主题 : 深度整理:谷歌 Tensor 自研手机芯片规格分析,实际性能不尽如人意
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0 深度整理:谷歌 Tensor 自研手机芯片规格分析,实际性能不尽如人意

因为上一代用骁龙 765G 的骚操作,在大家心目当中,Google Pixel 系列算是断更一代。而 Pixel 6 系列就不同了,有 Google 自研 SoC——Google Tensor(Tensor 是张量的意思,名字就很 AI,很 ML)、追上时代的相机硬件,也有相对厚道的价格。

重回旗舰市场的计算摄影大佬,终于肯用现代的 CMOS 了!机圈立即奔走相告,直到国外用户拿到真机,Anandtech 放出 Google Tensor 的测试成绩和分析……
在不改变 Anandtech 原意的情况下,我们对这颗如此重要和有趣的 SoC 的内容进行整理和编译,原文 https://www.anandtech.com/print/17032/tensor-soc-performance-efficiency
全自研还是魔改(半定制)?
Google 表示 Google Tensor 是迈向新型工作负载探索之旅的起点,现有芯片方案无法实现他们说的目标。凭借多年来的机器学习研究经验,Google 把 Tensor 做成一款以机器学习作为差异化的 SoC,据说其让 Pixel 能实现很多独特的新功能。
关于 Google Tensor 的第一个争议是,它是全自研?还是魔改(半定制)?这里主要看你对“自研”的定义,Google 和三星看似密切的合作,模糊了传统的自研和半定制之间的界限。
在 Google 内部,Google Tensor 代号是 GS101,可能是 Google SoC 或 Google Silicon 的意思。而之前爆料说的 Whitechapel(白教堂),还没有任何证据表明其是真实存在的芯片。

而 Google Tensor 基本遵循三星 Exynos 的命名规则,其 ID 是“0x09845000”,拆解后能看到丝印是 S5P9845(编者:原文发布之初,认为 ID 对应 S5E9845,但经 TechInsights 拆解,确认是 S5P9845)。作为参考,三星 Exynos 2100 的 ID 是 S5E9840,Exynos 1080 是 S5E9815。
几年前就有报道说三星开始提供半定制的芯片服务,当时就有三星与思科、Google 的合作消息。ETNews 在 2020 年 8 月的文章中提到,三星会根据客户需求提供“定制”技术和功能,甚至从芯片设计阶段就开始提供。
三星不再是简单的芯片制造商,而是完全参与芯片设计,这都可以和 ASIC 设计服务相提并论了。但这是个很特殊的情况,毕竟三星不但有台积电那样的芯片代工业务,它也有自己的自研 SoC。
Google Tensor 和三星 Exynos 高度同源,除了大家常说的 CPU、GPU、NPU 等高级结构外,芯片中的基本结构很多都是同源的。虽然纸面上,三星、联发科、海思,甚至高通(只有 CPU 方面),用的都是 arm 的 Cortex CPU 和 Mali GPU 公版架构,但它们的底层架构还是非常不同的。
Google Tensor 使用的是三星 Exynos 的框架,不但有相同的时钟和电源管理架构,它们的存储控制器、外部接口的 PHY IP 等高级块,甚至连 ISP 和媒体编解码器等较大的 IP 功能块都很相似。有趣的是,Github 上已经有 GS101 的公开信息,可以 1:1 地比较它和 Exynos 的结构组成。
不过,虽然用了 Exynos 的基础模块和框架,但 SoC 的定义确实由 Google 控制,结构和  IP 块之间的连接设计上,Google Tensor 和三星 Exynos 都是不同的。
例如 Exynos 上,CPU 是用总线连起来的,而 Google Tensor 的 CPU 集群是被集成在一个更大的 CCI 里面。从外部看,可能是用了不同的总线设计,也可能是完全不同的 IP。另外,像内存控制器的连接方式,它们也是不太一样的。
性能规格分析
单看 CPU 就知道 Google Tensor  的特殊之处,2x X1 + 2x A76 + 4x A55,这个“2+2+4”结构在三星 Exynos 9820 和 Exynos 990 都出现过。但当今 Android 旗舰 SoC 中,1+3+4 才是绝对的主流。而且敢堆 2 颗 X1 的,仅 Google 一家。

理论上有两颗 X1 超大核,其 CPU 多核性能会比单颗 X1 的产品更强。而频率上,Google Tensor  的 X1 都是 2.8GHz,略低于骁龙 888 的 2.84GHz 和 Exynos 2100 的 2.91GHz。此外,Google 还和骁龙 888 一样给了 1MB L2 缓存,比 Exynos 2100 的 512KB 残血 X1 更猛。
大核(编者:你喜欢叫中核也行)这边,Google 选择了古老的 A76 架构,这是件很有争议性的事(2.25GHz,256KB 的 L2 缓存)。毕竟这并不合理,因为 A77 和 A78 的性能和能效比都更高。连 Anandtech 都没从 Google 那里得到明确的解释。
他们猜测可能是几年前设计芯片的时候,三星手上也没有更新的 IP 供 Google 选择。也可能是在超大核换成 X1 的时候,没有时间连大核也一起换了。但 Google 应该不是特意选用 A76 的,因为从下面的测试可以发现,A76 真的是跟不上时代了。
小核这边,4 个 1.8GHz 的 A55。Google 选择了 128KB 的 L2 缓存,而不是三星 Exynos 自己用的 64KB,这让这个 CPU 更像骁龙 888 了。但比较奇怪的是,Google 把集群的 L3 缓存频率和 A55 绑定,这会导致延迟和功耗问题。另外,这也和 Exynos 2100 的 L3 频率是不同的。
Google Tensor  的 GPU 是 Mali- G78 MP20,规模仅次于麒麟 9000 的 G78 MP24(编者:G78 的极限)。大家最开始以为 Google 会用低点的频率来提升能效比。但结果 Google 竟然把着色器频率推到 845MHz,把 tiler 和 L2 频率推到 996MHz,简直癫狂。另外,它也是第一个用上 G78 分离频率特性的产品。
作为参考,Exynos 2100 的 G78 MP14 也“只是”854MHz,后者的峰值功耗已经很高了。结果 Google 增加 42% 的核心,却依然维持高频。因此它的峰值性能很让人期待,但峰值功耗也会很猛。而内存控制器似乎和 Exynos 2100 相同,支持 4x16bit 的 LPDDR5,理论带宽 51.2 GB/s。
它也用了 8MB 的系统缓存,但还不清楚是否用了和三星 Exynos 2100 一样的  IP,因为它们的架构和行为方式都不太一样。Google 大量使用 SLC 来提升 SoC 性能(包括他们自己的定制模块)。这个 SLC 允许自分区,将 SRAM 专门分给 SoC 上特定的 IP 块,使它们在不同用例下,能对全部或部分缓存进行独占访问。
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了解一下,看看,谢谢楼主分享。
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