真正超越高通的SoC——天玑9000。联发科在量产机开卖前3个月就把工程机拿给媒体进行测试的操作,也是以前从未出现过的。

台积电4nm、更有诚意的堆料、测试机上压倒性的CPU和能效比,都让大家期待值拉满。“干翻X通!天下人苦X通久矣”的欢呼声不绝于耳。最终万众期待的天玑9000,由OPPO Find X5 Pro天玑版PPT首发,由Redmi K50 Pro物理首发。

联发科天玑9000量产机确实展现出碾压骁龙8 Gen 1的能耗比,但峰值功耗依然夸张,能耗比也不如工程机逆天。故有梗:联发科提前给测试机,是为了防止后续厂商调不好的时候赖芯片。至此,2022年3颗采用armv9新架构的新SoC,全部都在能耗比上“挂彩”。

还有一个小插曲。2021年的三星Galaxy S21 Ultra、一加9 Pro和OPPO Find X3系列等安卓旗舰搭载了更加省电的LTPO屏幕(可以动态调整屏幕刷新率的省电技术),而2022年旗舰更是大批量搭载更加省电的LTPO 2.0屏幕。这2代LTPO屏幕恰巧遇上骁龙888和骁龙8 Gen 1,它们省下的电根本不够SoC吃,故有“关于纳智捷发动机油老虎厂家去拼命优化轮胎省油的那些事儿”的梗。

反向升级、体验倒挂和尴尬

“热”本身不致命,致命的是CPU性能也原地踏步。这里涉及能耗比(性能和功耗的比值)和热承载的概念:

  • 能耗比:如果芯片能以更快的速度完成任务,然后回归低频,实际体验还是会有提升的。最好的例子是苹果的A系列芯片,它们的峰值功耗也不低,但A15峰值性能强,大幅拉升了能耗比。

  • 热承载:无论手机如何堆石墨散热贴、VC均热板等散热部件,热量最终都只能通过手机外表面被动散发,只能通过增大表面积、增加风扇等方法继续提升。翻译就是,手机被动散热再好,也只能改善短时间的性能输出,正常手机能维持的热承载只有6W出头。

安卓CPU性能原地踏步的两年

骁龙8 Gen 1的CPU性能和骁龙888并没实质性提升。另外要注意,骁龙888的X1大核是2.8GHz的,而骁龙8 Gen 1的X2大核的3.0GHz的,同频率下的性能甚至还反向升级了。功耗增长,性能不涨,能效比那日常效果怎么样呢?

摆在厂商面前的选择有两个:放开骁龙8 Gen 1跑,续航和发热受累。或控制频率,保住续航和发热。从结果上看,所有厂商都选了后者。导致新骁龙8只有在GeekBench、GFXBench、3DMakr等极少数跑分应用能火力全开。

从2018年的骁龙845开始,安卓旗舰SoC的最高频只会在应用开启和信息加载等重负载场景出现,部分骁龙888机型在2021年夏天采用全局降频的调度,开启应用也无法调用最高频率。而到骁龙8 Gen 1这一代,除游戏手机和moto,已经没有国产厂商敢在日常开放最高频率。这是骁龙8 Gen 1旗舰的日常流畅度还赢不了骁龙888直接原因(即便是天玑9000的Redmi K50 Pro也得开性能模式才能冲到最高频,日常流畅度也无法和下面提到的天玑8100拉开差距)

跑分性能和日常性能的巨大差异,让今年 “跑分作弊”的问题愈发明显。跑分白名单是存在多年的设定,锤子手机时期的罗永浩就炮轰过安卓平台的跑分白名单问题:手机遇到跑分软件就疯跑,日常使用却降频卡顿。

但今年骁龙8 Gen 1在跑分和日常调度上的差距之大,确实也是史无前例的,进一步促进了“跑分无用论”,冲击到跑分工具的信任基础:跑分那么高,不还是卡?

安卓CPU性能原地踏步的两年

三星因跑分作弊被GeekBench除名

但跑分平台才是最着急的那个,著名跑分平台GeekBench多年来一直有声讨跑分白名单的操作,三星、华为、一加、小米都是被炮轰的常客。



安卓CPU性能原地踏步的两年

大米评测数据↑

那骁龙8 Gen 1日常调度下有多少性能呢?通过修改跑分工具的APK包名,让GeekBench伪装成普通应用绕开系统白名单,结果除开之前被除名的三星S22系列,小米、iQOO、真我、一加和系列都有明显的性能下降。

调度最保守的小米12 Pro,多核成绩下降12%,是早期骁龙865级别(对的,安卓CPU性能2年涨12%,而且只能在跑分白名单里);单核成绩下降35%,低于中端的骁龙778G。卢伟冰在K50电竞版发布会上说“破芯片”的梗,一定程度也得和严格的温控和频率调节有关。

不过热归热,必须承认骁龙8 Gen 1的GPU性能进步巨大,暴涨50%以上,其GPU能耗比还是高于骁龙888的。这两年来,无论是高通的Adreno,还是三星、联发科等使用ARM公版Mali架构的GPU,都有巨大的性能进步。例如,骁龙888的GPU有35%的提升,然后骁龙8 Gen 1的GPU又提升50%,一举把前两年被苹果A13/A14拉开的差距追了回来。

但遗憾的是,移动平台还没有能完全利用这批GPU性能的重要应用出现,《原神》等主流游戏的瓶颈一直都在CPU上,移动GPU的性能却在持续溢出。而GPU规模的增长,让其中低负载的功耗依然可观。在机身只能承载6W功耗的情况下,GPU和GPU“抢功耗”的情况非常明显,加剧了CPU的降频。

面对热情的芯片,手机厂商都不约而同地做出了一致的“联合优化”:降亮度、锁帧、降分辨率。而且这三板斧还从《原神》波及到负载不算高的《王者荣耀》、《和平精英》上,这样是“盛况”同样是历史上从未出现过的。

以前也有降低游戏渲染分辨率的设定(某GPU Tubro),厂商可以获得发布会上一条条笔直的游戏帧率曲线,并能有效降低游戏发热。红魔和黑鲨的骁龙8 Gen 1游戏旗舰还能对perfdog的帧率曲线进行“补帧”,做到真正的直线,从而让测试工具失去检测实际帧率的效果。

但降分辨率的代价也是显而易见的,顾名思义,就是画面糊了。但惨痛的现实是,厂商后期OTA或用户自行破解画面限制后,发现骁龙8 Gen 1旗舰的游戏体验依然赢不了2两年前的骁龙865(类比梗:不明白为什么有的家长会支持禁网络游戏,这样别人不就发现你孩子没出息其实是因为笨了吗)。



安卓CPU性能原地踏步的两年

现在安卓阵营的情况:好消息是骁龙865还能再战,坏消息也是骁龙865还能再战。形成了“骁龙870倒挂骁龙888,而骁龙888又倒挂骁龙8 Gen 1”的奇景。

联发科这边也出现了倒挂:22年3月刚发布的天玑8100,用着老一代的台积电5nm和老一代的A78架构,展现出历史最强的能耗比,在《原神》等大型游戏测试中,亲手把天玑9000击败,成为物理意义上的“年度”旗舰。天玑8100:高通870!接受我的挑战吧! 然后骁龙8 Gen 1和天玑9000应声倒下。


三星工艺和ARM新架构的“强强联手”

两代骁龙的热情原因,大家第一个怀疑的就是三星的5nm和4nm工艺。除了代工骁龙888和骁龙8 Gen 1,三星也用相同的工艺做了同样“火热”的Exynos 2100/2200,并为Google自研的Tensor(唯一搭载双X1超大核的SoC)代工。除了相似的工艺和架构,“热情”就是它们最大的共同点。

安卓CPU性能原地踏步的两年

半导体的晶体管密度,是衡量工艺先进程度的重要指标。相同情况下,制程越先进,发热越低。芯片能用同等功耗输出更强的性能,或用更低功耗做到相同的性能。

根据Wikichip数据,三星5nm工艺节点的晶体管密度只有126.7MTr/mm2,4nm LPE是145.8MTr/mm2。但台积电上一代的5nm工艺就已经有171.3MTr/mm2,甚至台积电的N7P工艺都有113.9MTr/mm2。制程数字上,大家是齐头并进,但实际晶体管密度却有1到2代的代差。

如果仅仅只有制程的拖累,骁龙8 Gen 1或许不至于这么惨。今年的状况,是三星工艺和ARM新架构的“强强联手”的结果。

安卓CPU性能原地踏步的两年

今年安卓阵营遇到了ARM推出amrv8十年后的第一次重大指令集更新——armv9。骁龙8 Gen 1、天玑9000、Exynos 2200三大产品都换成了X2+A710+A510架构。除去超大核X2的性能原地踏步,大核A710的能耗比也有较为明显的下降,而最应该提高能耗比的A510小核,只是续接了前代A55小核的能耗曲线,性能更强但功耗也更大,导致芯片低负载功耗也上涨了。

架构升级反而导致实际性能倒退的事情,7年前还发生过一次。那是遥远的2015年。那一年,“火龙”的名号还属于骁龙810。

当年的情况是,苹果在2013年出其不意地发布了首颗64位移动处理器——苹果A7。次年,高通用台积电20nm,在骁龙810上“强行使用”ARM的首个64位架构A57。后面的事情大家都知道了,骁龙808被迫成为“代理旗舰”,主流厂商跳过骁龙810,造成当年部分国产旗舰的断档。那一年也是三星唯一一年,没同时使用骁龙和自家Exynos芯片,那年的Galaxy S6系列和Galaxy Note5都只有Exynos 7420版本。

更雪上加霜的是,armv9架构中的X2和A510不再支持32位APP,国内大量“坚持”32位的落后APP只能在3颗A710大核上运行,造成了“3核有难、5核围观”的窘况。A710大核拉升了CPU的电压,导致性能低,但功耗却不低。

安卓CPU性能原地踏步的两年

移动智能终端生态联盟4月6日公告↑

国内还有大量32位APP,甚至国产手机系统中部分自带APP都还是32位的。在骁龙8 Gen 1发布3个月后,OPPO、vivo、小米、应用宝和百度,终于在4月联手宣布不再允许单独上架32位APP,算是从根源上促进了国内APP的64位化。

而作为对比,苹果iOS在2015年就要求App Store內任何应用更新都必须包含64位版本,到2017年的iOS 11就强制禁用了32位应用。回过头来看,ARM为了中国国情,特意在A710上保留32位APP的支持,还真不知道算是好事,还是坏事了。

另外提一嘴ARM公司的插曲,英伟达在2020年9月和软银达成收购ARM的协议,在2022年2月宣布收购失败,随后软银宣布将在2023年推动ARM上市。时间上的“巧合”,让大家调侃ARM新架构不行,是因为“ARM忙着被收购,没心思搞架构”,但ARM公版架构的前景才是更加让人担忧的。ARM为备战IPO准备全球裁员12%-15%,CPU架构被苹果越抛越远,这是内忧。而外患自然是合作伙伴的“叛逃”。

在苹果全平台转向ARM平台的2年间,M1、M1 Pro、M1 Max、M1 Ultra轮番刷新大家对ARM阵营的认知。这和ARM官方架构的颓势形成鲜明对比,并证明ARM指令集也是可以做高性能产品的。而实际上高通也不是成心“挤牙膏”,高通在2021年1月以14亿美元的价格收购了芯片设计公司Nuvia,后者由三位从苹果离职的芯片专家创立。当中的Gerard Williams主持设计了苹果A13和之前的CPU,其也可能参与了A14和M1系列芯片的设计。所以外界普遍猜测,高通将会回到全自研架构。

PS:高通骁龙在2007开始就是自研架构,在2016年的骁龙835放弃了自研架构,开始以ARM公版架构为基础做魔改。而三星Exynos则是在2016年的Exynos 8890开始用自研的猫鼬大核架构,坚持到2020年的Exynos 990(第五代猫鼬M5),在2021年重归ARM公版怀抱。

SoC的重要性,从未如此突出

2017年之前,国产旗舰的最大优点就是良心顶级+骁龙芯片。而这两年,国产旗舰的最大遗憾成了芯片。芯片好的手机不一定好,但芯片差的手机绝对差。任你屏幕、续航、充电、相机的外围堆料配置有多强,只要芯片差,那就是短板在漏水的木桶。

普罗大众从未如此深刻地体会到SoC芯片对手机的重要性。大家习惯了SoC是会不断进步(最起码不至于会倒退)。正如网友所说:2017年的骁龙835那会,按照处理器买手机的人,在网上被喷得一无是处。而到了2022年,所有人都按照处理器型号来买手机。

“安迪比尔定律”从未失效,新芯片提供的性能都会被新的软件吃掉。就算这两年安卓平台的CPU性能原地踏步,甚至有所倒退的情况下,国内软件也从未停止“前进的脚步”。QQ都已经内置虚幻引擎成为真正的“国产3A大作”,微信、淘宝们也从未停止新增“趣味”功能的脚步。而比“老旗舰因新版APP而变慢”更惨的是“新旗舰流畅度还赢不了老旗舰”。

不幸,但不完全不幸的华为

“当苹果拿2个M1 Max合在一起,并给显示器上A13的时候,华为只能从仓库里找1年半前切割好的晶元,一次一次的屏蔽下去以苟延残喘”。

安卓CPU性能原地踏步的两年

华为受到禁令影响,麒麟9000成为绝唱,这是不幸,但这个时机却是不幸中的万幸。华为遇上了安卓阵营“丢失的2年”:麒麟9000用了非常争气的A77架构,它后面就是骁龙888用的X1和挤牙膏用的A78架构,再过了一年是骁龙8 Gen 1上的X2+A710+A510。

而鸿蒙起步时的Android 10,同样是瓶颈前的一代。随后的Android 11和Android 12,其他国产系统可是吃了不少苦头。而和华为的运气形成鲜明对比的是魅族:联发科遇上了最好的魅族,魅族错过了最好的联发科。

放大到行业层面,2020到2022是国产旗舰冲高端的关键时间。华为让出高端空间的2年,国产旗舰进步巨大,大家用上了2K屏幕、充电以倍数秒杀苹果和三星、国产系统白花齐放、甚至拍照水平都已经不把iPhone放在眼内(当然,视频还是iPhone最强)。可以说,国产厂商把能把握的东西都准备好了,但结果遇上了2021年的骁龙888和今年的骁龙8 Gen 1。

我们看到的是海思在最风光最强盛的时候“被急流勇退”,我们心中的海思只有可惜,但绝不算可怜。以致网友调侃“高通这公司能处,麒麟被制裁它是真的会等,也真会激励发哥变强”,大家还以为是高通在帮华为拖住其他安卓厂商。而苹果看着安卓阵营内斗,库克含泪收割高端市场。

安卓CPU性能原地踏步的两年

Counterpoint数据↑

在三星已成摆设的国内市场,只有苹果一个物理对手,其他品牌接不住华为放出的高端市场,这是个值得中国人铭记的耻辱:2021年,中国高端手机占比(售价>600美元),从2020年的44.6%下降到36.5%,全部安卓加起来都赢不了iPhone。截止4月6日,作为这批国产旗舰的门面,小米12系列首月销量是前代的41%。这里有疫情的影响,但芯片要背负多少责任?就得由大家自行判断了。

同样讽刺的是,拥有华为以前渠道的荣耀,以极高的速度崛起。从荣耀50到荣耀60,从Magic3到Magic4,产品力上是能感知到荣耀被耽搁的大半年的。但和其他旗舰一样用骁龙芯片的荣耀,用销量向我们证明,单纯的产品力在绝对的渠道力量面前其实是挺无力的。这样的事实,又何尝不是扇在产品经理脸上的响亮耳光。余承东说华为会在明年强势回归,我们也很好奇,那时候的荣耀,会什么样的身份出现?

手机市场每隔几年就会有“江郎才尽、已经看到天花板”的说法。2017年的小米MIX开启了全面屏时代,为智能手机续命2年;华为带起来的大底传感器和长焦镜头军备竞赛,又为国产旗舰提供了3年的发展期。

而现在的手机市场和国内A股一样茫然,大家看不到未来的路。A股只有上下两个走向,而且总该会看到底部,但国产手机却越发迷茫。几乎被穷尽的外观设计、进入瓶颈期的屏幕、充电和拍照、轮不到国产厂商控制的SoC,都在提醒我们,手机厂商貌似也没找到下一个发展方向。但此时此刻,唯一能确定的是,下一个风口不是折叠屏。

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