Qualcomm Snapdragon 835 在時脈、製程以外談 的過人之處

Qualcomm 在 CES 2017 舞台上面發佈的新一代旗艦 SoC Qualcomm Snapdragon 835 ( S835 )，預計將會是今年旗艦手機與 VR 裝置採用的主流 SoC 處理器，從簡單數字看就知道 Qualcomm S835 基於 10nm 製程，最高時脈能達到 2.45GHz ，但對於用家來說這代表什麼呢？而新世代處理器對於用家來說有什麼意義？

TechApple.com 就跟大家深入談一下 Qualcomm S835 的過人之處。

Qualcomm Snapdragon 835 ( S835 )八核處理器架構與 Kyro 280 微架構

我們從 SoC 的核心談起－CPU (Central Processing Unit)。從官方的數字看 Qualcomm S835 (MSM8998)是一顆八核心處理器，當中包含 4 個時脈達 2.4GHz 的高速處理器與 4 個達 1.9GHz 的節能處理器，與上一代 Qualcomm S820/S821 (MSM8996 系列）一樣採用 ARM v8-A 指令集，但就用上了 Kryo 280 微架構／內核 (Microarchitecture) 。

Kryo 280 微架構與之前的 Cortex A73、A53 等等有什麼不同？這是 ARM 的一個名叫” Built on ARM Cortex Technology “全新協議下的產品。Qualcomm 以往是從 ARM 得到授權而出產 Snapdragon 系列處理器，但採用的微架構只能從 ARM 自家（例如 ARM1136J（F）-S 、Cortex A 系列）等選擇，或是 100％ 由廠商研發( Qualcomm Krait 、Scorpion 系列），而 Kryo 是基於 ARM 自家架構改裝的「半客製」成品。

可以進行客製化代表可以做些什麼？例如可以改動 Instruction Window 的大小，可以把 線程 Pipeline 的資源加大、可以改動 Branch Predictor 的緩沖，廠商設計方面的彈性會相對較大。可以選擇一個較耗資源但處理能力較好的方案；亦可以考慮如何分配各個核心之間的資源，然而 Qualcomm 沒有在任何文件中提到 Snapdragon 835 處理器 Kryo 280 的詳細情形，我們亦無法知道他們下了什麼功夫。

我們再仔細看看 S835 的設計，它雖然採用 4+4 核心方案，有外國媒體 Fudzilla 指出它是採用一群 Kryo280 微架構的高效率處理器配合 Cortex-A53 低功耗處理品。跟據 Qualcomm 自家的說法，他們希望 1.8GHz 節能處理器群可以處理 80% 以上的工作，所以把低功耗的處理器群升級到 1MB L2 cache ，而需要更強大的功能時才會轉換到具備 2MB L2 cache 的 2.45GHz 的效能處理群運作，例如在 VR 應用、網頁瀏覽加速、提升 App 效率的方面，達到降低功耗的效果。

同時我們可以看看內存 (RAM) 的規格，Qualcomm S835 是採用了 雙通道記憶體技術，規格是 32bit x 2 (bit)，與 Qualcomm S821 的 16bit x 4 (64bit) 不同，亦從 LPDDR4 RAM 轉到較為省電的 LMDDR4X (0.6V)，它支援 UFS 2.1 與 eMMC 5.1 ，雖然 UFS 2.1 不是快於 UFS 2.0 ，兩者同樣是 1.2Gps 傳輸速度，但相對耗電量比較少，而在 SoC 與 UFS 的資料傳輸中，新的加密方式亦強化了私隱。

Adreno 540 圖像處理器 色域顯示升級 10-bit

在 GPU （Graphics Processing Unit）方面 Qualcomm S835 升級為 Adreno 540 圖像處理器，相對於去年的 Adreno 530 提升達到 Adreno 540 ，除了提升了 25% 的 3D 圖像處理速度，在 GPGPU 方式亦有提升，它完全支援 DirectX 12 ,OpenGL ES 3.2 、OpenGL 2.0 、Vulkan 1.0 的 graphics APIs ，當然也支援 Google Daydream 平台 VR。

對於用家來說最為顯著的進步，它的 DPI (Display Processing Unit) 與 VPU (Video Processing Unit) 都提升到 10-bit 色域，支援的顏色由 1680 萬提升到 1 億以上，所以廠商可以配合支援 HDR10 的屏幕製作出 HDR 影片和相片，而 DPU 支援到 4K/60fps 的 10-bit 色域影片顯示，而 Qualcomm S835 手機的屏幕色彩表現值得期待。

Qualcomm Spectra 180 ISP 與 Qualcomm Clear Sight 提升相片質素

於 Qualcomm S835 升級至 14bit 的Qualcomm Spectra 180 ISP (Image Signal Processor)，這是一種電子訊號處理器，影響手機的拍攝功能。感光元件收到訊號後，如何修正它的雜訊、壞點修補、顏色插值、白平衡校正、後期銳利度處理等，都由這個元件負責。在市面上有整合 ISP （例如 Samsung Galaxy S7 是用 Qualcomm S820 的內置 ISP）或是獨立 ISP 手機 (美圖手機）。

Qualcomm 提出將會有幾個重點改善：雙鏡頭變焦、強化自動對焦。

iPhone 7 Plus 的一個創意就是利用兩個鏡頭（廣角鏡、中焦距鏡）模擬出光學對焦的效果，升級 14-bit 的 Qualcomm Spectra 180 ISP 亦可以支援 1600 萬像素雙鏡頭與 3200 萬像素單鏡頭，每個鏡頭都對應一個獨立的 ISP ，最高能達到 30fps 、接近零快門時滯的連拍效果，亦升級至 EIS 3.0 利用 GPU 、ISP 與 DSP 的組合運算，達到雙鏡頭環境下的電子防震補償，可以說是針對「雙鏡頭」而考慮到的一個進步。

Snapdragon Optical Zoom 建議的數據是 2 倍光學對焦以及 10 倍數碼對焦，這是預見今年會有更多「雙鏡頭」手機而定下的一個標準。

其實稍早之前 Qualcomm 亦公佈過 Qualcomm Clear Sight 方案，採用雙 ISP 支援一個顏色感光元件與一個黑白感光元件，以雙方的訊號相互補償提升銳利度、色彩與光暗表現，這和華為 P9 的原理接近，當然亦會在 Qualcomm S835 上面支援（之前的 Qualcomm S820 、Qualcomm S821 是第一批支援這種技術的處理器）。

在自動對焦方面，Qualcomm S835 從 Galaxy S7 的自動對焦得到一個解答－Dual Photodiode （2PD 亦稱為 Dual Pixel) ，只要像素點大於 1.4um 就可以分拆成 2 個 Photodiodes 去進行自動對焦，可以用盡感光元件上面的每一個像素（相約於以往 PDAF 的 5% 像素進行對焦）速度、準確度預見可以大幅上升。

Hexagon 682 DSP 能達到 Hi-Fi 級解碼

Qualcomm S835 裡面的 DSP (Digital Signal Processor) 升級為 Hexagon 682 ，在數碼訊息分析方面輔助 CPU ，配合 Google 開源的 Machine Learning 系統 Tensor Flow 技術，號稱能比 CPU 有25x 以上的能源效益，而 Google 自家的 Google Photos 與 Google Cloud Speech 亦用上了 Tensor Flow ，而在 Qualcomm 上面的一個應用就是隨時可以喚醒智能助手的 Qualcomm All-Ways Aware。

對於用家來說最貼身的是音響方面，手機市場近年亦興起音響熱（在內容不斷提升下實屬必然的），他們的 Aqstic 音頻解碼 (Audio Codec) 方式提升，號稱可以達到 24-bit /192kHz 檔案播放，而 Qualcomm S835 靠著 Aqstic WCD9341 的音頻解碼，配合 Hi-Fi 級 DAC 可達到理論值 32-bit/384kHz 的播放，它的噪訊比 (SNR Signal-to-noise ratio)能達到 115dB，有著極高的動態 ，而總諧波失真 (THD+N) 達到極低的 -105dB，在無線播放方面支援 aptX 與 aptX HD 標準 。官方說法是不只低失真，配合 VR 裝置亦可以得到一個準確定位的聲音。

處理器系統最佳化 The Symphony System Manager

上面談到 CPU、GPU、ISP、DSP 等等不同的元件，那麼他們是如何互相配合？Qualcom 有自家一套 Symphony System Manager ，這是一個可以高度客制化的系統。一般來說 CPU 是用於序列控制、主要的工作安排；Hexagon DSP 用一些不需要高效能與即時的運算，例如圖片與音頻；GPU 用於高需求的影像運算或是連流圖像與畫面構成，而 ISP 自然是用於相片／影片的拍攝了。

同時 Symphony System Manager 可以 OEM 廠商與 App 開發者去配合自家產品，令它與 Qualcomm Snapdragon SoC 有更好的整合，開發者可以自行選擇如何運用 Qualcomm S835 的強大效能，在減低發熱、延長繼航力、減低功耗方面亦有相當大的效用。

具備 1GB/s 上網理論值規格的 X16 LTE modem

Qualcomm S835 採用 X16 LTE 上網晶片，最高能達到 1Gbps 的理論上網值，當中包括 LTE Cat.16 的下載速度與 LTE Cat.13 的上載速度，已經是 Cat.4 的 5 倍，它亦能支援下載 4 x 20 MHz CA (Carrier Aggregation 濾波聚合）、上載 2 x 20MHz CA；這是 Qualcomm 第一顆整合 802.11ac 路由晶片的處理器，更是支援短途的 60GHz WiFi 網絡(也就是 802.11 ad)，完全是向著 5G 速度進發的產品。

具備著 4×4 MIMO 帶來的極速未必是每一個用家必須，但理論上在分配網絡資源上更有彈性，相對於舊有的 2X2 速度自然更快；在網絡資源減少的時侯亦可以保持一定速度，之前已經有人利用 Samsung Galaxy S7 進行實驗測試 4×4 MIMO 的實力，在此亦不多談。

預定在 2017 年，美國的 AT&T 、T-Mobile 、德國的 EE 、歐洲的 Vodafone 與 Telefonica ，日本 NTT DoCoMo 、SoftBank 、KDDI 與新加坡的 SingTel 都有意試行 5G Gigabit LTE ，可惜香港、台灣都完全沒有消息啊！

至於 Gigabit LTE 級的高速網絡，其中一個有意思的應用是 Android Instant App ，靠著把 App 分拆成細小封包推送，不用下載 Apps 亦可以體現到 Instant Apps 的功能，但其中一個問題就是流量可高達 20MB …

迎合潮流的 AR 與 Mobile VR 

如果你仍然未搞清楚什麼是 AR、VR、 MR 和 360 相機，請參考這篇【果言科技】。

隨著過去一年 Pokemon Go 、HTC Vive、Facebook VR、Playstation VR 不斷帶起潮流，VR、AR 這兩個話題亦是手機／流動產品的一個重點。Qualcomm S821 處理器的 Lenovo PHAB2 Pro 與 ASUS ZenFone AR 能支援到 Google Tango（Google 自家的 AR 系統）、與 Google DayDream VR，自然 Qualcomm S835 得到同樣支援，甚至可以說是為 VR 而考慮到各方面表現。

例如上文有提到比上一代快 25% 的 3D 圖像處理、10bit 色域、DSD 對立體音效方位的處理與低失真，此外相對採用 Qualcomm S820 的 Snapdragon VR820 ，它的於 6DOF ( six-degree-of-freedom) 與動態畫面延遲 （motion-to-photon latency ）降低了 20% ，以提供一個更舒適的 VR 效果。

加速 20% 的QuickCharge 4.0 的各種功能

QuickCharge 4.0 自然比起 QuickCharge 3.0 快，官方指出效能高大約 20% ，在 5 分鐘充電就可供手機使用 5 小時，而充到 50% 電量只需要 15 分鐘，效率亦比上一代快 30% ，除此以外有很多沒被媒體提及的重點，這都是針對充電安全性與電流，例如有：

• USB Type C 與 USB-Power Delivery (USB PD) 規格：由 Qualcomm 設立一個 Quick Charge 4 插頭的規格， 去確保每一件產品對於 QuickCharge 4.0 的普及性，這是針對以往市面上良莠不齊的 USB 產品，定下標準以確保每一件認證過的 QC4.0 產品都可以安全搭配使用。（老實說是因為 OnePlus USB 線吧…）

• Battery Saver 2.0：在以往的電池保護機製中再加入對電量、電流、溫度等的監控去保護電池、系統甚至充電線與充電器，它在充電時分幾層監控各個細節以達到效果。
• INOV (Intelligent Negotiation for Optimum Voltage) V3：第三代的 INOV 會計算手機需要幾大的電流，根據電池的狀態進行調節。在新的機制下手機可能要求 20mV 的高速充電或者是把速度放援，全取決於手機的、電池、晶片甚至插口的溫度，這個完整的監測為了防止起火事故。
• Dual Charge：當裝置有第二顆電源控制 IC 的時侯，可以利用 Dual Charge 去分開充電的電流，利用更有利於散熱的方式去減低充電時間，當然這亦考慮到溫度與發熱的考量。

說到底 製程 和 時脈 代表什麼？

每一次跟別人談到 SoC ，第一時間總是談製程為先。從過去幾年的 28LP 發展到去年的 14nm ，今代的 Qualcomm S835 是由 Samsung FinFET 的 10nm 製程工藝，當中改變了什麼？我們知道當製程數字變小的時侯，代表 SoC 裡面的每一條電路變得更幼，需要更精密的方式去製作，但同時節省了位置，或在同樣大小的位置放入更多元件，更可以製作出更薄更輕巧的智能手機；另一方面製程變得精密會減省處理器的耗電量，這是相當關鍵的。

但物理上是有極限的，在電晶體上面有無數的「0」、「1」組位（每一個組合為一位元），透過電流去決定位元狀態，但只要低於 20nm 就有機會出現漏電的情況，使功率有所損耗，為了解決這個問題開發者導入  FinFET 鰭式電晶體的概念，而在 Qualcomm S835 上面用的是第二代 FinFET 使之在 10nm 的製程下降低損耗。

給大家一個概念： 10nm 製程大約是病毒的 1/10 大小，亦是現時製程的一個最高端；有人提出 7nm 是摩爾定律的極限，而全球的研究人員都想盡方法去突破。

時脈是處理器的一個重要規格，以每秒運行幾多「百萬次」(MHz) 或 「十億次」(GHz) 為單位，這個數字代表運算速度，但並不完全反映效能。因為在不同架構、處理方式、運作方法的情況下能運算出的數據量亦有不同，但當中涉及外頻、倍頻等各種參數，篇幅有限也不作詳細討論。

我們只是想指出：以時脈頻率去談處理器是很粗略的方式。

TechApple 編輯部：「跑分」數字是一個結果 但成因卻有很多

CES 之後大家都在談論 Qualcomm S835 ，TechApple 編輯部發現最多大談的都是 10nm 製程、八個核心、時脈最快達到 2.4GHz …反而忽略了這顆 SoC 是第一顆「半客製化」的 ARM 架構處理器，Qualcomm 亦在強化充電、顏色顯示、資訊分工、效能最佳化的細節卻沒有太多人關注。

多次跟朋友談起手機效能過剩，是否需要追求旗艦手機這個話題，卻要知道 Qualcomm Snapdragon 已經不只是手機上的一個應用，更會在 Mobile VR、MR 、模擬並運行 x86 產品方面大放異彩(他們已經構成合作了啦），未來，跑分不再是唯一重點。

無論如何，Qualcomm S835 會是今年的重點，希望相關產品能給我們驚喜！