小米自己的“心臟” 淺析松果澎湃S1處理器

早在2014年底，業內就傳出了小米要做自主處理器（SoC）的消息。2017年2月28日，神秘的松果處理器終于從幕后走向了前臺，并以“澎湃”之名示人（圖1），傳說中的V670也就變成了澎湃S1。那么，小米為什么要推出松果處理器？澎湃S1的性能又是否能讓我們滿意呢？

小米光環背后藏隱憂

我們將時間的指針撥回到2014年。這一年，紅米系列手機的出貨量已經累計突破了5000萬臺大關（圖2），就在世人都在驚嘆小米所取得的成就之際，小米自己卻已經開始了反思：紅米手機半億的銷量并沒能帶來預期的利潤營收，根據當年小米提交給深圳證交所的一份文件顯示，其毛利率僅有1.8%，遠遠落后于同期OPPO、vivo和華為那10%或更高的毛利。

可憐的毛利，很難支撐起小米從線上轉移至線下的戰略布局，也無法在廣告和營銷方面與競爭對手展開割據。于是，在線下、廣告和營銷上發力的OPPO、vivo最近兩年迅速崛起，而小米卻還在為供貨不足而發愁不已：我們不妨回顧一下2016年上市的小米5，由于同期樂視等品牌從高通那里“搶走”了不少驍龍820的訂單，這款年度旗艦竟面臨了近3個月的產能危機。

紅米系列因毛利而困擾，小米系列則為芯片供應不足而發愁，這些就是隱藏在小米光環背后的隱憂。實際上，小米在很早以前就已經意識到了這個問題，并提出了解決之道——自己做處理器：在中低端市場壓低成本提高利潤，增加與高通和聯發科的議價權，降低第三方芯片采購時可能面臨的供貨壓力。

所以，小米早在2014年10月16日就成立了北京松果電子有限公司（圖3），經過2年的潛心修行，終于在2016年12月提交了第一份作業——澎湃S1量產，并于2017年2月28日正式發布，隨后借小米5C與消費者親密接觸。

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重新認識一下松果公司

在解析澎湃S1處理器之前，我們還是先來認識一下北京松果電子有限公司吧。2014年，小米與隸屬于大唐電信旗下的聯芯科技投資成立了北京松果電子有限公司，并以1.03億元的價格將聯芯科技開發并擁有的SDR1860平臺技術授權給北京松果電子有限公司（下文簡稱松果）。可以說，小米為了“造芯”走上了一條彎道超車之路，通過攜手聯芯（大唐）跳過了研發處理器的門檻，縮短了設計周期，最終僅經過28個月時間就從立項實現了量產（圖4）。

松果澎湃S1規格分析

我們都知道，影響手機處理器性能發揮的關鍵參數包括制程工藝、核心架構和集成的GPU型號。所以，我們不妨就從這三個點出發，探討一下松果澎湃S1的規格。

松果澎湃S1的上市時間相對尷尬，它剛好處于其他品牌新舊處理器夾擊的境遇中。表1是澎湃S1以及與其定位相近的四款手機處理器規格對比，包括聯發科旗下的Helio P1 0，P20/P25、麒麟955和驍龍625/626。

制程工藝

就規格來看，松果澎湃S1和聯發科Helio P10（MT6755）最為接近，它們都采用了相對過時的28nm HPC+制程工藝。對手機處理器而言，制程工藝越先進（圖5），它就可以穩定運行在更高的主頻上，塞進更強的GPU，同時還能具備更加省電的特性。那么，為啥澎湃S1不能選擇更先進的16nm或14nm工藝？

原因是多方面的。比如松果澎湃S1的立項時間較早，還沒“來得及”使用新工藝。而更重要的因素，則是16nm和14nm工藝的資源都把控在臺積電和三星手中，而這些工藝的產能也基本已被蘋果、高通、聯發科、三星和海思等芯片廠商“瓜分殆盡”，供應鏈十分緊張。如果松果也想用上這種先進工藝，實際產能能否滿足小米5C的供貨需求是個未知數。

因此，松果只能退而求其次，選擇目前國產半導體廠商最為成熟的生產方案：28nm，無論從成本、產能還是良品率上都能滿足澎湃S1在小米5C上的使用需求。作為松果處理器的處女秀，穩妥才是第一要素。

核心架構

受制于28nm工藝，以及松果對澎湃S1自身的中低端定位，這顆處理器最終還是選擇了比較常規的主打能耗比的Cortex-A53架構（圖6），并采用了big.LITTLE大小核設計，由四個高主頻的Cortex-A53核心+四個低主頻的Cortex-A53核心構成。

在澎湃S1的競爭對手中，聯發科Helio P10/P20和高通驍龍625都采用了八核同頻的Cortex-A53架構設計，從這個角度來看，澎湃S1其實和麒麟655是最為接近的。好消息是，松果給澎湃S1設定了最高2.2GHz的主頻，而這個頻率也應該算是28nm工藝所能“鎮壓”的極限了。相對高的主頻，讓我們對澎湃S1的性能有了期待，但同時也會產生其是否存在過熱降頻的顧慮。

集成GPU

除了高通有自己的GPU技術，其他芯片廠商的處理器只能在ARM和Imagination之間簽署授權協議，即要么集成ARMMali系列GPU，要么換成Imagination PowerVR家族GPU。而松果的選擇是ARM，具體型號則是ARMMali-T800系列中的“次旗艦”——Mali-T860（圖7）。

對Mali-T860我們應該并不陌生，聯發科在2016年主打的Helio P10就集成了此顆GPU，只是聯發科為了權衡功耗和發熱，給Helio P10搭配的是雙核心的Mali-T860，即Mali-T860MP2。而松果則為澎湃S1準備了四核心的Mali-T860，即Mali-T860MP4。

至于為何沒能搭配ARM Mali-T800的旗艦Mali-T880？和2.2GHz主頻一樣，四個計算的核心Mali-T860MP4也是28nm工藝所能承受的極限，強上Mali-T880必將面臨過熱降頻的風險。好消息是，四核心的Mali-T860MP4并不比雙核心Mali-T880MP2差，用（核心）數量換質量（性能），這就是澎湃S1選取GPUB寸的態度。

其他規格差距

作為一款SoC，澎湃S1除了CPU和GPU外，還集成了內存/存儲控制器、通信基帶、ISP圖像處理器和DSP數字信號處理器等眾多模塊（芯片）（圖8）。這些SoC“打包贈送”的模塊對性能的影響雖然遠不如CPU和GPU那么直觀，但依舊會在體驗上有所表現。

松果澎湃S1在這些非核心模塊的搭配上可謂喜憂參半。喜的是，澎湃S1雖然定位中低端，但內存控制器卻支持雙通道LPDDR3，在它的競爭對手中唯有聯發科最新的Helio P20系列規格在其之上，哪怕是驍龍625仍然停留在單通道的LPDDR3時代。此外，作為松果處理器的首秀，澎湃S1該有的功能也一個沒落下：集成兩個14位雙核ISP處理器，給未來搭配雙攝像頭奠定了基礎；獨立的DSP可支持包括高清語言（VoLTE）和雙麥克風降噪，增強各種通話語音功能；支持小米澎湃快充技術，最高可達9V/2A（18W）的快充功率。

憂的是，澎湃S1集成的基帶芯片規格非常一般，僅支持5模LTE Cat.4，不支持“全網通”、不支持雙載波聚合、不支持MIMO，下行速度最高也僅有150Mbps。作為對比，其他處理器的捆綁基帶都達到了7模LTE Cat.6甚至Cat.7（支持4G+，下行速度最高可達300Mbps）。從小米5C官網的參數來看，澎湃S1所支持的網絡制式為GSM/TD SCDMA/TDD LTE，翻譯過來也就是僅支持移動4G，兼容聯通2G。

雖然官方稱澎湃S1的基帶是一款可編程的Modem（圖9），日后可隨固件升級提升網絡性能和擴展支持網絡，但具體的升級時間并未透露。實際上，在小米5C剛剛上市之際，網上就傳出了破解聯通4G的方法：在撥號界面輸入“*#*#1#*#*”進入松果助手界面（圖10），在TEL助手設置5模之后就可支持聯通4G。

類似的破解方法看著很熟悉？沒錯，幾年前很多搭載聯發科MT6595（如魅族MX4）的移動4G手機就能通過刷機等方式破解聯通4G，而網上甚至還出現了很多聯通4G的激活工具，能讓很多移動定制手機“倒戈”到聯通4G陣營。

至于澎湃S1為何沒有直接支持聯通4G？這背后可能涉及到專利費用、運營商的補貼或網絡不穩定還需調試等諸多問題。不過，現階段小米5C僅支持移動4G的特性，無疑是澎湃S1整體規格上的最大硬傷。

澎湃S1真實性能考察

在理論測試軟件中，澎湃S1的表現較為搶眼，CPU多核性能超越了Helio P10和驍龍625，GPU性能更是傲視群雄（表2）。究其原因，是因為澎湃S1有著最高2.2GHz的主頻，四核的Mali-T860MP4 GPU也足夠給力。

但是，理論畢竟是理論，就運行主流APP、微信中的休閑游戲而言，哪怕是Helio P10也是“性能過剩”的。在真實游戲中的表現，才是值得我們留心的關鍵點所在。曾有媒體在25℃室溫下拿《NBA2K16》游戲對小米5C（澎湃S1）和紅米Note 4X（驍龍625）進行了對比測試，在20分鐘的游戲過程中，紅米Note 4X平均幀數可達43fps，最低幀數也能達到20fps：而小米5C的平均幀數卻僅有20fps，最低幀數更是下降到了個位數。

沒錯，這就是澎湃S1在運行《NBA2K16》時撞上了“溫度墻”，CPU和GPU因降頻引起了游戲的卡頓。可見，28nm工藝駕馭2.2GHz主頻的Cortex-A53和Mali-T860M P4還是有些勉強，喜歡玩游戲的用戶盡量選擇透氣性更好的保護套與小米5C搭配（圖11）。

實際上，類似的案例我們也不止一次看到了。驍龍652（28nm）的理論性能可秒殺驍龍625，但由于前者工藝相對落后，極易觸發過熱降頻，因此在實際游戲中的卡頓感往往更為明顯。總之，工藝越先進，在實際游戲中的幀數表現越平穩，而落后工藝帶來的將是大幅度的幀數波動，孰優孰劣相信大家已有定論了吧？

如何看待松果處理器的處女秀

作為松果旗下的首款量產處理器，澎湃S1的表現還是值得肯定的，它在現有成熟工藝的基礎上，塞進了盡可能強的CPU（高主頻）和GPU，除了基帶規格略弱以外，其他配置和功能都是可圈可點的。只是，受限于28nm工藝，澎湃S1在全速運行時依舊存在過熱降頻的風險，這對喜歡在手機上長時間玩大型游戲的用戶而言絕對不是一個好消息。要知道，1499元的小米5C談不上便宜，相同價格我們已經可以買到一大堆搭載驍龍625甚至驍龍820的手機了。

但是，對澎湃S1的些許遺憾我們還是應該保持寬容的態度。當年華為手機因搭載的海思K3V2處理器不知被多少用戶詬病（K3V2存在易熱、游戲兼容性差等缺點）。但是，沒有K3V2的積淀，就沒有日后的麒麟920/950/960的爆發。華為手機今日的成功，與其自主處理器技術的崛起密不可分。那么，有了澎湃S1這員先鋒開路（圖12），松果處理器能為小米的未來添磚加瓦嗎？讓我們拭目以待吧。