三星蜂鸟的出击——手机处理器系列 四

此前，我们网站陆续推出了TI、高通、英伟达的手机处理器系列报道，让大家对处理器有了更多的了解。这一次，我们将继续介绍三星系列，另一个巨型处理器。

异军突起的三星Exynos系列手机处理器。

得益于Android平台的快速发展，三星手机这几年取得的成绩有目共睹。根据相关机构的最新数据，三星手机已经超越老牌厂商诺基亚，成为全球出货量最大的品牌，同时携手苹果占据全球手机行业90%的利润。在这些光鲜亮丽的数据背后，三星电子自主研发生产的手机处理器起着至关重要的作用，其旗舰产品GALAXY S系列智能手机能够在全球范围内创下销量纪录，很大程度上得益于三星手机处理器的优异性能。

虽然三星在手机处理器行业的资质不如前面提到的三大巨头，但在随后的几年里，凭借强大的技术优势，三星也在短短几年内取得了令人瞩目的成绩，推出了包括蜂鸟、猎户座等明星级手机处理器。但是，正是得益于苹果的iPhone，三星的手机处理器才真正进入公众视野。

三星处理器也是基于ARM内核架构开发的。

也许很多人不知道，苹果iPhone的早期产品搭载的是三星研发生产的手机处理器，其中5L8900处理器应用于苹果2007年发布的第一代iPhone和2008年推出的iPhone3G。与处理器行业的其他几家巨头一样，三星通过向ARM购买相关授权，然后在提供的内核架构基础上进行定制化修改，形成了自己的处理器芯片。

苹果2007年发布的第一款iPhone搭载了三星S5L8900处理器。

其中，这款早期的三星S5L8900处理器是在ARM 11核心架构的基础上开发的，采用了现在看来已经过时的90nm制程工艺，核心主频412MHz(最高可达620MHz)，集成了16KB一级缓存，没有二级缓存单元，运行内存(RAM)只有128M。

图形处理方面，三星S5L8900搭载PowerVR MBX-Lite GPU，同样采用90nm工艺。这个GPU支持硬件多边形转换和光源处理。但目前性能相当低，仅相当于DirectX 6/7级别，其多边形生成速率4M/s，像素填充速率1.25亿/s。

苹果2007年发布的第一款iPhone搭载了三星S5L8900处理器。

由于处理器核心架构的低级和工艺技术的落后，三星S5L8900处理器的整体性能似乎已经落后，仅相当于PC时代486处理器的水平。这也是很多用户反应iPhone/iPhone3G升级到iOS4系统后，会明显出现系统反应慢，速度极慢的原因，打开普通程序你也能感觉到明显的延迟。

归根结底，三星S5L8900处理器整体性能较低，128MB的运行内存不足以支持iOS4系统的流畅运行，更别说升级到后续的iOS5系统了。这样用户就不用抱怨苹果推出新系统后抛弃了iPhone老用户。确实是硬件本身不支持的客观因素造成的。

基于Cortex-A8架构的S5PC100处理器问世。

在ARM在ARM 11内核架构的基础上升级了基于ARMv7指令集的第一代Cortex-A8内核架构之后，三星也及时推出了基于Cortex-A8内核架构的S5PC100处理器。除了更先进的内核架构，三星S5PC100还采用了更先进的65nm制程工艺，核心频率可达667MHz(最高833MHz)。

三星S5PC100处理器架构图

此外，三星S5PC100处理器集成的一级缓存从16KB升级到32KB(16KB指令缓存和16KB数据缓存)，还增加了S5L8900没有的256KB二级缓存。

与之前的ARM 11内核架构相比，ARM提供的Cortex-A8内核架构不仅将流水线阶段从8级升级到13级，而且将执行模式升级为2-issue，可以同时向流水线发送两条指令进行处理，大大提高了执行效率。

而且Cortex-A8内核架构在ARM11架构的向量浮点运算器的基础上增加了先进的SIMD引擎和双精度浮点寄存器。OpenGL 2.0架构的这些创新，明显提升了三星S5PC100处理器的整体性能。同时，先进的65nm制造技术也可以在保证性能的同时控制处理器的功耗。

在图形处理方面，三星S5PC100也有了很大的升级。它的GPU已经从PowerVR MBX-Lite升级到65纳米工艺的PowerVR SGX535。其多边形生成速率达到了28M/s，像素填充速率为2.5亿/s，支持OpenGL 2.0标准API编程接口。文章播放方面，S5PC100集成了支持720P的多格式解码器(MFC)文章引擎，可以保证30FPS帧率的流畅文章编码，整体性能相比PowerVR MBX-Lite有了指数级提升。

苹果iPhone3GS搭载三星S5PC100处理器。

得益于三星S5PC100的强大性能，该处理器也被应用到了苹果2009年推出的iPhone3GS上。也正是因为处理器的提升，iPhone3GS才能流畅运行iOS4系统，甚至后来苹果推出的iOS5系统也完美支持iPhone3GS。

应该说，苹果iPhone系列手机发布后短短几年，就已经牢牢占领了市场，成为用户的新宠。除了苹果无可挑剔的工业设计能力和iOS系统的良好体验，其搭载的三星手机处理器也起到了不可或缺的作用。当然，从另一个角度来看，苹果iPhone的成功也为三星手机处理器逐渐在用户心中树立良好口碑奠定了基础。

让三星手机一举成名的蜂鸟处理器。

如果说早期苹果iPhone的成功让三星的手机处理器进入了公众视野，那么随后其推出的蜂鸟系列处理器才真正让三星的手机处理器声名大噪，在业内广受好评。

2009年高通在业内率先推出1GHz主频的QSD8250处理器后，手机处理器行业的竞争已经开始白热化。到了2009年底，三星在S5PC100的基础上正式推出了代号为蜂鸟的S5PC110处理器，也就是后来大家所熟知的蜂鸟处理器。

三星S5PC110(Exynos 3110)处理器架构图

这款同样基于Cortex-A8核心架构的三星S5PC110处理器，在架构上进行了深度优化，不仅采用了当时业界最先进的45nm制程工艺，还将集成的一级缓存提升至64KB(包括32KB指令缓存和32KB数据缓存)，二级缓存提升至512KB，最多可支持512MB DDR2内存，并将核心主频提升至1GHz。

图形处理器方面，三星S5PC110搭载了当时手机上最强大的PowerVR SGX540 GPU，像素填充率是之前PowerVR SGX535的两倍，达到每秒5亿。文章性能方面，三星S5PC110还拥有独立的PowerVR VXD370硬件解码文章子系统。配合GPU上的DSP模块，可以轻松实现H.264、VC-1、MPEG4-4等多格式720P文章的编解码，最高可达1080P。同时，其包含的HDMI1.3接口也支持文章输出到其他显示设备。

正是因为基于Cortex-A8内核架构的深度优化，三星S5PC110处理器的性能得到了充分的展现，这也让它成为了当时所有Cortex-A8内核架构中最强大的处理器，被誉为“单核之王”。三星推出的GALAXY S系列首款产品I9000(网购最低价1999.0元)凭借S5PC110的强劲性能，搭载该处理器后迅速得到用户认可。该机上市当年销量轻松突破1000万台，为GALAXY S家族产品的成功奠定了坚实的用户基础。

此外，相比其他手机处理器厂商，三星不仅拥有自主研发手机处理器的核心技术，还拥有自主生产手机处理器的技术实力，因此无需像高通等厂商那样寻求TSMC等第三方代工厂进行生产。

I9000，为三星GALAXY S系列产品打响了品牌。

除了三星I9000之外，三星S5PC110处理器还用于谷歌Nexus S、三星Wave S8500、三星GALAXY Tab(P1000)等明星产品中。当然，魅族M9(最低网购价1499.0元)也搭载了这款三星处理器。即使是后期苹果iPhone4上安装的A4处理器，也是基于这种三星S5PC110处理器架构进行深度定制和优化，主要是简化不必要的元器件，将二级缓存升级到640KB，从而降低功耗，提升A4处理器的性能。

苹果iPhone4上的A4处理器基于蜂鸟处理器架构进行了深度优化。

虽然苹果和三星这两大电子巨头在全球上演了不同的专利官司，互相指责。但不可否认的是，至少在手机处理器方面，两家公司一直保持着一种外界难以捉摸的微妙合作关系。

很多用户可能也会发现，三星早期的处理器型号都是数字和字母混在一起，很难记住。为了更好的推广三星自主处理器品牌，2011年2月，三星正式将自主处理器品牌命名为Exynos。由于这款蜂鸟S5PC110在三星处理器家族中有着不可替代的历史地位，三星后来将其“追”为Exynos 3110。

猎户座处理器在双核时代继续奋斗

随着行业竞争的加剧，手机处理器的性能有了很大的提升，尤其是2010年初Nvidia在CES大会上发布的全球首款双核处理器芯片Tegra2，直接将手机处理器的竞争拉进了双核时代。

继英伟达之后，包括高通和TI在内的竞争对手已经实现了双核手机处理器的量产，其中TI推出的高通MSM8x60系列和OMAP4430/4460是最受关注的产品。与之前三大巨头的积极表现不同，三星直到2010年9月才正式发布了自己的代号为Orion的双核处理器平台，也就是后来众所周知的Orion处理器，其首款产品Exynos 4210于2011年初正式量产。

性能强劲的三星Exynos 4210猎户座双核处理器

三星Exynos 4210作为最新的产品，在规格上也是最强大的。和其他同级别产品一样，三星Exynos 4210也是基于ARM授权的Cortex-A9内核架构开发。关于ARM的Cortex-A9内核架构和之前的Cortex-A8架构的性能差异，我们之前已经做了深入的分析，这里就不赘述了。总之，具有乱序执行能力的Cortex-A9内核架构在性能和功耗控制上有了很大的提升。

三星Exynos 4210猎户座双核处理器架构图

三星Exynos 4210处理器依然采用45nm制程工艺，拥有两个Cortex-A9处理核心，主频1.2GHz，相比同级别其他产品，优势在于内存和GPU。三星Exynos 4210是唯一支持DDR3内存和双通道的处理器，此外还拥有64KB一级缓存(32KB指令缓存和32KB数据缓存)和1M二级缓存，其对DDR2的支持达到了顶级LPDDR2 1066，6.4GB/s的内存带宽，最大限度地发挥了处理器的性能。

三星Exynos 4210猎户座双核处理器架构图

在图形处理方面，三星Exynos 4210搭载了ARM研发设计的Mali 400 MP多核GPU，集成了当时业界最先进的4核设计，能够提供出色的2-D和3-D加速性能，使其单核多边形输出速率达到30M/s，同时像素填充速率达到每秒1.1亿像素。在文章编解码方面，三星Exynos 4210也沿袭了一贯的优势，可以轻松实现包括H.264在内的各种文章格式的1080P编解码，此外，三星Exynos 4210还支持单通道WXGA和双通道WSVGA文章输出，支持HDMI v1.3a高清标准和1080P、30fps高清文章的拍摄功能。

三星Exynos 4210处理器集成的ARM Mail 400 GPU

正是因为三星Exynos 4210的强大性能，包括三星I9100(网购最低价格99999.0元)、三星Galaxy Tab 7.7、三星GALAXY Note在内的明星安卓产品上都搭载了这款处理器。当然，双核魅族MX也继续搭载这款处理器。

销量再创奇迹的三星I9100搭载Exynos 4210处理器。

双核Exynos 4210发热问题引人关注。

需要注意的是，虽然三星Exynos 4210本身性能很强大，但是随之而来的高功耗也是不小的问题。其中，三星Exynos 4210的芯片面积达到了118平方毫米，比其他竞争对手如Tegra2的49平方毫米和OMAP 4430的69平方毫米要大很多，这在无形中导致了芯片的发热量过大，这也是部分用户在长时间使用I9100等产品后会明显感觉到机身很烫的重要原因。

搭载三星Exynos 4410双核猎户座处理器的魅族MX

另外，三星Exynos 4210是首款搭载Mail400 GPU的处理器。虽然这款GPU的性能参数很强，但是由于初期市场份额较小，支持的特效也很少，游戏厂商并没有对这款GPU进行更多的优化，所以在游戏体验上还是存在一些兼容性问题。不过随着I9100、GALAXY Note等产品的大卖，大部分游戏已经开始针对它们进行优化，所以体验还是有保障的。

通过使用32纳米HKMG工艺，猎户座处理器的功耗得到了改善。

正是因为三星Exynos 4210功耗高、发热量大，三星在2011年9月推出了在Exynos 4210基础上的升级版Exynos 4212。与上一代产品相比，三星Exynos 4212最大的改进在于采用了更先进的32nm高k金属栅(HKMG)低功耗工艺。三星的32纳米HKMG工艺节点经过特别调整，提供了一个具有竞争力的前沿平台，与上一代产品相比，逻辑密度提高了一倍，功率水平降低了30%。

随后推出了工艺技术改进的Exynos 4212处理器。

虽然两者都是基于Cortex-A9内核架构，但是凭借更先进的工艺技术，三星Exynos 4210的最高核心频率提升到了1.5GHz，整体处理能力提升了25%。此外，新处理器集成了增强的Mail400 GPU，与上一代相比，整体性能可提升50%。通过新支持的HDMI1.4标准接口，可以实现70fps 3D(网购价格最低7659.0元)文章的输出。

需要注意的是，三星自研处理器一般都是自产自销(少量供应给其他厂商，比如魅族)，广泛应用于三星的高端智能手机或平板电脑中。

采用TI OMAP3630处理器的三星I9008L。

然而，随着三星智能手机和平板电脑在全球的销售，处理器产能供不应求，因此三星也会根据不同市场或运营商的定制需求，推出搭载其他厂商处理器的终端产品，包括搭载TI OMAP3630处理器的三星I9003/I9008L和搭载Tegra 2双核处理器的三星I9103。

四核猎户座帮助银河S3畅销全球。

2011年底，Nvidia再次保持了业界领先的更新速度，率先推出了全球首款四核手机处理器芯片Tegra3，紧接着HTC在2012年初的MWC发布会上正式推出搭载该处理器的HTC One X(网购最低价格为4199.0元)。作为目前手机行业最大的产品销售商，三星手机自然不会被忽视，其最新的四核处理器Exynos 4412也正式亮相。

三星现有Exynos系列产品的性能对比

虽然三星Exynos 4412的核心架构与之前双核时代的Exynos 4212/4210并无区别，但其最大的改进在于不仅增加了两个Cortex-A9处理核心，还采用了与Exynos 4212相同的32nm高K金属栅极(HK/MG)低功耗制造工艺。单核最高频率可达1.4GHz，支持双通道LPDDR 212。

另外，在图形处理方面，三星Exynos 4212虽然也搭载了ARM的Mail 400 MP GPU，但是运行频率从之前的266MHz提升到了400MHz，值得GPU整体性能提升50%左右。

ARM自主开发的各种GPU的性能比较

同时，更先进的工艺技术不仅可以大幅提升处理器的性能，还可以显著提升功耗控制。三星Exynos 4412相比上一代45nm制程工艺的双核Exynos 4210处理器，性能提升一倍，功耗节省20%。

为了更直观的体现三星Exynos 4412/4212/4210在性能和功耗控制上的差异，三星官方进行了文章演示。

三星Exynos 4412/4212/4210处理器的性能比较

从文章中可以清楚的看到，当Exynos 4210和Exynos 4212的GPU都运行在266MHz，Exynos 4210和Exynos 4212的CPU分别运行在1.2GHz和1.5GHz时，虽然Exynos 4212的CPU频率比Exynos 4210高25%左右，但是，结果显示，采用32nm HKMG工艺的Exynos 4212的功耗仍然在

Exynos 4210在1.2GHz的平均功耗在CPU满载时为1.6W，而Exynos 4212不到1W，而双核MX的CPU频率高达1.4GHz，可想而知CPU满载时很可能接近2W，是Exynos 4212的两倍。

这种差距在实际使用中会进一步拉大。四核Exynos 4412处理器的性能是双核Exynos 4210的两倍，但功耗只有80%左右，这意味着四核Exynos 4412不仅性能更好，功耗控制也更好，这将直接体现在手机的续航上。

此外，32nm HKMG工艺带来的功耗提升也体现在GPU上。当Exynos 4210的GPU频率维持在266MHz时，基于同样的GPU功耗，四核Exynos 4412可以使同样的GPU运行频率达到400MHz，从而提升50%的GPU性能。

总之，四核Exynos 4412可以说是双核Exynos 4210的完美工艺改进版。与已经量产的双核Exynos 4210处理器芯片相比，同等CPU性能下功耗可降低60%，同等功耗下GPU性能可提升80%左右。除了功耗上的区别，三星Exynos 4x12在硬件上还是有自己的优势的，比如引入了特殊的图像处理器来提高手机的拍照质量。此外，Exynos 4x12的HDMI接口也从1.3升级到了1.4，从而支持3D文章输出，解码器也加强了对3D文章解码的支持。

从这个角度来看，三星之前推出的Exynos 4412处理器的地位有些尴尬。或许是英伟达Tegra3四核处理器芯片的快速上市打乱了三星处理器的产品布局，迫使三星首先量产后续的四核Exynos 4412，实现有效竞争。

三星Exynos 4412四核猎户座处理器帮助S3畅销。

凭借四核Exynos 4412处理器所展现出的强大性能和出色的功耗控制，搭载该处理器的GALAXY S3在上市后短短几个月内全球销量突破1000万台，足以证明三星Exynos 4412处理器的强大。

与首款Nvidia Tegra3四核处理器芯片相比，三星Exynos 4412优势明显。这主要体现在工艺技术和内存标准上。因为三星Exynos 4412采用32nm HKMG工艺技术，比采用40nm工艺技术的Tegra 3更先进，直接导致在达到同样性能的同时，功耗控制更好。

另外，三星Exynos 4412支持双通道LPDDR2 1066内存，而Tegra3只支持单通道LPDDR2 1066内存，这也在一定程度上影响了Tegra 3的整体性能。这也是很多媒体测试中，搭载Tegra 3的HTC One X在各项跑分上会低于搭载Exynos 4412的GALAXY S3的重要原因。

或许目前只有基于高通28nm制程工艺的骁龙S4系列处理器能与三星Exynos 4412抗衡。然而，由于高通S4处理器的产能有限，目前市场上搭载该处理器的产品仍然很少。稍后我们将为您带来这两款处理器的详细性能对比。

新的Cortex-A15内核架构猎户座休眠攻击。

随着ARM新的功耗更低、性能更强的Cortex-A15内核架构的发布，手机处理器厂商将开始新的竞争。目前已经有几家主流厂商公布了基于Cortex-A15架构的产品布局，三星作为后来者自然也跟风了。2011年12月，正式公布了其基于Cortex-A15内核架构的Exynos 5系列处理器平台，这是即将上市的全新猎户座处理器。

Cortex-A15内核架构，功耗更低，性能更好

从现有的资料来看，下一代Exynos 5处理器不仅会继续使用32nm HKMG工艺，还会拥有两颗主频为2GHz的Cortex-A15核心架构处理器。同时，Exynos 5的64位内存控制器可以提供12.8Gbyte/S的带宽，支持1600MHZ的高频，还将支持DDR3L。

三星Exynos 5系列处理器即将上市。

GPU方面，Exynos 5处理器将Mali T604 GPU与ARM自主研发设计的下一代“Midgard”架构集成。GPU采用创新的“Tri-pipe”三管设计，内核数量最多可配置为4核。此外，它还提供了完整的64位浮点运算功能，以及基于OpenCL 1.1/1等通用标准API的支持。2、 OpenVG 1。1、 OpenGL ES 1.1/2.0，尤其是对DirectX的新支持为桌面和移动设备之间的3D通信搭建了桥梁，大大提高了GPU的游戏体验兼容性，并且

比上一代性能提升5倍的ARM Mail T604 GPU。

由于这一系列的处理器产品还处于研发阶段，所以三星官方并没有给出太多关于这款Exynos 5处理器的介绍，或许我们会在年底看到这款处理器的真面目。

总结

至此，本文大致介绍了三星手机处理器的整体发展及其产品的优势。虽然三星推出的手机处理器型号不多，但是每一款处理器的性能在同级别中都有明显的优势，包括单核时代的蜂鸟，双核四核时代的猎户座处理器，都给用户留下了深刻的印象。三星GALAXY S系列智能手机可以在短短几年内畅销全球6000万部。某种程度上，三星处理器起到了不可替代的作用。

三星logo在整个半导体行业，三星可谓是一个帝国。正如有网友所说，目前只有三星可以完全用自己的产品做一款手机。我们国产厂商如何才能在半导体行业占据一席之地？那取决于你的努力。