深度解析Intel Medfield手机平台的可怕潜力

　　导读：本届CES展会正式开幕第一天，Intel终于正式放出了Medfield平台智能手机/平板电脑比较详细的指标，与此同时硬件网站Anandtech与Hothardware也第一时间放出了自己掌握的资料（看来是早已签好NDA协议的），本文即为两者汇总，全面整理目前Medfield平台及其智能手机产品的一切。

　　

　　“终结者”降临

　　它来了——Intel的首个智能手机SoC处理器，预计在2012年结束以前用户们在市场上就可买到相应的产品。整个平台的命名我们早已得知——Medfield，Intel CEO保罗·欧德宁在CES大会第一天也宣布了该公司两家智能手机合作伙伴：联想和摩托罗拉。

　　作为Intel首个真正的移动SoC处理器，Medfield平台的核心是代号为”Penwell”的SoC芯片，而前一代的Moorestown平台要实现相同功能需要双芯片方案。

　　Penwell核心架构图

　　Penwell SoC处理器采用PoP（Package on Package）即堆叠的方式实现，整个芯片面积约12*12mm。Intel目前还没有透露具体细节，不过Anandtech和Hothardware被允许对没有集成DRAM的Penwell样品进行拍照。更多内容：

　　Penwell样品

　　Penwell样品和其余两个芯片，即上一代Moorestown（Lincroft和Langley，一个是CPU，一个是“主板芯片组”）的比较

　　从图上可以估算，真正的Penwell die size大约在62mm左右，比Tegra 2大但小于Tegra 3和苹果的A5，后面更深层次的分析将会进一步解释原因。

　　Intel在CES上只发布了Medfield平台的一个版本产品：Atom Z2460，集成单个Atom核心与512KB L2缓存，Power VR SGX 540 GPU和双通道LPDDR2内存控制器。看上去是不是比Tegra 3的4个Cortex-A9和苹果A5/OMAP 5的PowerVR SGX 543/544MP2还要差？至于实际性能还是让我们是骡子是马拉出来遛遛吧。

　　以下测试中除三星Galaxy Nexus运行Android 4.0 Ice Cream Sandwich，苹果iPhone 4S运行iOS 5以外，其余设备操作系统均为Android 2.3 Gingerbread：

　　SunSpider Javascript Benchmark 0.9.1测试

　　尽管运行的是Android 2.3 Gingerbread的自带浏览器，Intel Medfield智能机的SunSpider测试性能仍然超过之前所有的手机，包括Galaxy Nexus。Intel还承诺Medfield的性能在Android 4.0 ICS中还会上升。

　　BrowserMark测试

　　在BrowserMark测试中Medfield平台取得了平板级别的分数，手机中最接近的只有运行Ice Cream Sandwich的Galaxy Nexus。Intel预计在相同的操作系统中Medfield将比其他任何SoC都快。

　　Anandtech的站长向Intel提问为何SunSpider和BrowserMark在浏览器性能测试中有这么大的性能优势，特别是此前在Android中通常换SoC的性能提升并没有升级操作系统版本来得大。Intel的回复指出了许多因素，但最主要的一个原因是ARM架构Cortex-A9的执行核心虽然性能不错，但其更多受限于内存界面、带宽等。

　　由于Atom的L2缓存比起ARM架构的SoC具有更高的命中率，所以内存控制器的带宽实际效果远比Cortex-A9的好，这也是为什么Cortex-A9的SoC理论内存带宽性能远比实际测试好看的原因。预计这一情况只有到了Cortex-A15才能得到改变，在它上市之前Medfield仍然对ARM架构具有较大的性能优势。

　　GPU性能测试

　　由于采用的是和ARM架构相同的PowerVR核心，并且型号也只是中高端的SGX540。Medfield的图形性能自然中规中矩：

　　Medfield的3D性能比TI OMAP 4460稍好。同是PowerVR SGX540，Medfield的GPU核心频率为400MHz，而多数OMAP4设备的GPU频率为300MHz。

　　功耗测试

　　对于移动设备来说不谈功耗的性能没有什么意义。不过对于Intel来说，Medfield这次在功耗方面的竞争力似乎也不弱。Intel在CES展台利用Medfield公版设备运行了一些测试，数据大概为：待机功耗为20mW左右，拨打3G呼叫时约750mW，3G上网浏览时功耗约1W。Intel提供的与三星Galaxy S II/苹果iPhone 4S的功耗数据对比表格如下：

　　

Intel提供的功耗对比数据（典型显示亮度）
	待机（3G）	通话（3G）	上网浏览（3G）	720p视频回放
苹果iPhone 4S	约38mW	约800mW	约1.3W	约500mW
Intel Medfield	约18mW	约700mW	约1.0W	约850mW
三星Galaxy S II	约19mW	约675mW	约1.2W	约650mW

　　看上去对于联想和摩托罗拉移动来说，Intel的Medfield应该是个好产品，目前这两家厂商已经签署了多年的合作协议。虽然理论计算性能如Benchmark Pi方面，Fudzilla网站的数据显示联想K800工程试作机的性能为743ms，比Tegra 2（LG Optimus 2X）的550ms要慢，但一方面Benchmark Pi软件已经比较古老，也有可能是联想定制版系统核心的原因。预计联想将在中国大陆市场于第二季度首发Medfield智能手机K800。

　　Intel在智能手机方面所需要的，只是一个开始。

　　Medfield平台：CPU分析

　　Medfield为Intel整个平台的代号，而SoC名称为Penwell，其中集成的CPU核心名称为Saltwell。实际上Saltwell和普通Atom所用的Bonnell核心并无太大不同，只是在性能/功耗比的策略上做出了部分调整。

　　Anandtech站长称，其实五年以来Atom的架构一直没有真正改动过。现在的Atom仍然是一个dual-issue，非乱序执行（in-order）并支持超线程技术的架构。整数运算流水线有16级，远比Cortex-A9的要多。采用长流水线设计，增加缓存延迟是为了使Atom的功耗更容易降低。Intel在Atom架构上运用的设计思路类似于Nehalem的2：1比例，即CPU加入的每个新特性在使功耗提高1%的同时至少要使性能提升2%。

　　

　　Intel Atom核心模块示意图

　　在Atom里不具有单独的整数乘法/除法单元，它们的功能将由浮点部分硬件来完成。Intel重复设计了部分资源如寄存器、指令序列等来实现对超线程的支持，不过没有增加更多的执行硬件从而提高了效率。这种策略还是取得了一定成功，毕竟单核心、超线程的Atom性能仍然要好于双核心的Cortex-A9。

　　

　　ARM Cortex-A9核心模块示意图

　　A9拥有一个整数乘法单元（和一个ALU共享），不过浮点方面只有一个FP/NEON模块。从更高层级上来看其实Cortex-A9和Atom属于一个层次的东西，只不过在细节方面Atom底层架构的一些改变使得Intel拥有领先优势。

　　ARM Cortex-A15核心模块示意图

　　不过来到Cortex-A15时代，Intel可能就会遇到一些麻烦了。A15拥有更现代化的设计，乱序执行指令宽度也要远大于A9。所以如果双核心的Cortex-A15将Medfield的性能踩在脚下不算稀奇。而高通的Snapdragon S4核心Krait比起A9更接近于A15，并且上市日期比典型的A15更近。所以Medfield可能会比想像中更快失去对ARM的性能优势，这个时间估计是2-3个季度。

　　Saltwell的增强特性

　　尽管Saltwell Atom核心表面上看只有512KB L2缓存，其实还有另外256KB藏在某个地方，隐藏的缓存采用低压低功耗版SRAM，拥有自己的电压调整策略。ULP SRAM的用途是为了当CPU进入深度休眠状态时存储CPU状态和L2缓存中的数据。

　　采用ULP SRAM的原因也很简单：Intel的架构允许核心电压最多降至ULP SRAM的Vmin，使用ULP SRAM可确保Atom的核心功耗降到最低状态，其核心电压甚至低于L2缓存。不过这种策略也有缺点——会增大核心面积，但由于Medfield是基于Intel的32nm LP制程工艺并且向22nm的过渡很快就会到来，这方面对于Intel也是个小case。

　　前面提到过单核心Penwell的die size要大于Tegra 2，从这里就能看出die size不仅仅取决于CPU核心本身。此外还有一些架构上的微调使得Saltwell比之前的Atom更适合移动平台应用。

　　频率和加速

　　Medfield核心的六种状态

　　Medfield的CPU核心支持多种不同的执行频率和电源管理模式。最低功耗状态为C6，此时核心和L2缓存均处于关闭状态，总功耗近似于0。这种技术已经不算新鲜，Intel在台式机——2008年发布的Nehalem和笔记本——2010年的Arrandale上已经引入了类似的技术。

　　当CPU唤醒并运行一些任务时，核心频率将以100MHz为单位逐渐上升，最终提升至1.6GHz。不过1.6GHz的最高频率状态类似于Sandy Bridge的Turbo Boost，不会维持很久。正常运行的最高频率为1.3GHz，但也正如桌面/笔记本的睿频一样，峰值频率超过1.3GHz也是常有的事。

　　各种状态/频率下的功耗数值也比较有竞争力：

　　

Medfield各种频率下的功耗比较
	100MHz	600MHz	1. 3GHz	1. 6GHz
SoC功耗	约50mW	约175mW	约500mW	约750mW

　　由于多数基于ARM架构的SoC满载状态下的功耗也小于1W，从这点上来看Medfield和它的竞争对手起码在CPU部分是站在同一起跑线甚至更靠前的。但值得注意的是目前的ARM Cortex-A9架构CPU的运行频率多数小于1.5GHz，因此可通过”Turbo Boost”加速至1.6GHz的Medfield在性能方面明显占有优势。

　　Medfield平台：GPU分析

　　Medfield采用的PowerVR SGX540其实和TI的OMAP 4460中的一模一样，但频率提高至400MHz。

　　实际上，Medfield采用性能不算最高端的PowerVR SGX540用意在于尽早进入市场亮相并抢占份额。Intel已经计划在今年底之前推出Medfield的22nm工艺继任者，届时将采用和苹果A5一样的PowerVR SGX543MP2。

　　视频编/解码支持

　　Intel表示采用了Imagination Technologies的两个IP模块：VDX385和VDE285提供对1080p视频的解码/编码的支持。Intel称Medfield支持硬件加速解码1080p@30fps H.264 High Profile视频流，最大支持的码率为50Mbps；不过Intel演示采用的视频流码率只有20Mbps@High Profile。

　　而Medfield的ISP模块由Intel控股的Silicon Hive公司提供。ISP模块提供对500万像素至1600万像素主摄像头的支持，而公版采用的设计是800万像素摄像头，支持15fps速度摄像。

　　制程工艺

　　Intel自家的制程几年之前就分成了两部分，提供低功耗（LP）和高性能（HP）两种工艺，路线图大概是这样：45nm HP—32nm HP—45nm LP—22nm HP—32nm LP。Intel计划今年开始加快LP制程发展速度，同步推出同一级别制程的HP和LP版。

　　目前我们看到的Medfield基于Intel 32nm LP制程工艺，Intel提供的具体细节只有漏电率是45nm最成熟漏电率的十分之一。和Moorestown对比，Medfield在相同总功耗级别上可降低43%动态功耗或提高37%运行频率。

　　Intel 32nm LP工艺的最大竞争对手就是台积电的28nm制程，高通、NVIDIA预计均将使用台积电28nm工艺打造下一代SoC。目前还不清楚并且很难去比较不同制程的不同架构，但工艺方面信谁不如信Intel——比起和4x nm级别对比，Intel 32nm LP制程和台积电的28nm LP工艺是一个水平线上的东西。

　　不过很重要的一点是，Intel给人的感觉是在可能时很愿意牺牲晶体管的密度来保障低功耗特性。虽然Intel的SoC产品在市面上很可能不是die size最小的一个，但在移动设备中SoC的竞争优势和die size大小真没什么关系，君不见苹果接近120平方毫米的A5以及小不了多少的三星Exynos 4210大行其道么。

　　路线图

　　尽管Medfield已拥有很强竞争力的性能数据，但目前它在市场上的竞争对手均已经上市一年左右，已经老了……而下两个季度高通的Snapdragon最新一代S4将强势挺进市场，基于S4的智能手机和平板电脑也将出货，带来比Cortex-A15稍弱一点的性能级别。

　　目前Medfield基于单个Atom核心和PowerVR SGX540 GPU，使用Intel 32nm LP制程。在年底之前我们有望见到基于双Atom和升级的图形核心如PowerVR SGX 543MP2等。此外，Intel还有可能发布一款面向更低端入门市场的SoC，以及从英飞凌（Infineon）那收购基带部门的成果——类似高通的全功能SoC，预计将于2013年正式上市。

　　这次有什么不同：Google力挺和不错的公版平台

　　几年之前，Intel就已经宣称要进入智能手机业界。但这么长的时间该公司连一个靠谱的合作伙伴或一台像样的原型机都没拿出来，更别提真正上市了。不过这次一切都不一样，最大的改变？那就是专注、认真的态度以及选对了战友——Google。

　　Intel此前与诺基亚合作开发自己的操作系统的计划最终还是失败了（MeeGo），虽然当时也曾经想过支持Android操作系统，但更加偏重的还是MeeGo，不过这一举动却使NVIDIA坚定不移地加入了Android阵营。而现在，Intel在普通市场走上了和NVIDIA相同的道路。

　　去年9月份举行的IDF开发者大会上，Intel和Google宣布结成合作伙伴关系，从Android 2.3 Gingerbread开始未来将对每个版本都提供Intel x86架构的支持。目前Intel已经参与到Android开源计划（AOSP）中来，可以访问Android核心源代码（Gingerbread、Honeycomb和Ice Cream Sandwich）。Intel的用意是给x86架构带来更加稳定的Android操作系统），不过巨无霸参与软件开发其实对于ARM平台也有一些好处。

　　Intel新整合的移动部门也相当给力：在Mike Bell（前苹果和Palm雇员）带领下，Intel发布了一款看起来设计相当棒的Medfield手机公版设计。这款公版样机最早在去年的IDF上亮相。和板卡领域类似的是，公版手机只要设计好，会使品牌厂商只需要做很小的改动甚至是换个标签就能直接上市开卖。

　　同时Intel CEO欧德宁也给予了Mike Bell相当的权限，使他可以使用任意Intel的资源，以从全世界招募最好的工程师打造出最好的团队，再加上续航改进后的平台，Mike的团队给市场带来的不仅仅是Medfield，还是首个基于Atom的智能手机。

　　Intel公版Medfield智能手机整合有自家的XMM 6260 HSPA+ MODEM。Intel称对于LTE的支持也正在进行当中。

　　而WiFi的解决方案来源于TI的1283主控，因为Intel的无线技术团队给出的方案功耗不够低，不适合在智能手机中工作。不过Intel内部已经重新组建团队以完成超低功耗WiFi方案的研发。

　　

　　和iPhone 4S进行对比

　　运行ICS的Intel Medfield公版智能手机

　　实际上的手感远不如看起来厚重

　　屏幕的分辨率相对有点非主流——为1024*600，支持通过HDMI接口输出1080p@30fps或1080i@60fps的视频流。

　　目前，联想的K800就是首个基于Intel公版平台的修改版成品机。就像多年以前的主板市场一样，Intel已经设立了多个实验室，帮助客户进行手机的测试等工作，以确保基于公版修改而来的产品也有着最佳的使用体验。同时不少厂商在软件开发上的短处也可通过和Intel合作来得到弥补，并减少整体的研发时间。

　　此外，Anandtech站长还向Intel提问是否有计划将公版平台解锁版直接向终端用户出售。对于这一点，Intel目前的说法仍然是不会。看来Intel对于厂商的态度仍然是拉拢而不是自己去竞争。

　　与ARM的兼容性：二进制转换

　　和苹果从PowerPC转投x86阵营一样，Intel发现自己在把Atom带向Android的过程中处在一个困难的位置。Android系统本身并不是最大的问题，并且今后新版本均会同步发布x86和ARM版。最大的问题是程序/应用的兼容性。

　　目前Android NDK的开发指南中已经提供对ARM和x86两种架构的支持，因此新开发的应用以及目前应用市场的一线产品应该不用担心对x86的兼容性。那其他的呢？

　　一般情况下，所有Android应用都在虚拟机中运行，处理器的架构不对其产生影响。同时应用调用的Android库也没有什么ARM的原生代码，对兼容性不构成影响。存在兼容性问题的是那些调用ARM原生库/代码的应用，多为3D游戏。

　　Intel预计整个市场上的75% Android应用与ARM原生代码无关。其他25%或多或少存在问题。解决方案呢？答案是二进制转换。

　　Intel没有说明这种解决方案的更多细节，应该是通过拦截ARM原生库然后在执行前将ARM代码转换成x86代码。Intel预计这种方法在发布时可以解决约90%应用程序的兼容性。当然，通过二进制转换来解决兼容性问题肯定比运行原生代码要慢。尽管Intel已经对Android使用体验做了很多优化，我们还是要等到成品上市时看看实际使用效果才能下定论，抑或是像目前一样指望应用开发团队推出各种数据包。

　　总结

　　Intel最终做到了，在谈论了进军移动市场将近5年之后，Intel推出了Medfield平台公版智能手机，证明了该公司谈论的方案是可能的。在未来预计Intel还将继续增加厂商合作伙伴等壮大x86-Android的阵营。虽然目前离联想K800的上市时间还有几个月，离摩托罗拉推出成品要更久，不过有总比没有好。

　　Intel的合作伙伴也不会受什么拖累：Medfield平台很快，即使它只有单核心也比目前市场上的绝大多数ARM-Cortex A9 SoC要快，虽然GPU不如苹果的A5等，但预计年底双核心改进版Medfield的推出将会扭转这一局面，也给同期上市的Cortex-A15等带来更多的压力。

　　虽然没有自己亲身参与测试，不过至少从Intel提供的数据中可以看出，Medfield平台智能手机的功耗并不构成问题。

　　现在可以说说这张图里面对比对象都是什么了，据Anandtech站长透露，它们分别是iPhone 4S,Galaxy S II,Droid RAZR和Optimus 2x以及Galaxy Nexus。

　　Medfield和Atom Z2460是一个很好的开始，Intel也终于有一个有竞争力的移动SoC可直接提供给市场和合作伙伴，Medfield的开发团队也终于可以松一口气。接下来，让我们来看看今年的12个月中还会发生什么有意思的事情吧……

　　转载自  Wpdang

http://www.leiphone.com/intel-platform.html