托起SuperPhone Tegra 2超级芯片全解析

Cortex-A8的处理器流水线级数为13级，Cortex-A9则保留了双执行管线设计，也可以乱序执行指令，但级数回落到8级。众所周知，处理器流水线级数的增加给产品工作频率的提升提供了充足空间。不过，带来的问题也是相当明显——处理器一旦发生分支预测失败或者缓存不能命中的话， 那么所带来的迟延也是致命的。流水线的缩短对于Cortex-A9来说优势之一在于单一时钟周期内处理的数据量更多。Tegra 2内部运行的Cortex-A9运行在1GHz的频率上，可提供2500 DMIPS的性能，相比之下，主频为1GHz的Cortex-A8只能提供2000 DMIPS的处理能力。而短流水线对Cortex-A9来说优势之二则更为重要，8级流水线设计有着较13级流水线更为出色的功耗表现，而且一旦出现分支预测失败情况，所带来的性能下降幅度和功耗损失都不如13级流水线显著。需要说明的是，以上仅仅是单颗Cortex-A9核心的性能增幅。英伟达采用40nm制程工艺之后，一颗SoC芯片多出来的晶体管空间足够放下2个Cortex-A9核心，我们也就不难理解为何Tegra 2的性能如此强劲了。

手机也能玩《虚幻3》—图形处理部分

手机应用的不断升级使其对性能的要求越来越高，如何在性能和功耗上取得完美的平衡呢？正如前文讲的那样，多核心是个不错的选择，将多颗独立的处理器整合到芯片中，处理任务时只启用必须的几个处理器，例如播放高清视频时就启用高清解码处理器、浏览图片是就启用图形处理器，而其他处理器则以极低的功耗待机。同时，复杂的网页和越来越华丽的3D游戏向手机提出了更高的要求，偷菜、牧场已经让手机倍感吃力，而《Dungeon Defender》、《Modern Combat 2》、《N.O.V.A》对硬件性能要求很高，Flash加速、动态光影、多边形生成……这些任务都不是仅靠CPU就可以完成的，所以给手机配备第二颗心脏—GPU显得越来越重要。

Tegra 2的GPU与上一代Tegra的GPU架构相似，都支持OpenGL ES 2.0技术，但性能是上一代的2至3倍，且拥有更高的内存带宽和更高的时钟频率。Tegra 2拥有每秒7100万三角形的生成能力。这是怎样的一个水平呢？举例来说，苹果A4处理器使用的是显示核心为Power VR SGX 535，这颗芯片的三角形生成能力仅为2800万。Tegra 2的峰值填充率与Z缓冲过滤可以达到1200万像素/秒。同时，它还具备高级可编程的像素着色引擎。Tegra 2还采用了可编程的顶点和光照引擎，支持CSAA覆盖采样抗锯齿能力。GPU的纹理分辨率支持4K×4K和2K×2K像素。具备高级2D和矢量引擎。高可以实现1680×1050分辨率的输出，具备24bit真彩色。此外，它也支持并行TTL显示器和大120MHz像素时钟智能显示。它支持HDMI 1.3规范，支持1080p输出，支持数字音频支持VGA或者LVDS，以及各种包括1080p在内的高清格式。

Tegra 2的游戏表现到底如何？英伟达技术人员在Tegra 2技术说明会上进行了演示，用一台基于Tegra 2芯片的平板运行《虚幻3》，在1024×600的分辨率下实现了每秒40帧以上，画面切换十分流畅。不仅如此，Tegra 2对于游戏画质的提升比游戏速度的改善更令人兴奋。在英伟达的官方技术文档中，提供了三组Tegra 2与iPad的游戏画质对比数据。在《Fruit Ninja THD》游戏中，iPad的水果图案边缘有明显锯齿，且表面几乎没有任何纹理和光影效果。得益于多达8倍的几何图形数量，Tegra 2的图案边缘十分光滑，你还能看到逼真的着色与光影效果。再来看看《Backbreaker HD》，Tegra 2的游戏画面中渲染的内容更多，镜头光晕更具动感，且球场的纹理更清晰，动态光影效果非常逼真。

《Fruit Ninja THD》游戏画质对比(左为iPad，右为Tegra 2)

轻松搞定1080p——视频编/解码部分

视频编/ 解码方面始终是英伟达产品的强项之一。Tegra 2内部对于高清视频信号分别交由两个部分处理，一个负责高清视频编码，另一个负责高清视频解码。在上一代Tegra中，为手机设计的APX 2500/2600并没有包含高清视频编码部分，只有在高端的CSX650才有，但仅能实现720p H.264规格的视频编码。与之相对比的是，Tegra 2能够完成1080p H.264格式的视频编码工作。这意味着在采用Tegra 2芯片的智能手机和平板上，用户能够以720p或1080p规格进行高清摄像，甚至随时随地进行高清视频通话或视频会议。

高清视频解码部分在所有Tegra型号中都有，只不过能力不一。比如APX 2500/2600、CSX 600高支持720p H.264解码，Tegra 2则可以实现高达每秒10帧的1080P H.264加速能力。值得一提的是，英伟达结合了部分硬件线路设计，而不是像高通那样采用DSP来解码。相比之下，前者不仅效率高、占用芯片面积小，而且更为省电。事实上，Tegra 2在解码1080p高清视频时功耗仅为100mW，其它同类产品由于主芯片也参与了部分解码工作，所以整体功耗飙升至1000mW左右。

从Optimus 2X以及Atrix 4G的测试不难得知，Tegra 2的视频解码流畅播放，而iPhone 4所采用的苹果A4仅支持720p H.264解码。尽管三星声称他们提供的Cortex-A8芯片可以支持1080p分辨率。但事实上iPhone 3GS，其解码芯片只能提供480P分辨率的H.264解码。正因为如此，采用Tegra 2芯片的5英寸平板可以连续播放接近12小时的1080p高清视频，而采用Snapdragon或Atom芯片的同类产品播放1080p高清视频均宣告失败。

向数码相机看齐——影像处理部分

Tegra 2的影像处理芯片和传统意义上的GPU不是一回事，大家可千万别误会。这块芯片是负责处理平板或智能手机的静态、动态拍照功能。它支持高达1200万像素的图像传感器，支持自动白平衡、自动对焦和一般视频处理等数码相机常用功能。无论是静态图像还是动态图像，Tegra 2的影像处理芯片都支持，并且可以将这些信息输出到下一个重要的处理单元——Tegra 2的2D/3D图形处理芯片。

一副媲美iPod的好嗓音——音频部分

这里不得不提到一家专门为音频播放器提供SoC的公司——PortalPlayer，主要负责半导体设计与固件开发。其中，PortalPlayer 5002音频芯片被用于第1代、第2代以及第3代iPod，PortalPlayer 5020音频芯片则用于第4代iPod、第1代iPod mini以及艾利和H10系列等产品。英伟达于2007年收购了PortalPlayer公司，后者为前者贡献了许多良策，使之可以更好的构建SoC芯片，并提供更优秀的音频解码器。比如说，Tegra 2中所集成的音频芯片正是出自PortalPlayer之手。英伟达官方宣称，这款音频解码芯片在解码MP3格式音频的时候功耗不超过10mW。之前采用第一代Tegra的微软Zune HD播放器可以实现33小时的MP3播放，而采用Tegra 2芯片的5英寸平板可以连续播放MP3达140小时。