Snapdragon S4 简介

高通公司 Snapdragon S4 移动处理器 0 2011 年 10 月 7 日发布。© 2010 高通公司版权所有。保留所有权利。 Snapdragon S4 处理器： 新移动时代片上系统（SoC） 解决白皮书 高通公司 Snapdragon S4 移动处理器 1 2011 年 10 月 7 日发布。© 2010 高通公司版权所有。保留所有权利。 概要 新移动时代已经到来。现在，消费者能够充分 利用永远在线的高速互联网与高性能电子产品 所带来的便利，用信息和娱乐丰富他们的生活。 随着高速 LTE 网络在全球进一步部署，如今的 消费者希望他们的终端可以走遍世界、无所不 能，并能运行所有最新的应用程序，包括网页 浏览、电子邮件、聊天、社交网络、高清视频 和互动游戏。世界在改变，过去完全依靠提高 主频或简单增加 CPU 内核的方式，早已不能解 决终端制造商所面临的性能障碍。对于更佳的 移动处理器性能和更长的续航时间的要求，使 传统的 PC 解决方案更难追上未来“全面连接” 的步伐。所以，寻求新的方法势在必行。 为充分应对这一挑战，高通公司推出了 Snapdragon S4 处理器，将移动通信行业的处 理性能提高到新的水平。Snapdragon S4 处理 器采用了最新的移动架构设计和技术，从而满 足智能连接、高性能和低功耗的要求。  首次使用 28 纳米处理技术：Snapdragon S4 处理器是业内首批采用最新 28 纳米处 理技术的移动处理器，在频率调节、功耗 和尺寸压缩方面具有先天的优势。  首个完全集成的 3G/4G：S4 处理器包含了 业界首个完全集成的 LTE 世界模/多模调制 解调器。  使用 ARM ® 指令集、软件和生态系统： Snapdragon S4 处理器是业内首款专为先进处 理技术而设计、并使用 ARM 指令集架构（ISA） 的处理器。 Snapdragon S4 处理器使性能和功耗达到完美 的平衡，是一个完整的解决方案：  卓越的 CPU 性能：多核 CPU 的频率范围为每 核 1.5GHz~2.5GHz，支持异步对称式多核处理 器（aSMP），使性能和功耗达到最佳平衡。  卓越的调制解调器性能：业界首款完全集成的 LTE 世界模/多模的调制解调器，支持范围最广 的频率和频段——包括对现有标准如 EV-DO 和 HSPA 等多种制式的全面支持。  卓越的图形性能：支持高性能可编程 Adreno GPU，提供最高质量的视频和游戏机品质的游 戏。  卓越的功耗控制：这一功耗高度优化的系统来源 于最佳品质组件的紧密集成以及高效、低功耗引 擎（如高通公司完全可编程的 Hexagon DSP） 的使用。连接选项还包括集成的 GPS、蓝牙、 Wi-Fi 和 FM。借助下一代 Snapdragon S4 处理 器，消费者将可以体验到高速互联网完全集成于 他 们 的 移 动 设 备 所 带 来 的 丰 富 优 势 。 Snapdragon S4 处理器将卓越性能及低功耗与 创新技术相结合，开启了移动新时代。 免责声明 除非另有说明，本文所包含的信息均属高通公司独家所有。未经高通公司事先书面许可，不得将其用于 设计目的进行部分或全部内容的复制、存储、传输或使用。本文信息仅供参考之用。如有变更，恕不另 行通知。 高通公司 Snapdragon S4 移动处理器 2 2011 年 10 月 7 日发布。© 2010 高通公司版权所有。保留所有权利。 Snapdragon S4 系统概述 首批采用 28 纳米处理技术的移动处理器 高通公司基于 ARM 架构自主设计了定制的 CPU 内核，从而在 CPU 和系统层面拥有更大 的设计灵活性。Snapdragon S4 处理器是使用 基于 ARM 的指令集架构（ISA），利用 28 纳米 处理技术制造出的首批移动处理器，提供新一 代的性能。使用 28 纳米处理技术，高通致力于 交付一个高度集成且高效的设计方案，能支持 各种类型的终端——从大众市场智能手机和平 板电脑，到小型笔记本电脑，并以更低的能耗 提供更高的性能。 当前的下一代技术 S4 处理器作为业内唯一针对移动体验优化的 完全自定制片上系统（SoC），整合了多项创新 技术，如每核动态电源管理、下一代高度并行 和可编程 GPU、LTE 全球多模调制解调器、高 速双信道交叉存取内存、可编程 DSP 等。 Snapdragon S4 处理器有单核、双核及四核 CPU 配置可选，具有最大的设计灵活性。该产 品现已出样提供给客户测试，这比其他任何同 类解决方案领先了大约 6 个月的时间。 Snapdragon S4 处理器：卓越的热性能 专为移动应用设计。Snapdragon S4 处理器的高 集成设计和下一代处理技术提供了高效的热微架 构。它提供的电源效率水平是目前这一代的 ARM CPU 设计所无法达到的。Snapdragon S4 处理器 得益于 28 纳米处理技术和全新开发的核心，其 优势包括：  更小的尺寸  更低的功耗  改进的散热管理性能 我们会看到通过对电源的高效使用，在工作负载 恒定的情况下，S4 处理器比其他处理器能更长时 间地保持峰值性能。S4 的漏电流更低，从而意味 着更少的电力损失和更长的电池续航时间。 显著的热性能优势。图 2 显示了采用 28 纳米工 艺的 S4 处理器大幅超越基于领先的 40 纳米 G 工艺的 ARM CPU，这为 OEM 提供了更大的设 计灵活性。 图 1 ：MSM8960 块状图 图 2 ：增强的热性能 调制解调器子系统 多核子系统 多媒体子系统 LTE 全球 调制解调器 一级缓存 LTE 全球 调制解调器 一级缓存 音频/视频硬件加速 器 二级缓存 多媒体处 理器 Snapdragon 系统构造 双通道内存 Snapdragon 自适应电源技术 A9（40G）达到热极限便开始降频 保护，进而致使其性能低于规格 温度 热极限 功 耗 Krait（28LP）借助更好的 温度曲线维持了较高的性 能 高通公司 Snapdragon S4 移动处理器 3 2011 年 10 月 7 日发布。© 2010 高通公司版权所有。保留所有权利。 新的 CPU 架构： Snapdragon S4 处理器使用高通第二代 CPU， 代号为“Krait”。Krait 是一种新型的高性能 CPU，同时提供无与伦比的电源效率。 Krait 提供无与伦比的性能。Krait 的每核性能都 优于当前的 ARM CPU。为了达到最佳性能和最 高电源效率，Krait 采用了关键的领先设计方案：  新的 CPU 微架构：Krait 为新一代智能手 机、平板电脑和笔记本电脑提供充分提升 性能的空间。新的流水线架构使 Krait 在 性能上比高通公司现有的 Scorpion CPU 微架构提升了 60％以上。  SIMD/ VFP 性能：Krait 还包括业界领先 的 128 位数据通道 SIMD 功能单元，提升 浮点运算性能。优化的计算单元（包括用 于双精度计算的单元）能够以最低的功耗 快速实现计算密集型应用。  优化的内存子系统：Krait 配置双通道内 存。它是处理器能否在多核系统中处理高 带宽需求工作的关键。图 3 显示了高通的 CPU 性能路线图： 异步对称式多核处理器（aSMP）：以电源效率为 设计理念。为了获得更好的功效、性能表现和热 曲线，高通将 Krait 微架构设计为异步对称式多核 处理器系统（或称为 aSMP）。 aSMP 架构和同 步 SMP 架构之间的区别是：  独立的时钟和电压：aSMP 系统中的每个 核，包括二级缓存，都有一个独立的电压 和时钟。这使每个 CPU 内核都能够根据 处理的工作类型，以最有效的电压和频率 运行，从而获得最佳功耗。  功耗减少 25-40％：如图 4 所示，aSMP 架构比当前的同步 SMP 架构功耗减少 25-40％。  待机功耗：在 aSMP 中，每个不需使用的 内核都可以完全独立关闭，使其在待机状 态时没有功耗。  降低复杂性：aSMP 不需要“伴随内核” 或“小内核”，对每个内核电压和频率的 单独控制使 aSMP 系统中的每个内核均 可在低功率模式下操作，从而减少了多核 对程序管理或更复杂的软件管理的需求。 图 3：CPU 性能路线图： 图 4：异步 CPU 功耗节省 同步 异步 功 耗 25-40%的功耗节省 核心 2 核心 2 核心 1 核心 1 高通公司 Snapdragon S4 移动处理器 4 2011 年 10 月 7 日发布。© 2010 高通公司版权所有。保留所有权利。 Krait 功耗显著低于当前处理器。  新的电路技术：Krait 的设计采用了使用新电 路技术的定制设计流程以提高性能，降低功 耗。这实现了非常有效及宽范围的动态时钟 和电压调节（DCVS），可适用于不同使用模 式包括从热待机到中/ 高水平的处理要求。 Krait CPU 可以平滑地从低功耗、低漏电模 式转换到高速性能的模式。  低功耗微架构：Krait 还包括整个流水线的微 架构优化，如高效分支预测，以及实现了功 耗效率和性能之间平衡的流水线。  热性能：Krait 的电源效率也带来了更佳的热 曲线。这使 Krait 多处理器系统与竞争解决方 案相比，能够以峰值性能运行更长时间，并 简化了系统级设计，诸如电路板的设计、电 力传输和整体系统成本。 总之，高通的 Krait CPU 在性能和电源效率方面建 立了一个新的标准。 新的 Adreno 嵌入式 GPU S4处理器家族采用了从Adreno225 GPU开始 的最新图形处理技术。  GPU 性能提高 50％：Adreno 225 GPU 的图形处理能力比上一代 Adreno GPU——Adreno 220 提高 50％，处理 能力是 Adreno200 的 6 倍。如下图显示， Adreno 的性能继续保持显著的提升。见 图 5。  统一渲染架构提供优越的性能：内置出 色的高性能 Adreno 嵌入式处理器， Adreno 225 GPU 是拥有统一渲染架构 （USA）的完全可编程 OpenGL ES 2.0 GPU。Adreno 的统一渲染架构（USA） 通过提供灵活的顶点着色处理，使 GPU 的处理能力达到最大化。这一独特的架 构在视觉图形质量方面与早期 OpenGL ES 1.x GPU 中的“固定功能”相比，有 了重大的飞跃。如图 5 所示，USA 提供 卓越的图形性能。 Adreno 225 GPU 的内存带宽是其上一代的 2 倍，有助于以更高的显示分辨率进一步获得更 好的图形性能。 Adreno 225 支持的 API 包括 OpenGL ES1.1、 OpenGL ES 2.0 和 DX9.3。 图 5: Adreno 性能提升 A d re n o 2 0 0 G P U 相 关 性 能 高通公司 Snapdragon S4 移动处理器 5 2011 年 10 月 7 日发布。© 2010 高通公司版权所有。保留所有权利。 Adreno225 完全支持 Windows 8。与 Adreno220 相比，Adreno225 功能更加丰富， 特别是支持 Windows 8 的 DirectX 9.3。这些新 功能包括：  增强的统一着色器的灵活性和功能性  改进的纹理引擎，支持 sRGB 纹理  增强的光栅化硬件，支持多重渲染对象、 用户剪辑面板、场景等其它先进的功能提 高位块传输和中断性能。 分块着色为 GPU 渲染提供了更高的效率。 Adreno GPU 还利用独特的、基于分块着色的方 法进行渲染，帮助降低内存带宽的占用量，并使 并发能力实现最大化。由于图形处理器行业的高 速创新，Snapdragon S4 处理器将继续发展， 继续采用最新的 GPU 技术，同时保持紧密的集 成性和全系统的兼容性。 集成的 LTE 世界模/多模调制解调器 Snapdragon S4 处理器集成了专为速度、电池性 能和全球网络兼容性而设计的全新的调制解调 器。首个 Snapdragon S4 处理器 MSM8960™芯 片组包括：  业内首个完全集成的 3G/4G 全球/多模 LTE 调制解调器：支持所有全球领先的 2G、3G 和 4G LTE 标准。它还集成支持多 个卫星定位网络（GPS 和 GLONASS）以 及蓝牙、WiFi、FM 和 NFC 等近程无线通 信技术。  专为速度、兼容性和降低能耗而设计： Snapdragon S4 处理器 MSM8960 芯片组 提供业界唯一完整平台，在单一芯片上集 成所有全球领先的 2G、3G 和 4G 移动宽 带调制解调器技术。这种新的集成多模调 制解调器基于先进的可编程架构，能针对 下列最高速的调制解调器组合实现性能、 尺寸和电源设计的优化： - LTE FDD/TDD（Cat3） - 3G（DC-HSPA+ Cat 24） - EV-DO 版本 B - 1x 增强型 - TD-SCDMA - GSM/GPRS/EDGE 图 6: 统一渲染架构 图 7: 分块着色示例 高通公司 Snapdragon S4 移动处理器 6 2011 年 10 月 7 日发布。© 2010 高通公司版权所有。保留所有权利。  连接灵活性：使丰富的调制解调器增强功 能和特性可以在软件中实现。除了移动宽 带连接之外，Snapdragon S4 处理器还 集成了许多其他流行的无线技术，包括： - 蓝牙 4.0 - 全球定位系统（同时使用 GPS 和 GLONASS 网络） - WiFi a/b/g/n  语音和数据并发：对于 LTE 手机来说， 8960 调制解调器可以支持 UMTS / GSM 语音和 LTE 数据（CSFB），以及 CDMA 语音与 LTE 数据（SVLTE）并发。 先进接收机技术  提高了用户数据吞吐量和网络容量：此 外，该调制解调器还采用高通公司最新一 代的高级接收机技术，如 Q - ICE™、 QLIC 和 gRICE™，它平衡多路径信号， 并抑制了多蜂窝的干扰，显著提升了用户 数据吞吐量和 UMTS 和 CDMA 网络容 量。  节能 20％-30％：除了采用高通公司开发 的诸如平均功率跟踪（APT）技术来管理 电源，使散热更有效外，该调制解调器还 使用基于标准的节能方法，如连续性分组 连接（CPC）来实现低功耗，功耗降低高 达 20-30％（基于 QCT 的内部实验和外 场数据）。这使 OEM 厂商能够设计出更 小、更轻薄、更时尚且电池续航时间更长 的终端。 多模/多频带意味着全球覆盖  支持多种射频频率：移动宽带技术在其部 署上越来越复杂。LTE 目前部署于全球 40 多个不同频段。为配合其广泛支持的 调制解调器标准，高通公司设计出 Snapdragon S4 处理器 MSM8960 芯片 组平台以支持所有常用频段（从 700 到 2600MHz）和高达 20 MHz 的带宽，使 客户能够捕捉各种移动网络机遇，从最简 单的单频，到最广泛部署的全球模式的多 频，无论是 4G、3G 或 2G。  解决信号干扰：虽然在同一芯片组上支持 多个无线频率会带来信号干扰问题，但 MSM8960 利用高通公司在无线和调制解 调器设计方面的专长，支持多种操作频率 和调制解调器并发场景的共存。  多模无缝切换：高通的多模“智能”调制 解调器可以识别出最佳的可用网络技术， 然后以对最终用户透明的方式快速、无缝 地切换到该技术。在数据方面，8960 调制 解调器采用重选、重定向和分组切换（PS Handover）方便用户在离开 LTE 覆盖范 围时无缝切换到 EV-DO 和 HSPA。在语音 方面，8960 调制解调器可以在用户进行 LTE 数据会话时，启动 CS Fallback （CSFB,电路切换语音回落）到 UMTS、 1X 或 GSM。高通公司的 CS Fallback 解 决方案支持 Rel.9 的最新版本及系统信息 （SI）隧道，使增加的呼叫建立时间不足 1 秒。CS Fallback 是 LTE 语音和全球漫 游广泛采用的标准。 硬件和软件集成  首个完全集成的全球模式/多模 LTE：高通 公司的调制解调器经协同设计，可与高性 能应用处理器，如 Snapdragon S4 处理器 一起智能地工作。它是业界首个可以与应 用处理器集成在用于手机、平板电脑和其 它消费类终端的单芯片平台上的 LTE/3G 多模调制解调器。该调制解调器是高通公 司的第二代 LTE/3G 多模调制解调器， MSM8960 芯片组部署将包括最新 LTE Rel.9 的功能，如增强 CSFB 性能的 SI 隧 道、eMBMS、E911 增强定位功能，以及 一些基于 IMS 的功能，如 VoLTE、 SR-VCC、RCS 和视频电话等。  实时适应性成就最好的网络连接：除了无 缝的 inter-RAT 蜂窝移动性外，MSM8960 芯片组还可以自动实时选择连接到当前可 用的最佳网络，无论是 3G、4G/LTE、 WLAN 或是 BT。这是通过调制解调器中 的软件堆栈，主动识别和选择所有可用于 无线通信的最佳可用信道来实现的。 高通公司 Snapdragon S4 移动处理器 7 2011 年 10 月 7 日发布。© 2010 高通公司版权所有。保留所有权利。  优化上传和下载能力：该软件还采用实 时流量控制功能优化上传和下载能力， 以实现流畅连接。这对于诸如互动游戏 和流媒体这种在不同时刻需要不同连 接能力，但流畅度和速度也至关重要的 在线应用程序来说特别重要。高通公司 的调制解调器还通过了广泛的预测试、 网络互操作性测试和网络认证过程。这 有助于确保它与广泛的调制解调器优 化 API 设置的结合。此外，高通公司的 调制解调器还提供了端到端的解决方 案，可以兼容范围最广的网络（公共和 私人的），提供最好的总体连接体验， 同时消耗最少的电池电量。 可编程 Hexagon DSP 架构 定制 DSP：整体系统性能不可或缺的部分。 除了设计定制 CPU、GPU 和调制解调器外， 高通公司也设计自有的定制数字信号处理器 （DSP）。Hexagon DSP 已成为 Snapdragon 处理器不可分割的一部分。图 8 显示了 Hexagon DSP 的演进和路线图。  高性能、低功耗引擎：Hexagon DSP 结合了 CPU 和 DSP 架构的最佳特性， 组成了这一款高性能、超低功耗的处理 器。高通公司 Hexagon DSP 的独特之 处在于它增加了内存管理单元、对称多 道处理支持以及针对更强性能的管理 程序。应用在 Snapdragon S4 处理器 中的 Hexagon DSP 采用专用的一级指 令和数据缓存，以及一个专用的二级高 速缓存，并设计采用交错多线程（IMT） 架构，这意味着每个线程都有独立的程 序计数器和寄存器。Hexagon DSP 可 以如 CPU 一样同时运行多个应用，但 得益于其超低功耗的设计，它最适用于 分担特定的任务，如音频、传感器、视 频以及图像增强。  高效工作负载管理：通过利用 Snapdragon S4 处理器中的 Hexagon DSP，高通公司无需使用额外的 CPU， 就能够实现性能的显著提升，也不会因 为在内核间不断切换任务而造成性能 和功耗效率低下。 使用 DSP 分担任务增强多媒体功效。Hexagon DSP 在多媒体领域发挥着重大作用。通过使用高通 公司的 DSP 技术，大多数多媒体功能均可以得到更 有效的处理。  提高系统的整体性能：Hexagon DSP 能够确 保执行每项功能所需的计算周期都可以预 测。这种高度可预见性确保了 Hexagon DSP 在多媒体应用方面的高度可靠性和低功耗。 一旦某个功能被成功分担到 Snapdragon S4 处理器中的 DSP 上，它们就不再受到 CPU 上用户层应用的影响。  低功耗：通过执行额外的任务，如多媒体、 图像增强、扩增实境及其他多媒体功能等， Hexagon DSP 不仅释放了 CPU 周期，还提 高了系统的整体性能。  强大的工具链：Hexagon DSP 独特的功能是 定制 CPU 和 DSP 架构的结晶。这使高通公 司可以针对强大的实时操作环境来提供一个 强大的工具链，以便通过高级语言（C、C + + 等）实现编程的优化。  DSP 开放项目：高通公司的 DSP 开放项目还 允许 OEM 厂商和 ISV 厂商自主开发定制的 DSP 应用，以进一步提高 Snapdragon 处理 器的运行水平。 图 8：Hexagon DSP 的演进和路线图 增强性能 改 进 功 耗 高通公司 Snapdragon S4 移动处理器 8 Snapdragon S4 处理器采用了 CPU、GPU、调 制解调器和 DSP 技术方面的关键技术创新。如 今，高通公司高度集成和定制的解决方案促成了 下一代技术的部署。 Snapdragon S4 处理器提 供了新移动时代所需的性能、能效和可扩展性。 ©2010 高通公司所有。保留所有权利。 高通公司的标识以及高通公司或其附属公司在美国和其他国家的商标或注册商标。 其它名称和品牌可能是属于他人的财产。关于第三方产品得信息仅供参考。高通公司不对第三方产品的性 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