骁龙8Gen1 SoC 在ARMv9上的落地表现

前不久，高通发布了骁龙8Gen1 SoC。也是骁龙第一款采用ARMv9架构的芯片。虽然ARM官方声称ARMv9的新架构带来了性能收益，但是，一个采用了ARM 架构的SoC具体的性能提升还牵扯到很多其他因素，例如制程工艺，软硬协同，Cache大小等。作为高通第一款采用ARMv9新架构的芯片，具体变现如何呢？我们来看一下。

CPU

高通新的SoC采用ARM的1+3+4 CPU Core的组合结构。超大核升级到了X2，中核用了A710，小核则去掉了垃圾的A55，采用了A510。

X2核的升级本次并不是很大，它把流水线从11缩到了10，乱序执行窗口稍微增大了一点，改进了分支预测，并完全剔除了对32微程序的支持。

但是X2总体来讲本质跟之前几代产品相比在设计上是没有巨大的变化的，它依然是美国奥斯汀团队在A76基础上的升级。真正的全新升级，我们可能要等到2022年法国的索菲亚团队的全新设计。

A710核本质上也是没有本质上的架构变化。也只是在A78上做了改进。

但是从ARM的PPT可以看出来它的功耗还是有所期待。

A710有一个特点就是为了满足中国市场的需求，保留对32位的App的支持。

A510这次是最亮眼，终于淘汰了5年不变的A55。这次A510的性能比A55提升了35%~50%的IPC。

虽然A510的进步很明显，但是更多是通过加宽解码和加大ALU来实现的。例如，升级到3解码3发射，后端3组ALU。所以，虽然性能提高了，但是他的能耗比没有多大的提升。虽然性能强了不少，但是并没有更节能。最关键的是它依然是个顺序执行的处理器，做得再大依然是个小核。

不过A510有个特别的设计，他的每个核心是不完整的。而是需要两个核心组成一个簇，共享L2缓存和浮点部分。这个很有点像当年AMD的推土机的二并一的设计，当年AMD的这个设计把AMD坑惨了，但是，放在ARM的CPU的小核设计就显得更加合理：因为这些小核，本来就是为了用来处理后台工作的。它的整数调用确实更多；反而，浮点确实用的不多。理论上是因地制宜地节省功耗，可以提高效率。

不仅大中小三个核都换了新架构，8 Gen1 还把L3 Cache 从4MB提升到了6MB。但是，这个估计是为了降低成本，要知道ARM的公版可是8MB。

相比之下，联发科的天玑9000的8MB L3 Cache就显得更加有诚意了。缓存的大小对游戏的影响很大，这个在之后章节，游戏的表现部分会具体讲到。

制造工艺上高通也同样采用了三星的工艺，只是从5nm变成了4nm。

CPU 能效评测

多核心跑分只比上一代提升了1.5%，如下图：

单核心跑分也只比上一代提升了5.7%，如下图：

可以看出高通的CPU还是在挤牙膏，真没想到CPU的功耗也拉胯了。CPU功耗单核4.2w，多核11.1w，这个可以赶上笔记本的功耗了。这就是说在多核心原地基本踏步的情况下，功耗还提升了2.2w。这是不是在没有华为的SoC的竞争下，高通突然安逸现状了？

从上图，可以看出多核的能耗比表现非常让人失望。也可以看出A510的功耗更高，性能又发挥不出来。另一方面也可能说明三星的4nm工艺能效比依然不乐观。下图为两代芯片的能耗比跑分:

GPU能效评测

今年的8 Gen1 上的GPU，发布了四款。其中高端型号为730.

性能跑分

在GFXBench的Aztec 跑分中，OpenGL跑分已经接近了剪裁版A15的GPU。的确让人意外。比上一代888的GPU跑分提高了49%。比麒麟9000提高了21%。

Vulkan跑分就更夸张，已经超过了残血的A15的126分。

比起上一代的888上的GPU，Vulkan超出了57%的性能。

功耗跑分

这么牛的性能，那事实真的是这样的吗？光看性能，不看功耗那是耍流氓，8Gen1的GPU的功耗在峰值时候比它的CPU的11.1w还要高，居然达到了11.2w。相比苹果残血版的A15 的6.5w简直是惨不忍睹。骁龙8 Gen1的这个GPU功耗甚至已经接近M1了。

峰值表现和稳定性

高通的整体感觉是用功耗在换性能，那么，功耗这么高，性能这么强的GPU在耐久测试上的表现如何呢？我们来看一下《光明山脉》游戏的耐久测试。从游戏帧率可以看到，在峰值频率时，这一代高通的GPU表现超过了A15，其降频曲线看起来也比A15平滑一些。不过，这种GPU功耗，想长时间跑《光明山脉》这个游戏而不降频是不可能的。在整个十分钟跑下来，大概会降到888的峰值时的性能，略微好过A15。

如果我们给这个GPU施加更大的压力，跑3D Mark Wild Life Extreme 的压力测试，最终我们会得到66.8%的稳定度。降频还是比较严重的。所以，手机厂商想压压住8Gen 1的GPU，还需要在散热上花很多心思。

SoC新架构层面带来的能耗比

虽然说这款GPU的峰值功耗爆表，但是手机一般也不只是看峰值功耗。既然换了新的CPU和GPU架构，那么架构层面带来的能耗比如何呢？这里需要具体看一下在稍低一些的图形负载情况下，能耗比的情况。

这里做一个新的测试场景：《光明山脉》的固定负载测试。分辨率降为1080P，然后锁定住30帧来运行。这里模拟了一个稍低一些且统一频率的GPU负载。我们来看看在同负载下的功耗表现：

结果，8Gen1 的GPU在中负载的情况下，功耗一样不低。只比上一代的888改善了一点，依然无法超越Kirin9000。峰值负载测试时候如果功耗很差还可以接受，但是要知道，中负载是大部分的游戏场景，在这种中负载的情况下，功耗还是这么高，就太让人失望了。

实际游戏中的能耗比测试

这里我们采用常用的测试游戏：《元神》。测试的场景依然是传统的“璃月港”夜间跑图。如果论CPU压力，“璃月港”甚至比“大深渊”更高。主要是因为这里频繁的加载会对I/O提出更高的要求。稍微差一点的SoC就会出现卡顿的现象。

可能是因为8 Gen1 刚出，目前元神在这一代平台上只能支持640P的最高渲染分辨率。并不是标准的720P。

《元神》上的测试我们会分成三种：中负载，高负载，和魔鬼负载。如下图。

高负载测试

如果只看前3分钟，可以一根线贴着60帧跑，这个在以往的高通的芯片中是从来没有实现过的，所以整体性能表现还是不错的。如果我们对比下图的CPU频率，会看到CPU调度也比较激进，所以功耗也会比较高。

所以前3分钟功耗比较高，如下图，会达到整机7.6w。略好于麒麟9000芯片。

很显然，这种功耗所带来的发热是撑不了太久的，3分钟之后，CPU就会陆续开始降频。实际跑下来30分钟的《元神》测试，最后的平均帧率会落在55帧左右。整机功耗会控制在6.3W左右，平均每帧消耗0.114W。 相比麒麟9000是44帧，功耗控制在5.0W， 平均每帧消耗0.114W。两个竞品每帧功耗基本一样。但是不得不说，8 Gen1在实测《元神》游戏场景中的性能表现比麒麟9000强了25%，帧数提高了不少，游戏运行起来更流畅了。但是能效比基本还是跟麒麟9000打了个平手。

那这个性能表现的提高是不是GPU的功劳呢？笔者认为并不是。如下图，GPU的占用率平均只有56%，它的负载非常低。这个《元神》的性能提升很有可能还是L3缓存的功劳。6M的L3 缓存，极大的缓解了CPU的瓶颈，和提高了配置GPU Job的速度。所以，虽然从数据上来看8Gen1 的跑分看起来跟麒麟9000拉不开差距，但是实际游戏中8Gen1 的表现还算不错，但是和苹果还是差了至少一代的水准。

但是，如果8 Gen1机身确实可以长时间的压制到7.6W的整机功耗，那么《元神》 确实可以维持满帧运行的。这一点是麒麟9000和888平台在开低分辨的时候都无法做到的。值得提醒的是，以上测试只是在640P下进行的，在720P下，负载会更高，所以整机个功耗也会更高。

机身温度

另外一个关注点就是跑《元神》30分钟后的机身温度。当然机身的温度也要取决于测试时用的具体的哪款手机。这里因为8 Gen1还没有具体的上市手机，这里暂时就不多说了。

中负载测试

在中负载测试中，用568P的分辨率，跑《元神》30分钟，《元神》确实可以坚持在6分钟左右的时间保持60fps满帧，再之后，依然是出现慢慢降频的情况，整体来看30分钟，依然可以维持在平均57fps的水平。整体流畅度还是要优于888机型和麒麟9000的机型。可惜的是功耗依然是和888差不多。

魔鬼负载测试

魔鬼测试会彻底压榨一下这款芯片。令人意外的是，在这种魔鬼负载的情况下，8Gen1的确跑出了所有机型里的最高水平。30分钟的平均帧率在48fps。只是在这种情况下，手机的表面温度已经超过了53度了，会很烫手，但是至少没有闪退，游戏的帧数也比较稳定。

总结

8Gen1 的CPU 表现差强人意，GPU表现还是比较亮眼。让我们看到Android上的GPU终于赶上了Apple步伐。L3的增加提高了整个CPU的调度效率，提升了游戏体验。

但是能耗比依然提升不大。

最后就是基于ARMv9的CPU架构在三星4nm工艺下所带来的性能提升微乎其微。

只能说，8Gen1比888好太多了，但是依然是个差强人意的产品。CPU的提升一般，GPU的性能提升爆炸亮眼，但是整体功耗依然使得采用这款芯片的手机像个冬天的暖手宝。