细数2016年最给力的手机片上系统 麒麟821上榜

 哪款芯片是2016年最棒的Android智能手机片上系统？科技网站Android Authority对骁龙821、Exynos 8890、联发科Helio X25和麒麟960进行了测试。在了解这四款芯片的性能前，本文先来科普一下移动芯片技术。

什么是片上系统？

过去，计算机系统中最重要的元器件是CPU(中央处理器)，它是任何计算机系统的大脑，所有其他必要外设出现在与CPU相连的附属芯片上。这些附属芯片包括GPU(图形处理单元)、内存控制器和专用视频或音频芯片(例如DSP)。即使在CPU并非一定包含浮点运算单元的时代(例如i486SX芯片)，它也被认为是一个可选的附属芯片。但对于当前的移动处理器来说，所有这些附属芯片的功能都被与CPU集成到同一个芯片上，首先是浮点运算单元，然后是内存控制器，现在是GPU和DSP(数字信号处理器)。

包含有诸多不同功能的芯片被称作片上系统。智能手机需要的芯片不再仅仅是CPU，而是CPU+GPU+内存控制器+DSP+网络连接(GSM+3G+4G LTE)。手机中的芯片还不止这些，还包括用于GPS(全球定位系统)、USB、NFC(近距离通信)、蓝牙和相机的芯片。

目前市场上有四家主要Android智能手机片上系统芯片厂商：高通(骁龙系列)、三星(Exynos系列)、联发科(MT和Helio系列)和华为海思(麒麟系列)。

Android Authority表示，这四家芯片厂商生产面向各种档次智能手机的片上系统，既有面向入门级手机的芯片，也有面向中档和旗舰机型的芯片。以下是四大芯片厂商的高端产品：

核心数量

去年八核处理器还是高端产品，但今年情况已经大为不同。市场上有四、八和十核处理器。所有处理器的一个共同点是，它们都采用HMP(异构多处理)架构。在HMP片上系统中，并非所有内核都是相同的(此即所谓的异构)。所有这些片上系统都包含有高性能内核和低能耗内核。骁龙821采用2+2配置，在Android Authority测试的芯片中，所有八核处理器采用4+4配置，联发科的十核处理器采用2+4+4配置。

ARM通过其big.LITTLE系统在手机上普及了HMP系统。ARM是HMP系统领域领头羊，为Linux内核等项目贡献了大量源代码。

GPU

移动GPU设计公司有三家：ARM、高通和Imagination。ARM开发了Mali系列GPU，其中包括应用在Exynos 8890中的Mali-T880和应用在麒麟960中、较新的Mali-G71；高通开发了Adreno系列GPU，骁龙820/821采用Adreno 530；Imagination开发了PowerVR系列GPU，但在Android Authority测试的4款片上系统中，没有一款采用Imagination GPU。

仅仅从规格很难对这些GPU进行比较。它们均至少支持OpenGL ES 3.1、RenderScript，处理速度都相当高，它们只有在运行3D游戏时才能分出高下。

骁龙821

骁龙821是高通旗舰64位处理器，也是高通首款采用其自主设计Kryo内核的HMP系统。但是，高通以前就发布过HMP处理器，例如骁龙810就集成有4个Cortex-A57内核和4个Cortex-A53内核。高通在其他处理器中仍然使用ARM的big.LITTLE系统，例如Snapdragon 652就集成有4个Cortex-A72内核和4个Cortex-A53内核。与4个Kryo CPU内核搭档的是Adreno 530 GPU、Hexagon 680 DSP和X12 LTE Cat 12/13调制解调器。

骁龙821基本上就是改版骁龙820，但更节能(至多5%)和性能更高(至多10%)。在能耗和性能方面，骁龙821优于骁龙820，但在功能和特性等方面，这两款芯片基本上相同。

Exynos 8890

Exynos 8890被应用在三星旗舰手机机型中——例如三星Galaxy S7 Edge、Galaxy S7，以及魅族Pro 6 plus等其他手机中，它是一款64位八核处理器，集成有4个时钟频率为2.3-2.6Ghz的三星M1 CPU内核、4个时钟频率为1.6GHz的ARM Cortex-A53内核和一个ARM Mali-T880 MP12 GPU。这是三星首款集成有自主设计内核的芯片，M1是三星历时3年开发出来的。4个Cortex A53内核具有更高的效能比，四个M1内核则提供强大的处理能力。

联发科Helio X25

骁龙821集成有4个内核，Exynos 8890集成有8个内核，联发科Helio X25则集成有10个内核。传统HMP系统包含有2个内核集群——一个高性能内核集群和一个低能耗内核集群。Helio X25是全球首款采用三集群设计的移动处理器，三个处理器集群各自负责更高效地运行不同类型负载。联发科称，“就像给汽车增加更多的档一样，把内核划分成三个集群，能更有效地分配任务，兼顾性能和电池续航时间。”

三个内核集群包括2个时钟频率为2.5GHz的Cortex-A72内核、4个时钟频率为2Ghz的Cortex-A53内核和4个时钟频率最高为1.55GHz的Cortex-A53内核。Helio X25集成有时钟频率为850MHz的Mali-T880 GPU——与Exynos 8890相同，但是，Helio X25版Mali-T880 GPU集成有4个渲染内核，Exynos 8890则集成有12个渲染内核。

麒麟960

华为去年发布的麒麟935处理器集成有8个Cortex-A53内核，因此性能并不出众。今年华为发布了两款高性能处理器，第一款是麒麟950/955，被应用在Mate 8(和其他手机)中；第二款是麒麟960，被应用在Mate 9中。麒麟950/955配置Cortex-A72内核和Mali-T880 GPU，麒麟960则升级至Cortex-A73内核和Mali-G71 GPU。

Mali-G71采用被称作Bifrost的全新GPU架构。ARM移动GPU产品经历了两次架构升级，分别是Utgard和Midgard GPU，后者包括Mali-T880，Mali-T880被应用在Exynos版三星Galaxy S7、华为Mate 8、华为P9等手机中。

与Mali-T880相比，G71改进幅度相当大。在测试条件和工艺相同的情况下，G71能耗降低了20%。节能20%是一个相当大的幅度，再考虑到性能提升了40%，意味着G71在每平方毫米硅片上能提供更高的性能。

参与测试的手机

在测试中，Android Authority选择了使用这些芯片的不同手机，它们是：

骁龙821 – 谷歌Pixel

Exynos 8890 – 三星Galaxy S7

联发科Helio X25 – 魅族Pro 6

麒麟960 – 华为Mate 9

Android Authority还对骁龙820、骁龙810和Exynos 7420进行了测试，使用的手机是：

骁龙820 – 三星Galaxy S7 (高通版)

骁龙810 – Nexus 6P

Exynos 7420 – 三星Galaxy Note 5

值得指出的是，可能会有其他手机能更好地展示这些片上系统的性能，例如，会有人认为Android Authority应当测试一加3T而非Pixel，或者测试Droid Turbo 2而非Nexus 6P。但是，Android Authority手头有这些手机，而且也认为它们能很好地代表不同的片上系统。

性能测试

性能测试是一门复杂的科学，要复制每次测试条件很困难，甚至温度变化也会影响测试结果。测试手机性能的一种常见方式是使用跑分软件。Android Authority在测试时将使用一些最常见的跑分软件，例如安兔兔和Geekbench。

但是，Android Authority还自己开发了部分跑分软件。Android Authority开发了三款跑分软件，第一款旨在测试片上系统的总体速度，包含两项测试，第一项测试通过计算大量SHA1哈希数、完成大量数据的冒泡排序、处理大型表、计算前1000万个质数，测试片上系统的数据处理能力。另外一项测试利用一个2D物理引擎模拟水被注入到一个容器中的情况，计算在90秒钟内处理的水滴数量。分数最高为10800。

第二款测试软件是用Unity3D开发的地形漫游游戏，旨在综合测试CPU和GPU的处理能力；第三款测试软件是用C语言编写的，运行一个执行大量不同数学运算的任意函数。

安兔兔

安兔兔是Android“标准”跑分软件之一，它测试CPU和GPU性能，然后给出一个跑分。安兔兔适合用来了解片上系统的总体性能，但值得指出的是，安兔兔在测试过程中使用的负载完全是“人为”的，完全不反映实际使用情况。只要考虑到这一因素，其跑分还是很有用的。

从安兔兔跑分中Android Authority获得了相当多信息，其一是今年处理器速度普遍快于去年；其二，四款处理器跑分超过12万：骁龙821、骁龙820、Exynos 8890和麒麟960，它们的跑分比去年的骁龙810提高了至少30%。

骁龙821在这项测试中胜出，Exynos和麒麟的表现也相当出色。

Geekbench

Geekbench是横跨多种平台的一套跑分软件。据其开发者Primate实验室称，Geekbench CPU测试软件是用跨平台C和C++开发的，在多种平台上使用相同的源代码，编译时在每种平台上使用完全相同的编译器选项。Geekbench生成两个跑分，单核跑分表明一个内核的性能——无论片上系统集成有多少内核；多核跑分衡量的是所有内核的性能。

数据再次表明今年片上系统性能较上年有了显著提升。例如，Exynos 8890单核性能较Exynos 7420提升42%。单核性能最高的是麒麟960(集成有ARM Cortex-A73内核)，其次是Exynos 8890，Helio X25排在第三位(集成ARM Cortex-A72内核)。

由于Android Authority测试的片上系统集成有四、八和十个内核，因此它更关心多核性能。首先要指出的是，去年领先的移动处理器——骁龙810和Exynos 7420，都是八核芯片，集成有4个Cortex-A53和4个Cortex-A57内核。如果考虑到它们只集成有4个内核，骁龙820和821表现相当不错，但这意味着，从纯粹的多任务角度看，新一代骁龙处理器进步不大。

考虑到集成有10个内核，联发科Helio X25的表现令人失望。当然，即使集成有八个内核，Cortex-A53的总体性能也不如Cortex-A73等更快内核。

这项测试的赢家是麒麟960，Exynos 8890稳居亚军。测试进行到这里，局势已经相当明朗，这将是三星和华为处理器之间的竞争，骁龙821也不甘认输。

Basemark、Vellamo和Dhrystones

Android Authority还使用Basemark OS II和Vellamo对这些芯片进行了测试。前者测试CPU、GPU、内存和Web性能，后者则以测试CPU性能为主，Vellamo的测试项目之一是Dhrystone——测试CPU的整数运算性能。由于Dhrystone测试CPU最基本的工作(例如整数运算)，Android Authority在图表中把它单列出来。

在Basemark OS II测试中，骁龙810的表现优于骁龙820，但骁龙821实现了反超。表现更好的依旧是麒麟960和Exynos 8890。在Vellamo测试中，Helio X25和麒麟960表现出色。Dhrystone测试表明Exynos 8890是整数性能之王，其次依次是Helio X25和骁龙820.

哈希、冒泡排序、表和质数

在定制测试项目中，第一个项目测试CPU性能(不使用GPU)。它分为4个步骤，第一步是计算100个SHA1哈希值，第二步是对有9000个元素组成的数组进行冒泡排序，第三步是对大型数据表进行100万次Shuffle操作，最后是计算出前1000万个质数。然后计算完成所有这些任务所需要的时间。

在第一项定制测试中，表现最好的依旧是麒麟960，其次依次是骁龙821和Helio X25(让人感到意外)。虽然Helio X25在安兔兔和Geekbench多核测试中表现不佳，但它在Geekbench单核、Vellamo，以及第一项定制测试中表现出色。对于只集成有2个高性能Cortex-A72内核、其余8个内核都是Cortex-A53的它来说，这是一个不差的表现。

水模拟

第二个定制测试项目利用一个2D物理引擎模拟水被注入到一个容器中的情景。2D图形虽然会略微使用GPU，大多数工作将由CPU完成，大量水滴的复杂度将考验芯片的CPU性能。每帧画面会增加2个水滴，游戏帧率为60fps。软件会计算实际处理的水滴数量和没有处理的水滴数量。分数最高为10800.

在这项测试中，麒麟960得分最高，远超其他片上系统，Exynos 7420和Exynos 8890分列第二、三位。

Unity 3D测试

第二款定制测试软件利用Unity3D开发，被称作Terrain 4，计算显示画面的帧率。

这项测试旨在测试GPU的最高性能。测试中的地形渲染难度极高，GPU需要吃力地渲染每帧画面。这项测试中的赢家是骁龙821、820中的Adreno 530，其次依次是麒麟960中的ARM Mali G71和Exynos 8890中的ARM Mali-T880。虽然Helio X25配置与Exynos 8890相同的GPU，它性能低的原因是集成四核版Mali-T880，Exynos 8890则集成12核版。

NDK测试

第三款测试软件用C语言编写，利用Android Native Development Kit编译。第一个测试项目反复计算一批数据的SHA1，第二个测试项目计算前100万个质数，第三个测试项目反复运行一个执行多种不同数学运算(例如整数和浮点数的乘、除)的函数。

各种芯片在SHA1测试中表现相近，骁龙820表现最好，其次是骁龙821，麒麟960和Exynos 8890之间差距微乎其微。计算质数测试的结果几乎就是SHA1测试的翻版，表现最好的是骁龙，然后是麒麟、Helio X25和Exynos。在最后的数学运算测试中，两款骁龙芯片再次成为赢家，其次依次是Exynos 8890和麒麟960。

苹果A10 Fusion芯片表现如何？

上述所有移动芯片都被应用在Android手机中，2016年另外一款重要的移动芯片是苹果A10 Fusion。它也是一款HMP处理器，集成有2个高性能内核和2个低能耗内核。另外，它还集成有苹果设计的未知名六核GPU——可能基于Imagination Technologies的PowerVR GPU架构。

在Basemark OS II测试中，A10 Fusion跑分突破3000分，排在首位，其次依次是麒麟960和Exynos 8890；在Geekbench的单核测试中，A10 Fusion跑分为3399，排在首位，其次依次是麒麟960和Exynos 8890；但在多核测试中，麒麟960和Exynos 8890跑分均超过了A10 Fusion。

在定制的水模拟测试项目中，麒麟960跑出了满分，A10 Fusion跑分为10202，Exynos 8890为10244。在这一测试中，只有骁龙821不敌A10 Fusion。有趣的是，Exynos 7420跑分达到10478，也超过A10 Fusion。

结论

今年移动处理器性能普遍高于去年，希望明年能延续这一趋势。另外，性能的提升并未造成电池续航时间的缩水，这在很大程度上与采用14或16纳米制造工艺有关。去年只有Exynos 7420采用了14纳米工艺。

Helio X25在部分测试项目中表现不错，在其中一个项目中排在第二位。但总体来说，其性能不如骁龙、Exynos或麒麟。

在GPU方面，Adreno 530是性能王者，借助出色的GPU性能，骁龙820和821在安兔兔等综合性跑分软件的测试中表现出色。但在Geekbench或Basemark等测试中，骁龙不敌麒麟或Exynos。虽然如此，在NDK测试中，骁龙芯片表现出色。

CPU性能最高的是麒麟960，在五项测试中排在首位，在多项其他测试中排在第二、三位；与麒麟960最接近的是Exynos 8890，它在两项测试中排在首位(Vellamo和Dhrystones)，在六项测试中排在第二位，意味着它在许多情况下表现相当不错。

麒麟和Exynos存在的问题是，它们只应用在有限型号的手机中，骁龙820、821的应用范围要广泛得多。这意味着，对于非华为或三星手机粉丝，骁龙820/821将是一款出色的移动处理器。

Android Authority称，总而言之，借助4个ARM Cortex-A73内核和Mali-G71 GPU，麒麟960是目前最好的Android手机片上系统，Exynos 8890紧随其后，骁龙821可能是用户最多的手机片上系统。Helio X25也是一款优秀的移动片上系统，适合中高端手机。骁龙820和Exynos 7420性能还相当不错。