平板面临洗牌？Tegra 3四核全解析

中心议题：
    *  Tegra 3四核平板解析
    *  内部架构解析
    *  GPU提升至12核心
    *  Tegra的昨天、今天、明天

从PC诞生的那天起，桌面端与移动端就注定是其发展的两大主线，经过数十年的发展，我们看到桌面电脑市场份额走低，以笔记本、平板电脑为代表的移动端获得更多的关注，人们越来越需要可随时随地连接网络，且有着高续航特性的产品，当移动互联网发展到一定规模时，全球IT巨头们面临新的挑战。
   
今年笔记本核芯显卡着实让入门独显吃了苦头，不过NVIDIA在移动市场也有不小的收获，一线品牌Android平板电脑如雨后春笋般到来，凭借良好的性能和长期的合作伙伴关系，NVIDIA Tegra 2成为了蜂巢系统(Honeycomb)平板电脑最主流的处理器，预计年内出货量超千万，成为今年平板市场的赢家。然而就在我们还在选购Tegra 2双核平板时，Tegra 3四核处理器按计划在年末发布。

Tegra 3的到来能否让市场重新洗牌？
   
搭载Tegra 2处理器的平板电脑在今年CES上大放异彩，凭借高效低能耗的表现，上半年几乎没有碰到任何对手。到了下半年，高通、德州仪器开始发力平板市场，同样成为联想、华为的合作伙伴，预计明年的竞争开始加剧，因此说年末四核处理器的到来恰是时候。

首先需要了解的关键词
   

 十多年来，多核处理在计算革命中一直处于核心位置，从单核到双核再到四核，Tegra的每一次升级都带来了巨大的变化。这次，四核Tegra 3处理器内建一个Companion(伴核)，相当于五核设计，只不过伴核的性能没有其余核心那么高，不过却在整个架构中扮演着重要的角色。
   
从一代产品开始，Tegra处理器就内建了Geforce GPU，提供高清解码和3D图形计算性能，让环境中的CPU与GPU达到平衡。在随后的Tegra产品中，不仅CPU升级至四核心，Geforce GPU也得到了很大程度的加强，视频播放和游戏是平板电脑的两个重要应用，用户既要性能强又要省电，Tegra 3面临不小的挑战。

·内部架构解析：神秘的第五核心
   
Tegra 3是全球首款移动平台四核处理器，但如果你看过其内部架构，就会发现在四颗ARM Cortex A9架构核心之外还有一个核心，它被称为Companion，我们可以称之为伴核，那么它与其余四颗核心有什么区别呢？
   
Tegra 3之所以不能称之为五核处理器，是因为Companion(伴核)采用专门的低功耗硅工艺制造而成，能够以低频率来运行，而其它四颗核心则为标准的硅工艺，因此可以达到更高的频率，因此我们可以称之为主核心。

Tegra 3内部架构解析
   
Tegra 3这种“4+1”的组合在工作时也有自己的特点，Companion(伴核)通常工作在待机、处理邮件、收发微博这些“空闲时间”，四颗主核心工作比较“卖力”，主动承担阅览网页、高清播放、2D/3D游戏这些复杂应用，这需要Tegra 3的vSMP(可变对称多重处理技术)。
   
由下图可以看到，vSMP技术可以根据工作负荷，动态启用和关闭CPU核心，因此Tegra 3可以呈现出以下四种工作状态。

根据工作负荷管理CPU核心
 

  
状态一：当待机或处理简单应用时单独使用伴核(频率范围：0~500MHz)
   
状态二：当2D游戏、查地图、网页浏览(无Flash)时关闭伴核启用一颗主核心(频率范围：0~1.4GHz)
   
状态三：当打开有Flash内容的网页、视频聊天或涉及多任务处理时，启用两颗主核心以加强性能(频率范围：0~1.3GHz)
   
状态四：当运行大型3D游戏、视频编辑等复杂应用时，Tegra 3会将四颗主核心全部开启(频率范围：0~1.3GHz)

不同硅工艺对功耗和性能的影响

核心名称 低功耗CPU伴核 高性能CPU主核心 
核心架构 Cortex A9 Cortex A9
工艺技术 低功耗(LP) 普通/高速(G)
工作范围 0MHz~500MHz 0GHz~1.4GHz
   
实际运行时，Companion(伴核)的工作频率范围在0MHz~500MHz之间，四颗主核心工作频率范围在0GHz~1.4GHz(视工作中的核心数量)，它们都基于ARM Cortex A9架构，伴核的存在是为了更长的续航时间，四核核心主要负责性能输出。尽管目前我们没有拿到详细数据，但官方称vSMP技术使得Tegra 3比上代产品更加节电，我想这可能是综合了各种使用状态后的成绩。
   
在Tegra 3上，例如动态照明、物理效果以及其它与游戏相关的处理任务通过四个核心进行共享。通过这种负载共享，基本不会出现一颗核心满载的情况，让处理器有额外的空间用来处理后台任务。
   
和NVIDIA的Optimus技术相同，切换过程在后台自动运行，切换时间不到2毫秒，属于无缝切换，且为了避免核心之间频繁切换，NVIDIA在CPU管理算法中加入了可编程的滞后控制，等应用程序稳定运行后激活切换机制，从而防止核心之间的“颠簸”。

·GPU提升至12核心：游戏画质有飞跃
   
NVIDIA在图形计算领域的地位毋庸置疑，在移动平台方面，从一代开始，内建Geforce GPU的Tegra家族就展现出3D图形运算和高清编解码方面的实力，三年的发展让Tegra处理器成为智能手机和平板电脑上高娱乐性的代表，下面让我们首先看看Tegra 3上GPU的规格。
   
相比上代产品，Tegra 3图形运算性能更加强大，有两大特点。首先，GPU核心从8个增加至12个，性能提升约为三倍，最大可输出2560×1600分辨率的高清图像。其次，Tegra 3支持3D显示(Stereo 3D)，如果平板电脑或外接显示设备配备相应的显示屏，就可以享受3D视觉的乐趣。
 

Tegra 3运行游戏能够得到更精致的画面(ShadowGun)

Tegra 3运行游戏能够得到更精致的画面(Piptide)
   
落实到实际应用上，三倍于Tegra 2的性能可带来更好的游戏画面，运行同一款3D游戏，Tegra 3处理器的GPU可以渲染出更多的动态光影、物理特效和高分辨率的环境，提升使用平板运行游戏的代入感。

Tegra 3处理器最新演示DEMO
   

移动游戏的复杂性和视觉上的丰富程度在不断增加，同时可下载游戏内容的文件大小相应剧增。 游戏文件往往太大，下载游戏的时间超过十五分钟，致使买家失去下载高级游戏的动力，为此在Tegra 3上厂商引入了实时动态纹理生成技术，让原本300MB的纹理集减小到1MB左右。

场景变化动态生成 大幅减小游戏数据包容量
   
凭借CPU与GPU的高性能表现，允许开发者编写游戏代码时，使游戏中所需的纹理根据游戏的情节和状态实时创建，由于是即时生成纹理的，通过这项技术，游戏开发者可以将游戏文件的大小减小几个数量级，这对实际应用和提高软件销量大有帮助。

·Tegra的昨天、今天、明天
   
早在08年NVIDIA公布了第一代Tegra处理器，包括两个系列产品，其中一款是Tegra APX系列，主要定位于智能手机；另外一款是Tegra 600系列，针对MID产品而设计。
   
现在来看，一代产品的展示意义显然要更大一些，因为那时Android阵营智能手机刚刚起步，用户对性能的需求也远不及现在。PC市场方面，08、09年上网本火热，英特尔Atom方案成熟，MID市场表现不尽如人意，因此尽管Tegra甚至可以流畅运行Quake 3、播放高清电影，但定位相对高端且用户认知度一般，愿意冒险引入的厂商并不多，因此一代Tegra给人们的印象是性能强，但产品选择少，概念远大于实际。

昨天：MID中的Tegra处理器 市场表现低迷
   

两年后，NVIDIA拿出了Tegra 2，这时上网本市场逐渐被边缘化，平板电脑接替了“用户第二台PC”的角色，今年初谷歌发布了针对平板电脑研发的Android 3.0蜂巢系统，一线厂商认为时机已到，纷纷开始打造高性能平板以区隔以往体验不佳的产品，于是双核心内置Geforce GPU的Tegra 2成为厂商们的首选。
   
甚至可以说，一些PC厂商与NVIDIA良好的关系也是促成合作一个因素。只不过这次合作的主角不同，以往是显卡，这次是处理器，与上网本市场不同，平板电脑和智能手机是ARM架构的天下，英特尔的Atom这次没有太多表现的机会，对于OEM厂商而言，Tegra 2是目前最好的选择，至少在中高端定位的平板电脑市场是这样。
   
在今年的CES展会上，Tegra 2处理器平板电脑大放异彩，双核CPU与强劲的GPU引起全球厂商和用户的关注，不到一年时间，包括摩托罗拉、华硕、ACER、联想、戴尔在内的众多一线品牌的平板电脑均搭载了Tegra 2处理器，另外也有二三线品牌抛来了橄榄枝，尽管其中一些产品被曝销量平平，但NVIDIA作为上游供应商，赚的荷包满满。
   
在智能手机市场中，LG、摩托罗拉、天语、三星等厂商也开始采用Tegra 2处理器，不过相比平板电脑，一线品牌手机处理器的选择更多，其中高通、德州仪器是未来NVIDIA在移动市场中的两大强敌。

今天：多数一线品牌平板选择Tegra 2

今天：Tegra 2智能手机成为高性能代表
   
Tegra的明天会怎样？Tegra Roadmap显示，在未来的三年时间内，NVIDIA将至少推出三款Tegra产品，明年代号WAYNE的Tegra处理器性能将会翻倍，如果以目前Tegra 2的性能为基点，三年后Tegra处理器的性能将提升近百倍。按照现有技术来看，如果电池技术没有实质发展，高性能所产生的能耗将面临很大挑战。
 

明天：Tegra三年计划 性能将提升近百倍

明天：Tegra Zone将成为NVIDIA打拼移动平台市场的重要棋子
   
除了不遗余力推动性能发展，NVIDIA今年在Android阵营中建立了自己的在线商店，提供更多优质的应用程序，进入这个VIP游戏厅的条件只有一个，就是您的设备采用了Tegra 2处理器。
   
值得一提的是，凭借NVIDIA与众多游戏开发公司的紧密合作关系，Tegra Zone今后将会提供越来越多的热门3D游戏，硬件诞生的目的就是为软件服务，通过硬软结合来掌控未来应用市场，使用Tegra作为移动设备获得高级应用的通行证，NVIDIA相对其他厂商提前迈出了这一步。
   
自从Tegra诞生那天起，NVIDIA的目标客户就瞄准了中高端移动市场，今年下半年Android阵营平板的价格发生了一次较大的地震，至今余震不止，平板电脑的整体价格正在逐渐降低，在拿下一线品牌平板的大单之后，如何入主中低端移动市场对NVIDIA来说将是一个不小的挑战。