GPU要逆襲 解析NVIDIA新一代Tegra X1

GPU引起的軍備競賽

我們都知道，智能手機(jī)/平板電腦專用的ARM“處理器”實(shí)際上就是一整套SoC（系統(tǒng)級芯片），包含CPU（決定運(yùn)算性能）、GPU（決定圖形性能）、內(nèi)存控制器（決定I/O性能）、基帶射頻芯片（決定網(wǎng)絡(luò)支持）等諸多組成部分。由于ARM處理器大都以Cortex-Axx（如A15、A53等等）架構(gòu)設(shè)計(jì)，所以在架構(gòu)、核心數(shù)量和主頻相近時(shí)，各大品牌的處理器很難拉開CPU性能上的差距。此時(shí)，GPU的強(qiáng)弱，則會直接表現(xiàn)在具體游戲中的流暢度。

因此，無論是高通（驍龍）、三星（獵戶座）、聯(lián)發(fā)科、華為（海思）、英特爾（凌動(dòng)），大家最新款移動(dòng)處理器都紛紛武裝上了最新GPU技術(shù)（表1）。論及表中的GPU性能，專為蘋果iOS優(yōu)化的PowerVR GX系列GPU擁有毋庸置疑的優(yōu)勢，而其他GPU芯片則會受核心頻率以及渲染單元數(shù)量的影響而互有優(yōu)劣。比如Mali-T628MP6和Mali-T760MP2，雖然看起來“Mali-T760”是“Mali-T628”的升級版，但由于Mali-T628MP6配有6個(gè)（MP6）處理單元，因此它的實(shí)際性能可能就要在僅有2個(gè)（MP2）處理單元的Mali-T760MP2之上。

從開普勒到麥克斯韋

就在各大ARM處理器廠商為各自采用GPU技術(shù)的強(qiáng)弱而爭論不休之際，NVIDIA始終是頗為淡定的。作為以做顯卡起家的NVIDIA來說，從2011年初試啼聲的Tegra2開始，其處理器所集成的GPU就始終領(lǐng)先于同期的其他ARM處理器。這也難怪，作為NVIDIA的“主場優(yōu)勢”，如果連GPU技術(shù)再拿不出手實(shí)在有點(diǎn)說不過去。

沒錯(cuò)，NVIDIA能在GPU性能上領(lǐng)先的秘訣，就是源于在臺式機(jī)/筆記本領(lǐng)域做顯卡的經(jīng)驗(yàn)。以上代Tegra K1為例，NVIDIA首次將與桌面平級的開普勒（Kepler）架構(gòu)引入到了移動(dòng)領(lǐng)域，憑借核心架構(gòu)以及高達(dá)192個(gè)流處理器的優(yōu)勢，讓Tegra K1在GPU性能上足以媲美蘋果A8X。要知道，Tegra K1的上市時(shí)間要早于A8X半年以上。

而NVIDIA Tegra X1則在K1的基礎(chǔ)上，將開普勒架構(gòu)替換成了最新的第二代麥克斯韋（Maxwell）架構(gòu)，與我們熟悉的GTX750/750Ti、GTX980/970、GTX850M/GTX970M等臺式機(jī)/筆記本領(lǐng)域的大放異彩的獨(dú)立顯卡一致！如果以時(shí)間為線索，開普勒架構(gòu)在誕生近2年后才被NVIDIA領(lǐng)進(jìn)了移動(dòng)領(lǐng)域，而二代麥克斯韋剛剛在桌面上亮相半年就被強(qiáng)行拉到了移動(dòng)市場，由此可見NVIDIA對Tegra X1的重視，以及鞏固其GPU性能優(yōu)勢的決心（圖1）。

對DIY玩家而言，麥克斯韋絕對是顯卡中的“神器”，其最大特色就是在提供比開普勒更強(qiáng)性能的同時(shí)卻降低了功耗和發(fā)熱量。如今，繼承麥克斯韋核心競爭力的Tegra X1不僅具備架構(gòu)上的優(yōu)勢，在其他規(guī)格上也是遠(yuǎn)勝前輩Tegra K1。

Tegra K1強(qiáng)悍的GPU性能

Tegra K1使用了一組陣列（SMX），而Tegra X1則改用了兩組（SMM）（圖2），也因此讓X1獲得了更多的CUDA、光柵和紋理單元數(shù)量（表2），這些參數(shù)上的改進(jìn)可以讓其更容易驅(qū)動(dòng)4K級別的顯示設(shè)備。如果說2015年有哪些ARM處理器帶得動(dòng)4K屏幕，那Tegra X1自是當(dāng)仁不讓之選。

對ARM處理器來說，顯存帶寬始終是制約GPU性能發(fā)揮的瓶頸所在。因此，Tegra X1保留了麥克斯韋架構(gòu)特有的第三代Delta色彩壓縮和端到端壓縮技術(shù)，并輔以最新LPDDR4內(nèi)存，徹底解決了內(nèi)存（顯存）帶寬不夠用的問題。除此之外，Tegra X1同樣支持保守光柵化算法、體積區(qū)塊資源（DX11.2）、多幀抗鋸齒（MFAA）等等新架構(gòu)特有的圖形技術(shù)。

光說不練假把式。國外媒體已經(jīng)曝光了Tegra X1的跑分成績（圖3），并與NVIDIA上代Tegra K1和蘋果最新的A8X進(jìn)行了對比（表3）。從成績可見，Tegra X1具備“完虐”A8X的性能優(yōu)勢，而且其GPU部分的功耗只有1.51W，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蘋果A8X GPU部分的2.67W！可見，麥克斯韋的高性能低功耗特色被Tegra X1完美地繼承了下來。

相對保守的CPU架構(gòu)

雖然Tegra X1的GPU架構(gòu)非常激進(jìn)，用最新桌面級的麥克斯韋秒殺了眾多競爭對手，但它在CPU的架構(gòu)選擇上卻顯得有些保守（圖4）。我們知道，NVIDIA上代Tegra K1引入了自主研發(fā)多年的64位“丹佛”，而最新的Tegra X1卻選擇了已被ARM規(guī)范化的“四核Cortex-A57+Cortex-A53架構(gòu)”，與驍龍810相同。

需要注意的是，在A57和A53“協(xié)同工作”方面，Tegra X1并沒有采用普遍的big.LITTLE技術(shù)，而是選擇了自家的互連總線技術(shù)，同樣可以讓全部八個(gè)核心同時(shí)運(yùn)行，供系統(tǒng)和應(yīng)用隨意調(diào)用。在其他方面，Tegra X1還支持HDMI 2.0、HDCP 2.2、4K級別解碼、eMMC 5.1等特色技術(shù)或功能。

小結(jié)：功耗決定最終勝負(fù)

據(jù)NVIDIA表示，Tegra X1與三星旗艦級的Exynos 7410處理器相比，在同等功耗下性能會高出40%，在同性能時(shí)功耗則會下降50%。由此基本就能奠定Tegra X1在ARM移動(dòng)處理器領(lǐng)域的霸主地位了。可惜，決定某顆ARM處理器能否成功的關(guān)鍵永遠(yuǎn)不是性能，要知道NVIDIA上代Tegra K1就因沒能解決性能和功耗的矛盾，最終僅在平板電腦領(lǐng)域小有建樹。而Tegra X1的A57+A53架構(gòu)會帶來更高的功耗和發(fā)熱，只能借由20nm工藝加以緩解。最樂觀的估計(jì)是，Tegra X1有望成為新一代旗艦平板的殺手锏，但想塞進(jìn)更纖薄的智能手機(jī)中，很可能會采用降頻方案來緩解電池續(xù)航和機(jī)身發(fā)熱的壓力。