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新聞資訊

    入手了SONY Xperia Z5 Premium,其CPU采用了爭(fa)議(re)較大的驍龍(Snapdragon )810,那就借此機會談談關于桌面CPU和移動CPU的一些東西吧。從小就比較喜歡數碼比較多,買了很多這方面的書和雜志,但是對于絕大多數數碼設備的核心CPU詳細的一些技術參數也只是淺嘗輒止未嘗深究。上大學以后,關注數碼動態不多了,反而更加想去了解之前不怎么探究的微觀參數了。好吧,我也不是科班出身,只是憑著愛好不斷地追尋和了解,所以下文只是個人的一些看法與總結,多多交流多多批評!

    忽然覺得自己這點知識儲備居然要論述這么大的一個問題,還是有點頭痛啊。我們電力系統分析老師在課上有句話我感覺說的特別好,「你要給別人一滴水,首先你要有一桶水」。那么在下面我主要是以學習筆記的形式來展現吧,希望能和大家共同探討,共同提高!發現錯誤請一定要指出!

    一 CPU的架構

    1.1什么是CPU的架構(Microarchitecture)?

    1.1.1 微架構

    80286的架

    CPU的設計是一個系統工程,通常可以分為微結構(學術界喜歡把micro-architecture翻譯成“微結構”,傳媒上多見“微架構”)、電路,器件,工藝這幾大層面,每個層面內部都有很多細分方向,每個方向都有專家去研究,都有專門的工程團隊在做。看一下Wikipedia對微架構的定義

    在今日,管線資料路徑是微架構中最常被使用的資料路徑。這種作法也被普遍的用于微處理器,微控制器,以及數位訊號處理器。管線化的結構允許多個指令在同一時間執行,不同的指令在微架構不同的位置執行。管線分有好幾個不同的階段(stage),這些階段是微架構的基礎。這些階段包含擷取指令,指令解碼,執行指令,以及將資料寫回。一些結構還包含其他階段,像是對記憶體做存取的動作。管線是微架構其中一項主要的工作。執行單元也是微架構的基本元件。執行單元包含算術邏輯單元(ALU),浮點運算器(FPU),load/store單元,分支預測,以及SIMD。這些單元在處理器內進行計算。執行單元的數量,他們的latency(記憶體存取資料的時間)及throughput(將資料存到或是讀取出記憶體的速度)影響微架構的效能。

    有點不知所以對吧,那就用相對通俗的語言來介紹一下:CPU的架構就是指「接受和處理信號的方式」,也就是說,CPU就是一個工廠,不斷的接受到信號,并且處理(運算)這些信號,架構就是在工廠里如何布置那些機器,讓機器快速的能夠進行以上的那些工序。

    CPU的基本組成單元即為核心(core),而核心的實現方式即被稱為微架構。微架構的設計影響核心可以達到的最高頻率、核心在一定頻率下能執行的運算量、一定工藝水平下核心的能耗水平等等。

    1.1.2 微架構的發展歷程

    推動計算機性能提升的一個車輪是半導體的微型化,另一個車輪就是微架構的改進,使得單位時間內可執行的指令更多。

    1.1.2.1 微架構的發展之路

    微架構的發展歷史就是縮短程序運行時間的奮斗史。下面我們來走馬觀花的看看現代處理器是用的這些主要技術的發展史。

    流水線處理

    運算器高速化

    RISC和CISC

    超標量執行

    亂序執行

    分之預測

    緩存

    多核

    「流水線處理」就是用流水線方式執行指令,以提高指令的處理速度。計算機是進行計算的機器,擁有各種運算的單元,讓這些運算能告訴執行非常重要。

    x86等CISC(Complex Instruction Set Computer,復雜指令計算機)處理器的指令很復雜,很難采用流水線處理。而RISC(Reduced Instruction Set Computer,精簡指令集計算機)是容易進行流水線處理的簡單指令架構,以在小型硬件上高速運行為目標。可以認為,RISC是為了實現比CISC更優秀的微架構而重新設計的指令架構。

    將流水線處理進一步發展,設置多條流水線,并行處理多條指令,這就是「超標量執行」。但是,如果嚇一跳指令會用到當前指令的計算結果,這兩條結果就無法并行執行。因此,要改變程序中的指令順序,先執行能執行的指令,從而提高處理速度,這就是「亂序執行」。此外,遇到條件分支時,盡管不知道接下來要執行哪條指令,但可以進行預測,以提高執行速度,這就是「分支預測」。

    半導體的微型化(下一篇會介紹到)帶來了處理器的高速化,但是DRAM內存的主要開發經歷放在了如何增大內存容量上,速度提高比較緩慢。因此,處理器訪問內存就要花費很長時間,導致整體性能無法提高。而在處理器中設置小容量、高速度的存儲器,就能解決內存訪問時間過場的問題,這就是「高速緩存」技術。

    像這樣,人們實現了眾多處理器高速化技術,但實現這些機制需要大量的晶體管,耗電量也相應增大。為此,與其在每個處理器中嵌入越來越多的晶體管提升性能,還不如制作多個適當大小的處理器,這樣同樣的耗電量能夠獲得更高的性能,這就是這幾年來流行的「多核心」技術。

    1.1.2.2 指令架構

    指令架構規定了處理器執行指令的方式及執行結果的樣子等「處理器的行為」。指令架構只規定了處理器執行什么指令、執行結果如何,但沒有規定處理器內部的實現方式。相對于指令架構的,具體的內部硬件結構就是我們上面說的微架構啦。

    在程序運行方面,相同指令架構下可以運行相同的軟件,而不同的微架構表現的性能會不同。

    最早的電子計算機的速度大大超過機械式計算機,但是人們注意到,計算變快、處理時間縮短之后,人們在更換程序或鍵盤輸入時,計算機就無所事事了,十分浪費。因此,人們把程序像數據那樣加載到內存中運行。進一步,為了讓同一程序能在其他計算機上運行,人們設計了虛擬內存,能讓需要大量內存的程序的運行不受物理內存容量限制;確立了程序和硬件之間的接口——指令架構。

    所以說,生產CPU的廠家不斷的優化微架構,想不斷的提高運行的效率,也就是說指令容易快速地在管線內被擷取,解碼與執行,由于指令頻繁的被使用,快取便被頻繁的使用,這樣就使記憶體存取的時間降低。當然,架構的升級不一定就是完全是好的,比如今年高通公司采用了ARM公司的big.LITTLE架構,并且用在了其拳頭產品驍龍810上,可是……

    我們知道,在最新一級旗艦產品驍龍820已經放棄了 ARM 的官方架構,轉而去重新自主設計架構。(坑爹的big.LITTLE)

    不過在桌面端,Intel公司有一個著名的戰略叫做Tick-Tock,也就是分別在奇數年和偶數年來更新架構和工藝(制程),自從實行這個戰略以后,把老對手AMD甩出好幾條街,AMD也在自暴自棄,在農企的路上越走越遠……

    驍龍 820 集成新型 64 位定架構制 Kryo 。借助完全定制自主設計的 CPU,我們能夠更好地實施并優化異構計算架構 —— Qualcomm 中國

    如果挑選一款CPU的話,一定要看看他的架構,一般來說,架構越新相對來說是越好!

    1.2 移動端的架構?

    我們本可以大聲的喊出答案:ARM架構!

    但是,最近幾年強大的高通已經不滿足與ARM的公版架構,轉而自行設計微架構,同時,三星也傳出消息要設計自己的架構,有趣的是,高通公司的架構名稱為環蛇,在Exynos7420上大獲成功的三星針鋒相對,將下一代自行設計的微架構叫做貓鼬(Mongoose)(環蛇的天敵)。看得出來,三星在2015年將高通驍龍系列按在地上摩擦以后,腰桿變硬許多,胸前的紅領巾更加鮮艷了……

    不過現在大多數廠商的處理器芯片還是用著ARM架構的CPU,三星、TI、高通、Nvidia等等。也就是說微架構的研發也是IT產業技術含量最高的領域之一。

    話又說回來,即便是有些公司采用了自己的微架構,但是在根本上,還是采用了ARM的架構。為什么這么說呢?

    可能說到這,還沒有對ARM進行介紹,也許有些對數碼不太感冒的同學已經迷茫了,別急,現在就來引入和介紹ARM公司與ARM架構。ARM有好幾個概念,分別是:

    ARM公司

    ARM是全球領先的半導體知識產權 (IP) 提供商。全世界超過95%的智能手機和平板電腦都采用ARM架構。ARM設計了大量高性價比、耗能低的RISC處理器、相關技術及軟件。ARM公司并不像INTEL那樣直接將芯片賣給消費者,ARM公司既不生產芯片也不銷售芯片,它只出售芯片技術授權:比如我們買了一款三星手機,他采用了三星自己開發的一個手機芯片,這個芯片內部包括了幾個部分組成,比如一個負責數據處理的“CPU”,一個負責圖形處的“GPU”等,那么,這個負責數據處理運算的“CPU”,正是來自ARM公司設計。

    ARM架構

    過去稱作進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine,更早稱作:Acorn RISC Machine),是一個32位精簡指令集(RISC)處理器架構,其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。由于節能的特點,ARM處理器非常適用于移動通訊領域,符合其主要設計目標為低耗電的特性。

    ARM微架構

    ARM公司研發的Cortex系列是現在大部分芯片所采用的微架構。

    ARM體系

    我更喜歡叫它指令集架構,目前典型的有ARMv5 ARMv6 ARMv7以及最新的64位ARM指令集ARMv8等等,這個類似于臺式機上的IA32、IA64,他是一個指令集,僅僅定義了機器指令,寄存器結構等等軟件開發者可以看到的最底層的東西,是軟硬件的接口。

    注意微架構與指令集是兩個概念:指令集是CPU選擇的語言,而微架構是具體的實現。

    補充關于指令集的知識:

    CPU執行計算任務時都需要遵從一定的規范,程序在被執行前都需要先翻譯為CPU可以理解的語言。這種規范或語言就是指令集(ISA,Instruction Set Architecture)。程序被按照某種指令集的規范翻譯為CPU可識別的底層代碼的過程叫做編譯(compile)。x86、ARM v8、MIPS都是指令集的代號。指令集可以被擴展,如x86增加64位支持就有了x86-64。廠商開發兼容某種指令集的CPU需要指令集專利持有者授權,典型例子如Intel授權AMD,使后者可以開發兼容x86指令集的CPU。

    目前市場上很多的CPU,比如水果6s上逆天的A9,三星s6e+上的Exynos 7420(big.LITTLE架構CortexA57+CortexA53),都是廠商兼容ARM指令集而自主研發的微架構,都可以成為是廠商自己研發的CPU。而相對于有些芯片廠商僅僅是在ARM購買微架構來組裝芯片就不能被稱作CPU研發企業的,比如之前的榮耀上的Kirin920、MX4Pro上的Exynos 5430等等。當然,在上面那個圖里也可見看到有為嵌入式設備設計的的Cortex-Mx系列,之前曾經用過的MK60就是基于Cortex-M0架構的一款CPU,繼而封裝成了一片MCU。

    1.3 栗子與展望2016

    在2015年,移動端CPU是不同尋常的一年。三星在高通的屋檐下待了N多年,今年終于憑借使用7420的s6和s6e打了一個翻身仗(功勞主要在下面要談到的工藝上,當然和微架構也不無關系),在2015Q3智能手機出貨量來看,三星名列第一,并且出貨量和市場占有率已經接近蘋果iPhone的兩倍。2016年三星的智能手機采用自主微架構(貓鼬)的64位芯片Exynos8890,性能及市場表現值得我們期待。

    而在2015年,三星在處理器端的老大哥 高通 的日子真的不好過,由于驍龍810散熱問題芯片賣不出去,還要面對驍龍810手機表現甚至不如去年的驍龍801和驍龍805手機的事實,又被中國政府找了麻煩交了罰款。所以2016年,習慣了作為智能手機市場執牛耳者的高通,必然會做出大動作,當然我們也已經知道了,驍龍820已經放棄了 ARM 的官方架構,轉而去重新自主設計架構Kyro。希望高通能通過驍龍820橫掃810帶來的陰霾,打一個漂亮的翻身仗吧,并且能給這個疲軟的市場一劑強心針。

    Kryo

    那么不禁就要問一問,到底是什么坑了高通的,讓我們來舉個栗子吧。

    關于big.LITTLE

    big.LITTLE架構

    Mr Big先生主要處理具有挑戰性的重任,Little小姐則負責小任務。我們這樣比喻,在大掃除的時候,男同學負責提水、抬桌子抬椅子,女同學負責掃地擦黑板。當手機不需要工作時,Big核心和LITTLE核心都可以停下來休息。

    基于big.LITTLE技術的八核處理器,并沒有將傳統內核放在單一的處理器上,而是一分為二,其中一個使用了4個“小核心”,另一個則使用了4個“大核心”,這兩個“核心”都有著自己獨立的速度和性能。通過兩大核心自主運行,搭載Big.little技術的處理器比之前的手機CPU更加高效,畢竟后者只有一個或者兩個內核。

    當需要用智能手機打開一個網頁時,手機就可以用一個大的內核來處理該任務,而小的內核則同時處理其他小任務,比如查看電子郵件、撥打電話等。

    ARM解釋道,big.LITTLE是一種節能省耗技術,最高性能的ARM CPU核心與最高效的ARM CPU核心相結合,可以以更低的功耗提供最好的工作性能,最快的處理任務速度。

    設想是美好的,可是……A53 的 TDP (設計熱功耗)要比 A57 低數倍不止,甚至在低頻模式下 A57 的功耗也要比 A53 高,這本來是個合作共贏的好事,不過高通給出的原因是由于采用的ARM Cortex A57核心架構出現了發熱問題,這就造成了一個怪現象 A53 性能不夠,而 A57 又太費電溫度太高。當然不是沒有解決辦法,對于 A57 這個耗電大戶ARM官方的建議是使用 big.LITTLE 大小核切換技術還有更低功耗的 FinFET 晶體管制程。

    「可是,可是,你看看人家三星同樣采用這套64位核心架構的Exynos 7420性能卻相對穩定呀!其中最重要的原因就是三星采用了自家最新的14nm工藝,而高通采用的而是20nm工藝(下面馬上就要講到工藝啦!)。」

    那么問題就來了,且不說 FinFET 根本上就沒幾個廠家用上,就 big.LITTLE 這個技術也有不小的問題。在切換大小核的時候甚至會出現毫秒級的延遲,這對手機的體驗甚至是致命的。

    不過就算是現在公認的最好采用 big.LITTLE 的 Exynos 7420 也沒有解決切換延遲問題,與驍龍801對比切換軟件明顯會有卡頓,而且四個 A57 同時工作的時候溫度很嚇人,驍龍810就是最大的受害者,一旦溫度上去就要降頻這就造成了驍龍810的性能嚴重下降。

    這不就印證了前面我們曾經談到的觀點嗎?「一般來說,架構越新相對來說是越好」。不過在2015年來看,ARM給出的這次公版架構,可是把高通搞得有點暈頭轉向。

    所以我現在手頭上用的Z5P,用著驍龍810,索尼也是拿出了黑科技來鎮壓。在驅動之家的Z5P評測上的標題是「鎮壓驍龍810 索尼Z5用上了雙熱管+硅脂」……

    Z5P的雙熱管 - 1

    Z5P的雙熱管 - 2

    1.4 當下的手機市場與總結

    Cortex A57性能固然強悍,可是高通卻沒有駕馭得了。在各個手機廠商搭載了這顆CPU的旗艦手機一個個相繼淪為暖手寶的時候,高通只能無奈的推出了驍龍808,也就是減少了兩個Cortex A57大核心采用6核方案緩解發熱問題。而在三星和高通的巔峰對決之外,MTK很聰明的用了8個Cortex-A53小核心推出自己的旗艦Helio X10繼續鞏固著自己的中低端市場份額,讓驍龍615銷量慘淡。Helio X10的穩定性好,性能夠用,這也是很多國內千元機市場的首選CPU。

    說到這,大家應該能夠感覺得到工藝和架構對于cpu的影響不亞于核心數和頻率了。再舉個栗子吧,如今主流手機CPU都是六核,八核,聯發科甚至開始研發十核了,為什么性能和桌面端CPU還是有一定的差距呢?沒錯,指令集不一樣,核心架構不一樣是最根本的原因。復雜指令系統(CISC)和X86、X64的微架構與手機完全不同。手機多核其實應該叫多CPU,將多個CPU芯片封裝起來處理不同的事情,就是大家所說的膠水核心,也就是被強行粘在一起的意思。在待機或者空閑的時候,八核的手機也只能用到一至兩個核心。而電腦則不同,桌面端的多核處理器是指在一個處理器上集成了多個運算核心,通過相互配合、相互協作可以處理同一件事情,是多個并行的個體封裝在了一起。用一句話概括,就是并行處理,雙核就是單車道變多車道。這不是說優劣的問題,而是定位的不一樣。手機CPU要功耗低、廉價。所以采用ARM架構的CPU,運算能力大大低于電腦CPU的運算能力,同等頻率CPU浮點運算能力相差在幾千到上萬倍。

    同時,還要強調一點,就是現在不能僅僅只看重手機CPU性能,更要看重手機的SoC,CPU、GPU、基帶、DSP等等都很重要,在這方面來說,三星已經逐步追趕上高通了。

    上面介紹了關于CPU性能兩個重要指標之一的架構,過了這么久,也應該把第二篇,關于CPU的工藝(制程)的相關內容補全,兩篇結合起來作為一篇「科普文」來供大家一起探討。

    其實在書寫這篇之前沒有什么思路,因為「工藝」這部分的專業性較強,應該屬于電子信息類的范疇,比如有個高大上的專業叫做「微電子學與固體電子學」就是專門研究VLSI(Very Large Scale Integration)的。我所學專業為電氣信息類(電氣工程及其自動化),更偏強電一些,只接觸一些必備的電子技術基礎(模擬部分與數字部分,當然只是很淺顯的進行了學習)。說來也巧,寒假時候買了一本書《電的旅程》,這本書詳細的介紹了電子、電力的發展過程,也給我一些啟發,看完這本書,對人類駕馭電子的歷史過程有了初步的認識。那好,不如趁熱打鐵,多看幾本關于處理器書來完整知識;不如現學現賣,再以學習筆記的形式記下所學所想。

    二、CPU的工藝

    首先開宗明義:無論是CPU還是GPU或是其他芯片,更優秀的工藝都是性能提高的重要條件。當一個芯片能借助新工藝容納更多的晶體管時,就能實現更多的功能和更強大的性能,同時也會有更低的功耗與發熱量。回憶上篇內容對于架構的知識,可以發現無論架構設計的再合理,缺少優秀工藝都難以發揮芯片的應有性能。反之,優秀的工藝卻能在很多時候彌補芯片設計上的不足。

    2.1 0與1

    我們知道,計算機特別笨,它只認識數字0和1,即我們所說的二進制:

    電子線路的電平是高狀態時表示 1

    電子線路的電平是低時狀態表示 0

    那我們在電路中也很方便表示,如果電路導通便稱之為1,電路斷開就為0。這些0和1不斷的組合,就成為了機器語言。而計算機進行運算,需要N多個開關組合起來,經過組合排列形成邏輯電路,這個邏輯電路越復雜,基本的線路越多,它可以實現的功能就越強大。因此,雖然計算機特別笨,只認識「0」與「1」,但是經過硬件上的排列和軟件上的設計,它就卻可以實現對人類來說很多繁重的計算任務了。

    了解了基本原理,那如何在電路上實現開關功能呢?我們先從熟知的ENIAC說起。

    2.1.1 ENIAC

    ENIAC

    ENIAC的全稱是Electronic Numerical Integrator And Calculator,即電子數字積分計算機,我們經常在IT基礎課上聽到他的名字,畢竟是世界上的第一臺計算機嘛。他體積不小,僅僅用了17468枚真空三極管,500多萬個焊點,重30噸,耗電量160kW,它在當時的計算能力也是令人咋舌,每秒可以進行500次計算!不過在現在的人看來,他的計算能力甚至不值一提,因為現在一臺平常家用計算機中的微處理器性能就能達到每秒100多億次運算,但是耗電量平均只有300W不到!也就是說,計算性能提升了200萬倍,耗電量下降到了1/500!

    從最初的電子計算機到現在僅僅用了60年的時間,到底是是什么讓性能的提升如此顯著?功勞最大的當然要數從真空管到晶體管再到VLSI的電路技術的進步,下面我們就要介紹,這令人驚嘆的電子時代!

    2.1.2 駕馭電子:從真空電子到固態電子再到……

    CPU的發展經歷了真空管、晶體管、IC和LSI(Large Scale Integration)、VLSI幾個時代。總體來說,CPU性能的不斷提升得益于人類對于駕馭電子能力的不斷進步,也是人類對材料科學、半導體技術方面研究越來越深入的實際表現。

    第一代:真空管(1957年以前)

    德福雷斯特與真空三極管

    時間回溯到20世紀初,弗萊明發明了二極管。沒過幾年,德福雷斯特在對二極管的研究基礎上,發明了真空三極管。真空三極管(triode)擁有用電子訊號控制“開關”的性能,極適合用于高速執行數字型的邏輯及算數運算,我們可以用真空三極管來控制電路的導通與斷開,繼而形成邏輯電路。具備了理論基礎和物質基礎,ENIAC的誕生也就是順理成章的啦。

    真空管是個抽成真空的玻璃管,陰極產生電子飛向施加了高電壓的陽極,并利用陰極和陽極之間設置的細網格狀電極控制電子的流量。電子管的開閉切換速度為微秒級。但是,真空管的陽極需要施加數百伏的高電壓,因此耗電量巨大,而且壽命也不是特別長。不過在當時,相較于之前的機械開關的什么巴比奇差分機,人們已經對這個小東西構成的計算機十分的「依賴」啦。

    第二代:晶體管(1958 - 1963年)

    第一個晶體管

    隨著駕馭電子能力的進一步增強,同時半導體技術也突飛猛進,科學家終于可以在固態電子方面大施拳腳了。在極富盛名的貝爾實驗室,三位偉大的科學家蕭克萊(William Shockley)、約翰·巴頓(John Bardeen)和沃特·布拉頓(Walter Brattain)在1947年發明了晶體管(Bipolar transistor)。相較于真空三極管,晶體管在體積、壽命、制作工藝上都有極大的優勢。由晶體管構成的計算機更小、更省電,同時運算速度也大幅度的提高。并且因為半導體材料相較于氣體來說,科學家更容易控制。隨著科學家對半導體研究的進一步深入,純度和工藝越來越好,晶體管的壽命與穩定性也越來越受到一些芯片廠商的青睞。

    第三代:集成電路(IC、LSI)(1964 - 1969年)

    世界第一個集成電路

    之前的電路還是分立元件構成,也就是在PCB(印刷電路板)把三極管、二極管焊接起來構成芯片。IC的發明卻依賴于來自中國的神秘力量,德州扒雞公司(大霧),其實是德州儀器(TI)公司的杰克·基爾比(Jack Kilby)啦,他在鍺半導體芯片上生成了三極管等多個元件,并在元件之間用細金屬連線連接,從而形成了集成電路。

    優勢是明顯的!之前由分立元件構成的100cm2印刷電路板,在集成電路上只需要1mm2的芯片就可以實現相同的功能。至此,LSI將芯片技術領進了一個新的時代,下面的VLSI與LSI的界限并沒有那么清晰,只是VLSI作為商家的噱頭來說,更加能吸引消費者吧!

    指尖上的IC

    第四代:大規模集成電路(1970年以后)

    固態電子的不斷發展,從晶體管的基礎上,人們又繼續研究出了FET(場效應晶體管,Field-Effect Transistor),與傳統的晶體管相比,控制方式由電流變成了電壓,在FET的柵極上加上合適的電壓,就可以控制電流。在FET中,一種叫做MOSFET(金屬-氧化物半導體場效應晶體管,Metal-Oxide-Semiconductor FET),MOSFET構造簡單,在一塊IC上的集成密度比三極管還要高,終于,經過四代的發展,「舊時王謝堂前燕」的IC通過VLSI工藝,可以飛入尋常百姓家了!

    1971年,Intel4004這個劃時代產品出現,它使用MOSFET集成電路技術,采用了10μm工藝,集成了2300個MOSFET,別看他這么小,和祖宗ENIAC的計算能力不相上下。25年,ENIAC從30噸越跑越小,最后搖身一變進到3mm*4mm的硅芯片中,功率甚至只有不到1W!

    2.1.3 兩個定律

    2.1.3.1 摩爾定律(Moore's Law)

    在越來越小的集成電路上放入越來越多晶體管是科學家們不斷追求的目標,Intel的創始人之一戈登·摩爾(GordonMoore)在1965年提出一個理論:當價格不變時,集成電路上可容納的晶體管數目,約每隔18個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。換言之,每一美元所能買到的電腦性能,將每隔18個月翻兩倍以上。

    如今摩爾定律已經過去50年了,集成電路的發展準確的沿著摩爾定律預測的那樣前進,不過,在未來幾年,摩爾定律有要失效的趨勢,為什么呢?我們先看下面這個定律。

    2.1.3.1 縮放定律(Dennard scaling)

    1974年,IBM公司被譽為內存之父的羅伯特·登納德(Robert Dennard)MOS晶體管的尺寸與運行速度 耗電量之間的關系,結果發現,如果將尺寸和電源電壓減半,MOS晶體管的切換速度將提高兩倍,耗電量則降至1/4。我們同時也可以發現,如果將尺寸減半,可以將半導體芯片的面積減至1/4,或者在同樣的面積下制造4倍的晶體管。

    2.1.4 一個問題

    了解了摩爾定律以后,我們或許會想到,芯片在以后會不會尺寸無限小但性能卻可以趕超天河二號了呢?恐怕沒那么簡單,我們看一個CMOS反相器。

    簡單分析一下原理,CMOS反相器在靜止時不會產生電流耗費能量,僅在切換狀態時就會有充放電電流,消耗能量為1/2CV2焦耳(C為寄生電容,V為核心電壓)。這些電能最后都成為了熱量需要散發出去,主頻越高,晶體管的數量越多,那么產生的熱量便越多,給處理器散熱的壓力也就越大。在45nm、32nm、22nm的工藝進化過程中,每次進化C值都會提高1.4倍左右,因此,假設每次進化,同樣芯片面積上的核心數加倍,而其他部分不變的話,耗電量就會每次進化增加1.4倍。對于高性能處理器,耗電量帶來的熱能限制了時鐘頻率的提高,對于移動設備而言,電池技術在沒有技術突破的現有條件下,耗電量較大顯然不是一個好消息。

    當工藝不斷進化,還有一個客觀事實不可以忽略,由縮放定律表明,C和F(頻率)增加必然導致V的降低,這才能抑制耗電量的上升。剛才我們談到CMOS數字電路在靜止狀態下不會消耗電能,而其實實際上即使在截止條件下,三極管也會有極其微弱的漏電流,從而緩慢的消耗電能。電源電壓減去閾值電壓小于一定程度時,這時候的漏電流已經無法忽視了。那我們就心生疑問了,這可怎么辦?難道之前提出的那個問題,摩爾定律還會延續他的神奇嗎?帶著問題,我們繼續往下看。

    2.2 沙子的逆襲

    上面一節都是關于工藝的前期準備知識,應該能初步了解計算機通過很多的晶體管構成的集成電路來完成工作的過程,也就是模擬電路器件構成數字電路,來完成預定的任務的過程。上一節都是對于模擬電路中科學家駕馭電子過程的介紹,下面我們具體到一塊CPU,看看不同的工藝,對CPU的性能究竟有什么影響。

    2.2.1 做個CPU吧

    如果問及CPU的原料是什么,大家都會輕而易舉的給出答案—是硅。這是不假,但硅又來自哪里呢?其實就是那些最不起眼的沙子。難以想象吧,價格昂貴,結構復雜,功能強大,充滿著神秘感的CPU竟然來自那根本一文不值的沙子。當然這中間必然要經歷一個復雜的制造過程才行。不過不是隨便抓一把沙子就可以做原料的,一定要精挑細選,從中提取出最最純凈的硅原料才行。試想一下,如果用那最最廉價而又儲量充足的原料做成CPU,那么成品的質量會怎樣,你還能用上像現在這樣高性能的處理器嗎?接下來的工序簡單帶過:對硅化學提純、整形、溶化硅原料,然后將液態硅注入大型高溫石英容器。為了達到高性能處理器的要求,整塊硅原料必須高度純凈,及單晶硅。然后從高溫容器中采用旋轉拉伸的方式將硅原料取出,此時一個圓柱體的硅錠就產生了。

    intel工廠的晶圓

    下一個步驟就是將這個圓柱體硅錠切片,切片越薄,用料越省,自然可以生產的處理器芯片就更多。切片還要鏡面精加工的處理來確保表面絕對光滑,之后檢查是否有扭曲或其它問題。這一步的質量檢驗尤為重要,它直接決定了成品CPU的質量。新的切片中要摻入一些物質而使之成為真正的半導體材料,而后在其上刻劃代表著各種邏輯功能的晶體管電路。準備工作的最后一道工序是在二氧化硅層上覆蓋一個感光層。

    2010年最先進的半導體最小尺寸到了22nm,要形成如此細微的線路,只能利用ArF(氟化氬)紫外線激光像銀鹽照相那樣再硅晶圓上進行刻制。ArF激光的波長位193nm,其半波長96.5nm就相當于筆尖。要用它刻出22nm的線路,就像用1mm的自動鉛筆繪制0.3的線一樣,幾乎是不可能的事。現在通過在鏡頭和硅晶圓之間充滿春水,將實際波長縮短到3/4左右,再加上各種其他技術,盡管能勉強達到要求,但已經是極限了。

    不斷的追求工藝進步,就能在相同的硅晶圓里面刻出更多的基本電路。

    如果想看CPU的制作過程,請看下面的鏈接!

    2.2.2 什么是CPU的工藝!

    首先說一下,這一部分我只是粗略的了解,大部分內容是源自參考書和知乎,如果想詳細了解,請查閱相關教材\參考書!

    2.2.2.1 什么是CPU的工藝?

    那么到底什么是工藝呢?我查了不少資料,可以總結如下:半導體制程指的是制造芯片的工廠在硅晶圓上可以制造出的MOSFET的最小溝道長度。制程越先進(即這個長度越小),說明這個工廠就擁有更先進的光刻設備來制造這么小的晶體管(晶體管是用光刻在硅晶圓上的)。也就是我們經常在前面說到的,長度越小,可以排布在芯片上的元器件就可以更多,綜合之前我們談到的知識(縮放定律),縮減元器件之間的距離之后,晶體管之間的電容也會更低,從而提升它們的開關頻率。

    CPU的截面圖

    當然,工藝越先進,意味著在硅晶圓可以放下更多的元器件。組件越小,同一片晶圓可切割出來的芯片就可以更多。即使更小的工藝需要更昂貴的設備,其投資成本也可以被更多的晶片所抵消。總結先進的工藝優點如下:

    性能提高(切換速度提高即主頻升高)

    單位晶體管的成本降低

    耗電量下降

    這三個優點對于芯片設計生產者和消費者來說,好處是顯而易見的。可是,工藝要進步,即便是有摩爾定律的加持,可在最近幾年也是困難重重,因為隨著工藝的提高,硅晶圓在光刻蝕的過程中,也漸漸的力不從心,比方說良品率下降這個最顯著的問題。

    2.2.2.2 什么是CPU的制程?

    制程

    CPU制程指的是MOS管實際制造結束時的柵級引線寬度,也就是柵級多晶硅的寬度。

    當然,實際中源極和漏極會有少量延伸到柵級下面,所以源極和漏極的實際分隔距離小于柵級寬度。這個有效分開距離被稱為有效溝道長度,對晶體管而言是最重要的參數。不過這個參數很難測量,所以一般直接用柵級引線寬度來比較不同的工藝。因此我們常常以閘極長度來代表半導體制程的進步程度,這就是所謂的“制程線寬”。閘極長度會隨制程技術的進步而變 小,從早期的 0.18μm、0.13μm,進步到 90nm、65nm、45nm、22nm,再到目前最新制程 10nm。

    隨著制程的進步,帶來了非常多的好處,同時,也會帶來很多問題。接下來就說說i3 i5 與 i7處理器和制程進步一些有趣的問題。(背景音樂響起,intel的等~等~等~等~~)

    2.2.3 i3 i5 與 i7

    打開京東,到CPU品類里發現,i3要賣700多,i7要賣2000多,咋差這么些錢呢?同一代的處理器,在工藝和架構上都差不多啊,有區別主要是在核心數、主頻、緩存大小上,好吧,差了這么多你說忍了,買,畢竟2000多就是壕好好,肯定比那i3高到不知道哪里去了!可是,如果我告訴你,其實,i3、i5其實都(曾經)是i7的話呢?你會不會去炸了intel的老窩呢?好吧,其實應該這么說:i3,i5只是閹割版的i7。

    未成品的處理器

    數字電路設計過程并生產之前,是不區分i7,i5或者i3的,只是光刻蝕的流程是不完美的,有可能某些該連著刻開了,很多該刻開的地方沒有刻開,導致每一個小器件體質難免有差異比如:第四個核心不能用;頻率升到3GHz 以后掛掉;比如它在緩存功能上有缺陷(這種缺陷足以導致絕大多數的CPU癱瘓)等等。這時候,扔掉太浪費!那該怎么版呢?合理的做法就是將“壞區”隔離起來,只用其中能用的地方,并鎖定在安全的頻率下工作,屏蔽掉一些緩存容量,降低了性能,當然也就降低了產品的售價。

    也有一種辦法,就是給處理器增加冗余塊。處理器增加了冗余塊,芯片面積會變成9/8倍,但整體面積會降到0.62倍,因此能節省38%的成本。

    所以說,700多的i3和2000多的i7其實是一個成本……不過,又說明個問題,體質好的人就是比體質差的的人要受歡迎啊:)

    2.3 展望未來

    蘋果A7芯片的截面圖

    1971年的第一片微處理器Intel 4004使用了大約2300個晶體管,而2010年的微處理器集成了大約幾億甚至十幾億個晶體管。40年中的VLSI中集成的元件數目增加了數十萬甚至上百萬倍。那以后呢?似乎半導體工藝已經進入了瓶頸,工藝的發展還會在高速公路上向前快速行駛嗎?

    2.3.1 一個答案

    正如摩爾定律預測的那樣,芯片工藝在不斷進步,同樣尺寸的芯片上塞入了越來越多的元件,可又受到縮放定律的限制,漏電流再也無法忽視了,這是由于CMOS的固有物理特性決定了,想要繼續沿著摩爾定律預測向前進的話,必須在半導體工藝上有所突破,就像前幾代那樣。那么,現在是什么支撐摩爾定律的呢?其中的一個答案就是使用FinFET封裝。

    FinFET的鰭片結構

    FinFET稱為鰭式場效晶體管(FinField-EffectTransistor;FinFET)是一種新的互補式金氧半導體(CMOS)晶體管。閘長已可小于25nm。該項技術的發明人是加州大學伯克利分校的胡正明教授。Fin是魚鰭的意思,FinFET命名根據晶體管的形狀與魚鰭的相似性。FinFET的架構中,閘門成類似魚鰭的叉狀3D架構,可于電路的兩側控制電路的接通與斷開。這種設計可以大幅改善電路控制并減少漏電流(leakage),也可以大幅縮短晶體管的閘長。

    FinFET - 1

    FinFET - 2

    FinFET - 3

    FinFET - 4

    FinFET實際上就是當時英特爾大力宣傳的“3D晶體管”,從技術角度來看,FinFET將原本扁平、薄而不可靠的漏極和源極之間的連接“豎立”起來,在另一個維度上變相增加了厚度(或者面積),使得晶體管在繼續縮小后還能夠有比較好的性能表現。在使用了FinFET后,原本比較令人煩惱的漏電電流得到了有效控制,同時還帶來了很多優秀特性,比如使用更低電壓即可驅動、晶體管可承受電流上限也更高等。

    采用FinFET封裝的目前可以繼續讓摩爾定律成功的預測下去,并且以后還有更多的辦法,但是不得不承認的是,現在工藝的提升已經沒有之前那樣的飛速了。

    2.3.2 Tick-Tock

    在上一篇我們談到了Intel公司著名的「Tick-Tock」戰略,也就是分別在奇數年和偶數年來更新架構和工藝。Intel大概是在十年前提出的,依靠這個已經領先競爭對手好幾代,不過現在,最近在公司文檔中廢止了“Tick-Tock”的芯片發展周期,從下一代10納米制程CPU開始,英特爾會采用“制程-架構-優化”(PAO)的三步走戰略。

    在發展到14nm制程時,Intel已經“力不從心”,最新一代架構Skylake的發布時間比預料晚半年。當進入10nm制程后,原本的芯片周期已經無法適應每年發布一代CPU,Intel必須延長每一代制程的生命周期,也就是說每一代制程將沿用3年,共發布3代CPU。10nm制程還將面臨芯片制造的難題,因為10nm僅僅相當于20個硅原子寬度。Intel在文檔中表示,優化芯片制程和架構將維持每年發布一代CPU的市場需求。

    不知道Intel到底是因為競爭對手不給力(AMD:我還會做PPT!),還是戰略有意為之,還是真的在工藝制程上出現了瓶頸,作為科技愛好者或者是消費者,也可以隱約的感到,相較于架構,工藝的「軍備競賽」已經逐漸降溫了。

    2.4 談談其他

    2.4.1 臺積電(TSMC)

    臺灣集成電路制造公司(TSMC,Taiwan Semiconductor Manufacturing Company),是臺灣一家半導體制造公司,成立于1987年,是全球第一家、以及最大的專業集成電路制造服務(晶圓代工)企業。寶島灣灣在20世紀80年代末期,由于傳統工業收到了嚴重的局限,在當時臺灣地區領導人蔣經國的指示下,臺灣要大力發展半導體工業,此時,TSMC就應運而生了。

    之前我們介紹了,很多芯片廠商通過對架構的改進,繪制與設計集成電路,而生產,需要交付給有能力生產的廠家去。臺積電專門性的對芯片設計顧客提供最佳生產制造服務,因為自己沒有產品,對所有顧客都沒有直接利益沖突。臺積電不需要設計市場上瞬息萬變的芯片產品,只要把精力集中在提供最先進的制造技術與服務上,以靜制動。打個比方,芯片設計者就像是書的作者,內容及表達技巧才是一本書的精華。而芯片生產商就是書籍印刷廠,只有將書稿發給印刷廠來印制,才能將想表達的東西實現。

    隨著摩爾定律的演變,晶體管越變越小,但硅晶圓則越來越大,每一片硅晶圓上可容納更多芯片,因為可降低每片芯片的成本。但是,掌握這個技術的公司并不多,我們現在了解的只有臺積電、三星、Intel等等,因為這個行業的前期投資非常大,只有良性循環的企業才能生存下來。

    所以之前有人提出,世界上其實只需要3家芯片廠和他們的產品就夠了:英特爾的微處理器、韓國三星的DRAM內存、以及臺積電的晶圓代工,來生產所有其他公司的設計。

    2.4.2 蘋果6s的處理器

    在蘋果6s發布會后,果粉和科技人士都高潮了,不僅是因為又可充值信仰了,而是因為6s并沒有和6長的沒什么不同!開玩笑的。

    在蘋果6s上搭配了最新的A9處理器,當時科技新聞標題如下:「iPhone 6S A9處理器稱霸全球!安卓集體崩潰」、「號稱秒80%桌面PC:蘋果A9系列達到桌面級」、「主流手機CPU跑分對比:蘋果A9單核默默全秒殺」。看起來一切悲壯,除了高通驍龍810不給力以外,只能贊嘆蘋果在處理器設計上的登峰造極了。

    不過當6s發售,消費者紛紛拿到最新的6s手機時,一個爭議出現了,好像分了兩個廠家代工6s啊,分別是三星和臺積電,按道理說制程差不多、架構一樣,好像在實際表現上差了很多呢?下面一起來看看。

    「A9臺積電完爆三星!iPhone 6S現大范圍退貨潮」,這是當時的標題,問題出在哪?

    iPhone 6S A9處理器上有兩個版本,一個是出自臺積電,而另外一個是三星,前者基于16nm制程,而后者則是14nm制程,由于工藝上的不同,導致它們性能、續航上有了不同。

    A9處理器的不同,讓iPhone 6S的表現也不一樣,如果性能上的差距還能忍受的話,那么續航上的不同,則是用戶最難受的,畢竟這是硬傷。

    不少國外網友紛紛在Reddit上曬出的自己的實測成績,即同樣設置、使用情況下,搭載臺積電A9的iPhone 6S續航要比三星A9長近兩個小時。

    A9 - 2

    2.4.3 安迪-比爾定律

    安迪是原英特爾公司 CEO 安迪·格魯夫(Andy Grove),比爾就是微軟的創始人比爾·蓋茨。在過去的二十年里,英特爾處理器的速度每十八個月翻一番,計算機內存和硬盤的容量以更快的速度在增長。但是,微軟的操作系統等應用軟件越來越慢,也越做越大。所以,現在的計算機雖然比十年前快了一百倍,運行軟件感覺上還是和以前差不多。而且,過去整個視窗操作系統不過十幾兆大小,現在要幾千兆,應用軟件也是如此。雖然新的軟件功能比以前的版本強了一些,但是,增加的功能絕對不是和它的大小成比例的。因此,一臺十年前的計算機能裝多少應用程序,現在的也不過裝這么多,雖然硬盤的容量增加了一千倍。更糟糕的是,用戶發現,如果不更新計算機,現在很多新的軟件就用不了,連上網也是個問題。而十年前買得起的車卻照樣可以跑。安迪-比爾定理,即比爾要拿走安迪所給的。

    What Andy gives, Bill takes away.

    我想大家肯定也有這樣的感覺,電腦越用越慢、手機越用越卡。這就是這定律最真實的體現咯。

    1997年安迪·格魯夫成為當年的時代人物

    2016年3月21日,安迪·格魯夫離我們而去了,R.I.P.

    2.4.4 量子力學

    不懂量子力學,只是引用一位網友的回復,拋磚引玉。

    單原子大小工藝?小編無知就不要瞎說。聽說過量子力學嗎?知道隧道效應嗎?幾納米下隧道效應已經夠明顯了,這種情況下,“1”有很大的概率變成“0”,晶體管就變得不穩定。這就是現在摩爾定律失靈的原因。以前18個月集成度翻一翻,現在呢?

    2.5 后記

    寫作的感覺只有一個就是,累。不斷的查資料,并且還要綜合、總結。蹲坑的時候在反復看,下課的時候在反復看,有時候有了靈感抓緊寫下來,還要不斷修改、不斷刪改,說來也搞笑,居然做夢也在寫寫寫。

    不過終于寫完了,覺得好輕松。在Deadline之前完成了,當作給自己的生日禮物吧!

    當然,寫的肯定還是漏洞百出,希望大家可以多多給予批評和意見!謝謝大家!

    2.6 一些感想

    計算機發展的如此快,最重要的就是芯片發展的速度遠遠的超過了其他方面的發展速度。而芯片之所以可以發展的這么快,硅谷發揮的作用功不可沒。不管是因為美國政府或者是軍方在這方面肯投資,更多的是美國給科學家創造了一個優良的環境,讓他們可以專心于自己的工作,如前文所說,發展的速度快也就是順理成章了。基礎物理、材料物理、材料科學、半導體科學等等等,需要社會有一個好的大環境來讓這些方面的科學家沉下心來專心于自己的研究方向,有時候我也在想,我們的貝爾實驗室會出現在哪里呢?我們的硅谷出現在哪里呢?又是一個問題,希望十年后、二十年后我可以再來寫一篇blog,給出一個答案。

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    者 | 老大哥 BigBrother(酷安)

    大概十天前,我寫了一篇名為《Samsung Tab S6 與 iPad Air3 橫向對比評測》的圖文,認真地對比了一下,安卓平板與 iPad 的差距究竟有沒有大部分人所認為的那么大,這里是傳送門 查看鏈接 ,感興趣的酷友可以去看一下,記不太清的酷友也可以去復習一下。

    那么本篇便是答應酷友們的咕咕咕這么久的《Samsung Tab S6 深度體驗報告》。

    PS: 剛開學事情比較多,所以耽擱了這么久,還請大家多多見諒。

    本篇圖文,我準備從影音、筆記、DeX 模式、軟件四個方面去詳細描述我的使用體驗。事先聲明,這些體驗主要來自本人的主觀感受,也是一些我本人比較在意的點。至于一些你很關心但我沒有提到的,歡迎在評論區留言,我會盡量為大家一一解答。事不宜遲,我們現在便開始吧。

    一、影音

    俗話說的好:“買前生產力,買后愛奇藝”,在我買 s6 之前,本人是十分鄙夷這句話的,滿腦子想的都是各種無紙化筆記啦、各種刷學習視頻啦,各種移動碼字啦等騷操作,然而現實確實,“愛奇藝” 真香!(開個玩笑,其實我買之前就是奔著“愛奇藝”去的)。但話說回來,即使是“愛奇藝”,我們也是有追求的去“愛奇藝”。那么我在這里就可以直接和大家去說結論了,s6 就是那塊最適合“愛奇藝” 的板子。對,就這么簡單,如果你只是因為質疑這塊板子的“愛奇藝”能力而在猶豫是否購買的話,那么你可以關掉酷安打開淘寶了。至于它有多適合“愛奇藝”,那還且聽我慢慢道來。

    優秀的視頻表現的決定性因素便是一款機子的屏幕素質。Galaxy Tab S6 采用 10.5 英寸 Super AMOLED 顯示屏(分辨率為 2560×1600),且 s6 是全球第一款獲得 HDR10 + 認證的平板電腦,在播放 HDR 影片時會有更加的顏色與細節表現。16:10 的屏幕比例,讓你觀看的視頻擁有更大的可視面積,至于三星自家機器上的屏幕素質那更是大家有口皆碑的,這里便不需要我這個外行去吹噓什么了。


    支持 HDR10+

    影音,影音,一為“影”,二為“音”。說完屏幕表現,接下來肯定便是聲音表現了。

    s6 采用的是 AKG 調音的四揚聲器。在用 s6 之前,我用的是果子家的年度真香平板 ——air 3。原來我覺得,用 air 3 開外音放音樂,只要聲音開大點,也挺好用的。后來,我用了 s6 放音樂,“來 左邊 給我一起畫個龍,在你右邊 畫一道彩虹”,跟著節奏一起 disco!總而言之,s6 的聲音表現十分出色。從 air 3 換到 s6 的感覺就像我第一次從手機附贈耳機換到森海塞爾的 HD 系列的感覺,十分震撼,至于視頻的聲音表現那就更不要說了。

    關于影音,在我看來還有一點極為影響使用體驗,那便是,機器本身的重量。我們試想一下,我們用平板看視頻最多的場景是什么?我不知道大家如何,反正我是經常地躺在床上看視頻。這么一來,重量就顯得尤為重要了。我曾經玩過一段時間的 iPad Pro,當我躺在床上,把 iPad Pro 架在胸口上時,可以感受到明顯的重量壓在你的胸口,雖不至于喘不過氣來,但也是十分不舒服的;Air 3 的話好一些,但時間久了也要換個姿勢;至于 s6,他的重量控制可視相當了得,10.5 英寸的板子,重量卻只有 420g,且重量分布也十分均衡。躺在床上看視頻的最佳機選。

    看著美背,信仰 AKG


    二、筆記

    在目前這個,不論是性能還是生產力平板都被筆記本電腦吊打的年代。用筆記筆記是平板為數不多的比筆記本強的地方了。目前,在手寫筆這一塊做的比較成功的分別是采用 wacom 技術的 Spen 電磁筆和蘋果家自研的 Apple Pencil 電容筆。

    Spen 與 Apple pencil

    從外形來看,Apple Pencil 比為平板設計的 spen 要長上不少,也重上不少。私以為,從手感來說,Apple Pencil 的手感要好一些。當然,這條僅限于我自己,因為我平時用的筆都比較重。至于書寫體驗,Spen 筆尖偏軟,Apple Pencil 筆尖很硬,從書寫感覺來說,Spen 更接近于在紙上書寫,而 Apple Pencil 更接近于用筷子在桌子上畫來畫去的感覺。

    spen 在三星筆記上書寫


    Apple Pencil 在蘋果備忘錄里書寫

    至于筆的功能,相信看了發布會的酷友們都知道,三星又搞了好多騷操作。什么隔空切歌了,隔空自拍了等等,讓人大眼一瞧就覺得華而不實。但其實三星在做 Spen 這么多年的時間里,還是積累了不少實用的小操作。下面便是一些我自認為比較實用的功能。

    動態信息

    這個東西著實讓人眼前一亮,非常適合用來撩妹。

    日歷

    直接在日歷上上勾勾畫畫,十分有感覺。

    當然,還有像錄屏寫字、自帶的 OCR、遙控 PPT、用筆點哪翻譯哪等好用小工具就不一而足了,還等著大家自己去發現。

    關于筆記的軟件,我放在最后軟件部分來說,但總的來看,雖然 Android 上的筆記軟件不如 iOS 上的多且質量高,但也足夠我們日常使用。而且安卓筆記軟件的一些小細節令我動容,就比如三星筆記,按著筆上的按鈕自動變為橡皮擦;Squid,用手指可以直接擦掉寫的字等等這些的確使記筆記變得更加簡單、簡練。

    三、DeX 模式

    關于 Samsung 的 DeX 模式,是被酷友們問的最多的問題,那自然我要好好體驗一番再給出答案。DeX 模式,通俗的講就是我們所說的電腦模式,就是把你的娛樂平板變的像生產力工具(電腦)一點。既然名為 DeX(電腦)模式,那便少不了鍵鼠的外部支持。為此,我特意買了一套白色的羅技 k380+pebble 鵝卵石(明知道用不了幾次,可是還是控制不住我的手),只為更加還原電腦的使用場景。

    本篇圖文,到此為止已經 2k 字了,而這些字全都是我在 s6 上用 k380 碼出來的。對,沒錯,我用 tab s6 寫了一篇最終估計要在 4k 字左右的圖文。單純從碼字角度來說,tab s6 與筆記本并無二樣。甚至于說,因為用 s6 放音樂比我的筆記本更為帶感,反而使我碼字的時候更有激情(誤)。

    碼字方面終究是外設的作用,換句話說,我即使不開 DeX 模式,也照樣可以碼字。所以我們可以看看 s6 為適配外設做了哪些努力。

    快捷鍵

    可以看出來,s6 的一部分快捷鍵組合和 Windows 上是一致的,比如那個十分著名的 ctrl+c 和 ctrl+v 復制粘貼組合。這極大地減小了我們的學習成本,甚至于說,正是因為這些類似于 Windows 上的快捷鍵組合使我在 s6 上體會到了一絲電腦的意味。

    可是,也僅限于此。

    我們就以輕度辦公為例,輕度辦公的底線可能便是 Word、Excel、PowerPoint 三件套了吧。就僅對于這三件套而言,平板上的都是殘血版的 office。甚至于說,這還是在我擁有 office365 教育版的加持下,否則只能更難用。Word 還好,就簡單的碼字來說沒什么問題。但比較復雜的 Excel 就完犢子了,比如最簡單的也是最常用的同時打開兩個 Excel 表格都無法實現。至于 PowerPoint,那就更不用說了,除非你是個抖 m,否則是不會用這么小的屏幕做 PPT 的。那不是找罪受嗎!

    因此,我們可以得出一個結論,Dex 模式只是一個你買前用來 yy 的多么多么 nb,然而買回來之后就基本上不會打開的功能。他能做到的僅是讓你的平板界面看起來像電腦界面而已,僅此而已。至于那些說在 Linux 下碼代碼的更不用想了,不是說不行(當然,我也沒有去試),而是你根本不會去用它去碼代碼。我用我的筆記本電腦寫個程序都嫌棄屏幕小看著不舒服呢,你居然讓我去用這個 10.5 英寸的小屏幕去碼代碼?

    PS: 其實我們可以發現,屏幕的大小與生產力是成正相關的。屏幕越大,生產力越強。從手機幾乎無法辦公,到平板可以記記筆記,再到筆記本可以滿足基本移動辦公需求,最后到臺式機乃至工作站去完成更為專業、精細的工作。所以我們還是應該讓每臺機器去做本屬于他們自己的工作。就像 iPad 的產品分類上寫的,“娛樂平板”。

    iPad


    四、軟件

    在上一篇 《Samsung Tab S6 與 iPad Air3 橫向對比評測》的圖文中,我已經較為詳盡地對比了 iOS 與 Android 在平板上的軟件適配、數量等情況,那么這里便不多做贅述。因此這一部分,我主要想和大家分享一些我認為在 tab s6 上(范圍可以擴展到整個安卓平板)比較好用、實用的軟件以及與大家探討一個現在已不太常用的軟件內容呈現方式的可行性。

    下面便是我想說的一個重點,就是軟件內容的呈現方式。

    自從移動互聯網普及以來,一個新的名詞悄然改變了人們的上網習慣,那就是 "application",簡稱就是 "APP"。

    在那個大家上網主要用電腦的年代,我們的上網方式是什么樣的?想要搜索信息就打開瀏覽器打開百度;想要看視頻就打開瀏覽器打開上優酷土豆;想要吐槽灌水就打開瀏覽器打來天涯虎撲。也因此,各種網址導航也層出不窮,比如大名鼎鼎的 hao123,承載了多少人的網絡青春。

    反觀現在,大家進入互聯網的途徑不再是單一的“聚合”瀏覽器了,反而是一個個割裂的應用程序。想要搜索信息就點開知乎;想要看視頻就點開優酷愛奇藝;想要吐槽灌水就點開微博酷安。按理說,這是屏幕變小而自然發生的用戶行為的合理進化,本沒有什么。但問題恰恰是這種用戶習慣被平板用戶自然而然的延續到了搭載 Android 和 iOS 的平板電腦上了。當然了,如果每家軟件公司都能像對待手機應用那樣盡心盡力地對待平板應用,那這么這種行為習慣地延續也是沒有任何問題的。但事實卻恰巧與之相反。在這么一個平板軟件適配(不論是 Android 還是 iOS)一言難盡的環境下,我們必須尋求新的出路。

    這條出路便是把平板當做“電腦”去瀏覽。平板擁有更大的屏幕,更接近于電腦顯示器的屏幕比例,以及可以橫置瀏覽等與電腦顯示器極為相似的特點。所以在硬件支持的情況下,我們只需找到一個完美的軟件(瀏覽器)便可以驗證我們的想法是否可行。

    那么這個瀏覽器需要滿足兩個條件:1、適配平板電腦;2、擁有好用的電腦模式。

    經過我大海撈針一般的尋找,我發現滿足這兩個條件的瀏覽器真是少之又少。拿幾個大家常用的瀏覽器來舉例,以夸克、via、360 極速瀏覽器為首的幾個瀏覽器就屬于沒有對平板進行優化,使得他們的交互邏輯在平板大屏上顯得很別扭。以 Chrome、Firefox、edge 為首的幾個大廠瀏覽器,雖然適配了平板,但是他們的電腦模式卻極其難用。他們每打開一個新的標簽頁,就需要重新在設置里勾選一下電腦模式,使得在我瀏覽網頁時徒增許多步驟。當然,還有像 b 站視頻無法看 1080p 等問題,我就不一一舉例了。

    經過我對 Google play 上熱門瀏覽器下載下來,一一排除,最終我找到了那個心意的瀏覽器 ——Opera 瀏覽器。

    opera 導航頁

    可以看出,Opera 瀏覽器電腦模式使用邏輯與電腦別無二樣,更方便平板用手或用鍵鼠操作。豎屏瀏覽時也完美適用好奇心日報知乎這樣瀑布流布局,看著也更加舒服。

    而像 b 站和豆瓣這樣網站起家的就更不用說了,網站做的都很舒服,用平板瀏覽毫無壓力(ps: 也可以看出手機瀏覽這些網頁布局會很局促,側面應證出手機 app 時手機上網的必然出路)。

    豆瓣


    嗶哩嗶哩

    所以,當一個內容平臺擁有他自己的網站時,我們完全可以用網頁瀏覽去代替 app 瀏覽,并且在體驗上有過之而無不及。

    好了,本次圖文 <Samsung Tab S6 深度體驗報告> 到這里就告一段落了。當你看到這里時,你已經閱讀了 4300 字,感謝你的耐心閱讀,如果可以的話,歡迎點贊,評論,關注。你的關注便是對我莫大的支持,支撐著我從第一篇圖文寫到現在。

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    • 文章為作者本人觀點,不代表酷安立場

    板電腦從誕生之初,將手機的便攜/觸控以及筆電的性能/大屏等多項優勢集為一身,贏得了消費者的青睞。近些年來,隨著手機的大屏化和筆電的輕薄化,平板電腦的定位逐漸模糊,各大廠家都在尋找平板在未來的發展方向。

    三星Galaxy Tab S6的發布,為平板行業的發展,指明了一條前進的道路。通過驍龍855處理器、Super AMOLED屏幕、HRD10+權威認證、AKG專業調音4揚聲器和S Pen等配置,能夠滿足消費者在影音娛樂以及辦公方面的使用需求;尤其是三星Galaxy Tab S6還加入了后置超廣角雙攝、光學屏下指紋等功能,讓使用場景更加多樣。那么,三星Galaxy Tab S6實際體驗到底如何?咱們實測看看。

    驍龍855+8GB內存+7040mAh大電池,帶來極致游戲體驗

    (GIF動圖)

    現如今,平板產品在處理器的選擇都會采用手機端的前代處理器,內存上則采用常規的4GB及6GB版本。不過,三星Galaxy Tab S6采用了和三星Galaxy S10系列、Galaxy Note10系列相同的驍龍855處理器,內存擁有6GB及8GB版本可選,性能可見一斑。在玩諸如《跑跑卡丁車》這樣的賽車游戲時,三星Galaxy Tab S6依然能保持滿幀運行,讓我在漂移過彎時更順利。

    玩《王者榮耀》更是不在話下,游戲全程滿幀運行,毫無壓力。且三星Galaxy Tab S6還擁有128GB及256GB存儲空間的兩種不同配置,下載多少個游戲也不用怕。

    除了玩得爽快,還需要玩得久。三星Galaxy Tab S6采用了7040mAh的電池,可連續播放視頻12小時,就算是玩一小時《王者榮耀》也僅耗電16%;有時候,用完三星Galaxy Tab S6后放在桌面一兩天不充,拿起來依舊有電,讓擁有"電量恐懼癥"的小編長長的舒了一口氣。

    S Pen+DeX模式,讓平板變身生產力工具

    除了游戲能力出眾以外,三星Galaxy Tab S6還是一個合格的生產力工具。這次三星Galaxy Tab S6加入了支持無線遙控的S Pen手寫筆,通過S Pen,小編可以在平時記下自己的靈感,或者在開會時記錄會議綱要。

    而且,S Pen手寫體驗非常出色,筆尖在觸碰屏幕時會有壓感反饋,配合筆尖適中的摩擦力,讓S Pen的使用效果接近真實筆紙的書寫感。

    (GIF動圖)

    這支S Pen不僅有手寫輸入,還能實現三星Galaxy Tab S6的懸空手勢操作。開會時我可以通過S Pen遠程翻頁PPT,讓會議演講效果更加自然;拍照時,同樣可以利用S Pen控制拍照,實現遠近焦距切換,帶來不一樣的平板拍攝體驗。

    三星Galaxy Tab S6辦公能力還不止這些,它還擁有SAMSUNG DeX模式。在DeX模式下,三星Galaxy Tab S6能夠顯示類似電腦的桌面,支持窗口放大縮小,多個應用平鋪桌面,配合外接鍵盤,大大提升了移動辦公的效率。我們還可以單獨購買專用的鍵盤皮套配合Galaxy Tab S6使用,新增的DeX功能鍵可以直接啟動或關閉三星DeX,讓你的辦公效率得到提升。

    Super AMOLED屏+四揚聲器,音效表現更震撼

    對大部分人來說,影音體驗依舊是平板的高頻場景;其中,視覺效果是影音體驗的最直觀因素。屏幕方面,三星Galaxy Tab S6采用了一塊10.5英寸Super AMOLED屏幕,色彩還原特別優秀;此外,三星Galaxy Tab S6屏幕分辨率為2560X1600,屬于2K高清屏,看視頻時畫面細節更加細膩順滑。

    可以看到,三星Galaxy Tab S6將柏油路面的細節還原得特別出色,路邊紅磚墻和人物的膚色都還原的十分準確,看起來更加生動。

    三星Galaxy Tab S6屏幕通過了HDR10+權威認證,在播放HDR10+片源時,能充分的還原拍攝現場的色彩和亮度。從上圖能看到:三星Galaxy Tab S6將山丘的風景細節清晰還原,海平面部分沒有因為高亮度而出現畫面過曝現象。在色彩還原方面,蔚藍的海平面與遠處的夕陽形成了對比,顏色更加貼近真實。

    三星Galaxy Tab S6擁有高達85%的屏占比,采用8.45毫米窄邊框,且四邊等寬,三星Galaxy Tab S6的全面屏設計在看視頻時的沉浸感更強,就好像雙手捧著屏幕一般驚艷。

    除了出色的屏幕外,三星Galaxy Tab S6還擁有四枚經AKG調音的立體聲揚聲器,在聽音樂時能聽到豐富細膩的音質。

    此外,三星Galaxy Tab S6還支持杜比全景聲3D音效技術,在看片段時能清晰地感受到車流從右向左呼嘯而過的空間感;背景音樂還和城市的環境音形成高低音的層次感,讓我在看視頻的時候能感受到美國街頭那種市井氣息。

    后置超廣角雙攝+Bixby,特色功能帶來新體驗

    (上:正常焦段 下:超廣角焦段)

    三星Galaxy Tab S6還采用了1300萬主攝+500萬超廣角的后置雙攝配置。其中,三星Galaxy Tab S6超廣角鏡頭取景角度達到123度,比主攝容納更多畫面元素。在拍攝辦公樓中間的花園時,三星Galaxy Tab S6主攝智能拍攝到兩側樓宇的一角,畫面比較平淡。但是切換到超廣角鏡頭,三星Galaxy Tab S6將兩側的大樓收進畫面中,配合廣角鏡頭天生的拉伸感,讓畫面充滿空間感。

    值得一提的是,三星Galaxy Tab S6還搭載了Bixby智能語音助手。找個咖啡館和客戶商談問題時,通過語音呼叫Bixby查找附近的咖啡館。而且,Bixby不但能告訴我咖啡館的位置,還可以點開底下的候選板塊,查看每家咖啡館的特色飲品,免得帶客戶過去"踩雷"。

    總結

    總的來說,在游戲表現、辦公能力、影音娛樂等方面,三星Galaxy Tab S6都有著行業頂尖的實力,再加上后置超廣角雙攝、S Pen和Bixby等技術,讓三星Galaxy Tab S6更具特色。

    如果你正在考慮平板該如何選,那么功能強大又全面的三星Galaxy Tab S6,定能成為你最好的選擇。

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