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手机芯片带宽性能的影响因素有哪些,优化测试方向方法详解

? 2018年01月26日 12:32 ? 次阅读

心博天下娱乐平台 www.syycw.cn 手机的带宽吞吐性能是影响手机总体性能的一个重要指标,目前几乎所有第三方的手机评测软件都有对这一项指标的单独测试。但这些测试基本上都存在一些问题,并不能全面真实地反映手机的带宽吞吐性能。文章从硬件的角度深入分析了CPU、Cache、DDR等模块的实现方式对带宽测试软件的影响,并结合最常用的ARM系列CPU做了对比,最后提出了新的带宽吞吐性能评价方式。

0引言

随着智能手机的快速普及,2015年全球的出货量已达14亿台。这其中大半部分都是Android系统的手机,它们的核心操作系统基本一样,但硬件平台就各有不同了。对手机硬件性能的评测成为了业界以及用户所关注的重点。相应的,第三方的手机测评软件就应运而生了。这些测评软件往往将纷繁复杂的各项硬件性能转化为一个个清晰明了的数字,让消费者以最直观的方式了解一部手机的性能水平。由于其使用的简便性和直观性,不光是手机的最终消费者经常使用它作为手机选择的参考,不少方案厂商也利用这些测评软件作为手机芯片选择的依据。

现代的手机主控芯片都是多核系统,运算能力越来越强,但内存性能却提升有限。因此内存性能往往成为系统性能的瓶颈,对内存带宽吞吐性能的测试也显得尤为重要。本文将分析目前带宽性能测试软件的一些局限性,结合硬件设计探讨影响带宽性能测试的因素,最后提出对带宽性能测试优化的方向。

1 CPU测试带宽的局限性

手机的主控芯片是个复杂的SoC(System on Chip),有多个主设备可以访问DDR(内存),DDR控制器的复杂程度也越来越高,它可以协调均衡各个主设备的访问。但除了CPU,其他的主设备第三方用户是不方便直接用软件来控制的,如视频编解码模块,这些模块都需要专门的驱动程序来控制,而驱动程序都是由硬件厂商提供,第三方用户不了解其中的细节。因此一般是利用统计CPU访问DDR的速度来评估芯片总的带宽吞吐性能。这就带来一个问题,可能CPU全速运行测试程序所需要的带宽也达不到DDR能提供的理论带宽,这时带宽吞吐性能受限于CPU发读写命令的能力,而不是受限于DDR。

例如,以ARM cortexA9 CPU做仿真实验,在CPU访存接口上挂一个理想的32位DDR模型(有访问请求立即响应,没有延时),CPU频率为1 008 MHz时,测得数据拷贝带宽为2 140 MB/s。而手机上一般会配置540 MHz 32位DDR,能提供的理论带宽为4 320 MB/s,已经远超cortex-A9的带宽吞吐能力了,这种情况下带宽性能测试得到的只是CPU的访存性能,而不是DDR的总体带宽性能。

2 Cache对带宽吞吐测试的影响

现在的带宽吞吐性能评测软件都是利用统计CPU访问DDR的速度来评估芯片总的带宽吞吐性能,这就需要考虑CPU Cache的影响。

为了加快访问数据的速度,现代多核处理器通常包含私有缓存(L1 Cache)和末级共享缓存(L2 Cache)[3]。L1 Cache大小通常有几十KB,L2 Cache通常有数百KB到几MB。CPU对数据的访问都会经过Cache再到DDR。不同的Cache行为实现会导致CPU对DDR访问量的巨大差异。

目前手机主控芯片几乎都是采用ARM Cortex系列的CPU,下面就以ARM cortex系列最常用的CPU(A5,A7,A9,A53)来分析不同的Cache配置对CPU访存性能的影响。

2.1对连续地址的写操作

不同方法测试手机芯片带宽性能的影响以及优化测试方向

CPU对连续地址的写入速度是反映带宽性能的重要指标,软件上对应memset操作,用C语言描述如下:

int *dst;

for(int i=0;i

*dst= value

实际上由于Cache的存在,数值并不是直接写到DDR中。对于ARM cortexA5和cortexA9 CPU,这一过程如图1所示。

L1 data Cache一般都配置为write back + write allocate。但ARM对所有系列CPU的L1 Cache都做了优化:检测到连续地址3次Cache line的write操作,即自动切换为write through + write no allocate。所以可以看到在图中L1 data Cache只有前3个Cache line(0x1000000~0x1000040)的数据从DDR中读取出来了,后面的数据就直接写入L2 Cache了。

CortexA5和cortexA9的L2 Cache 依然是write back+write allocate。但没有类似于L1 Cache那样的自动切换到write through + write no allocate的机制。所以每次从L1 data Cache有数据写到L2 Cache,都应该从DDR中读取相应地址的一个Cache line大小的数据分配到L2 Cache中,再对这个分配好的Cache line做写操作。但实际上由于L1 data Cache每次对L2 Cache的写操作都是一个Cache line的大小,即整个Cache line都被重写了,因此也不用关心DDR中对应这个Cache line地址的数据是什么了。这里L2 Cache就直接分配了一个Cache line来存放L1 data Cache写过来的数据,没有再去读DDR。

ARM cortexA7和cortexA53的情况又有所不同,如图2。

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在手机芯片领域,我们的目光都聚焦在了大芯片(应用处理器,简称APU或AP)身上,由于竞争日趋激烈,不...

发表于 2016-08-03 16:38 ? 530次阅读
手机芯片竞争延伸到应用处理器之外会怎么样?

博通等多家手机芯片巨头集体退出的背后原因竟是这样...

博通、英伟达以及Marvell等芯片巨头几经挣扎,最终选择了退出。到目前为止,全球拥有手机基带的厂商...

发表于 2016-08-03 14:24 ? 4295次阅读
博通等多家手机芯片巨头集体退出的背后原因竟是这样...

联发科发展物联网/VR摆脱对手机芯片依赖

在手机业务发展遭遇瓶颈的情况下,物联网、VR等新领域成为了业务增长的突破口。近期联发科便宣布计划未来...

发表于 2016-07-11 10:00 ? 273次阅读
联发科发展物联网/VR摆脱对手机芯片依赖

智能手机芯片10纳米已成下一波竞争焦点

先进工艺正在成为智能手机芯片厂商比拼自身实力的阵地,只要能够挤入门槛的玩家都在不断推出采用最先进工艺...

发表于 2016-06-11 07:44 ? 754次阅读
智能手机芯片10纳米已成下一波竞争焦点

大陆资本若入侵联发科 台湾IC设计恐垮一半

联发科不仅是全球第三大IC设计公司,也是台湾IC设计业龙头。从营收来看,联发科占台湾IC设计产值近四...

发表于 2016-06-06 10:12 ? 509次阅读
大陆资本若入侵联发科 台湾IC设计恐垮一半

英特尔不做手机芯片,转战何处?

英特尔宣布停止对代号为Broxton(主要面向高端)和SoFIA(主要面向低端)两款主要针对智能手机...

发表于 2016-06-02 14:02 ? 297次阅读
英特尔不做手机芯片,转战何处?

王翔:小米已具备做手机芯片的能力

近来四处寻找合作伙伴的微软又一次示好中国,微软公司全球CEO萨提亚纳德拉昨日亲自站台在京举行的开发者...

发表于 2016-06-02 09:34 ? 417次阅读
王翔:小米已具备做手机芯片的能力

联发科停牌重大消息待公布:与英特尔/展讯有关?

台湾IC设计龙头联发科昨日宣布,因为有重大讯息待公布,经证交所同意之后,该公司股票将自今日起暂停交易...

发表于 2016-05-13 08:53 ? 623次阅读
联发科停牌重大消息待公布:与英特尔/展讯有关?

从芯片存储发展看编程器的技术革新

每年都有新手机发布,大家都在追逐更高的手机性能,除了主CPU频率高以外,还需要关注GPU,同时RAM...

发表于 2016-04-07 14:56 ? 444次阅读
从芯片存储发展看编程器的技术革新

竞争加剧 高通联发科营运有压

智慧手机芯片片市场竞争加剧,高通预期第2季业绩恐将滑落,法人也预估,联发科今年第1季营收将季减约9....

发表于 2016-01-29 08:17 ? 188次阅读
竞争加剧 高通联发科营运有压

示波器带宽你真的理解吗?

当示波器用户选择示波器进行关键的测量时,示波器的主要参数指标往往是选择哪一款示波器的唯一标准。由于大...

发表于 2016-01-28 09:24 ? 11652次阅读
示波器带宽你真的理解吗?

示波器使用者会遇到的的常见问题

示波器是目前工作台上必不可少的工具,这里整理了六条基于示波器使用者的常见问题,来解决实验室研究人员的...

发表于 2016-01-20 09:44 ? 815次阅读
示波器使用者会遇到的的常见问题

中兴自主迅龙2代,商用规模破400万

谈到手机芯片,我们都知道有Qualcomm(美国高通公司)、三星、联发科、展讯,华为海思近两年也名声...

发表于 2016-01-20 08:29 ? 1425次阅读
中兴自主迅龙2代,商用规模破400万

4G芯片需求增大 联发科抢料跟高通拚了

今年4G手机需求仍将带动功率放大器(PA)、表面声波滤波器(SAW filter)等RF元件需求大增...

发表于 2016-01-15 07:58 ? 279次阅读
4G芯片需求增大 联发科抢料跟高通拚了

联发科市值 九天蒸发856亿新台币

在沉重的毛利率和获利压力下,亚洲手机晶片龙头联发科(2454)昨(14)日盘中一度失守200元大关,...

发表于 2016-01-15 07:55 ? 984次阅读
联发科市值 九天蒸发856亿新台币

示波器探头使用时应注意的这些问题!

示波器是我们电子专业相关人士做实验以及做项目用得比较多的仪器,下面给大家简单的介绍示波器探头使用时注...

发表于 2016-01-14 10:09 ? 3016次阅读
示波器探头使用时应注意的这些问题!

盘点手机芯片行业未来发展趋势与格局

2014年随着博通、英伟达退出,Marvell日趋式微,手机芯片市场从群雄混战忽然变成了高通、联发科...

发表于 2016-01-12 08:22 ? 1098次阅读
盘点手机芯片行业未来发展趋势与格局

高通大陆市场重开大门 两岸手机芯片厂再陷苦战

 大陆2015年重罚高通(Qualcomm),并要求高通与大陆智能型手机业者重签专利授权协议,目前包...

发表于 2016-01-08 08:27 ? 281次阅读
高通大陆市场重开大门 两岸手机芯片厂再陷苦战

联发科:一定会取得5G手机芯片专利

随着2015年即将告一段落,台湾芯片设计龙头联发科也于今日举办媒体茶叙,畅谈今年的成绩表现与明年展望...

发表于 2015-12-30 08:34 ? 2900次阅读
联发科:一定会取得5G手机芯片专利

高通、联发科芯片价格将上演陷焦土战

联发科今年全年4G芯片出货量超过1.5亿套,虽然ASP提升,但因市场价格压力沉重,使得3G转进4G后...

发表于 2015-12-29 08:04 ? 295次阅读
高通、联发科芯片价格将上演陷焦土战

联发科手机芯片今年恐陷入攻守失据

尽管联发科依然雄霸全球3G智能型手机芯片市场,然近年来大陆IC设计产业势力快速崛起,加上大 陆政府频...

发表于 2015-12-25 08:20 ? 299次阅读
联发科手机芯片今年恐陷入攻守失据

国产手机厂商为何坚持自研芯片?

2015年的芯片市场,竞争热度不亚于智能手机市场:高通被反垄断调查、联发科冲击高端市场、紫光强势收购...

发表于 2015-12-25 08:16 ? 484次阅读
国产手机厂商为何坚持自研芯片?

欧盟指控高通垄断手机芯片 或对其罚款

欧盟委员会今日得出的结论是,高通可能非法向一主要客户提供了资金激励,以确保该客户使用高通的独家芯片。

发表于 2015-12-09 08:26 ? 208次阅读
欧盟指控高通垄断手机芯片 或对其罚款