在前一篇博客中，我们讨论了现代智能手机的热性能和功率限制。在功耗和性能管理方面，智能手机和电脑存在非常大的差异。如今的智能手机具有强大的计算功能，厚度只有几毫米，可以轻松拿在手中或放在口袋里。此外，手机在绝大部分时间都是使用电池而不用外接电源，这就是为什么功耗管理对智能手机如此重要的原因。
本篇博客继续我们的智能手机功耗系列，将更深入地讨论骁龙处理器里Krait CPU的功耗和性能管理。

功耗管理

智能手机高效的功耗管理能让手机的电池续航时间更长，且降低外壳温度。CPU的功耗（P）是电压（V）、频率（f）和电容（c）组成的函数。（关于测量和隔绝SoC能耗的更多信息，请参考第一篇博文中提到的最佳方法。）

电容，即存储的电荷量，在每次时钟跳变时切换，是一个取决于设计的相对固定的值。电容大小受很多变量的影响，包括信号穿过芯片和晶体管门的电缆长度。因为在硅片中这些值是固定的，所以在智能手机运行时，或者说在“运行时间”，这些变量和电容显然是不可控的。

然而，在运行时间，频率和电压是可控的。在CPU内核层级中，动态时钟和电压调节（DCVS）技术能调整功耗方程中的频率和电压，从而以最理想的功耗实现所需的性能。

对CPU功耗来说，电压是一个重要的指数变量，所以当电压和频率降低相同的量时，降低电压会使CPU的功耗减少得更多。电压下降有个限度，因为这会影响到晶体管的开/关转换时间。如果升/降转换时间被延迟太久，以至于在下一个时钟跳变之前，信号传输时间没有到达管道阶段，则指令就会失败。而降低频率不会像调节电压那样存在设计风险，但对性能会有影响。

现代的智能手机具有多个CPU内核，因此如何通过改变电压和频率来降低CPU功耗成了整个行业的难题。高通骁龙处理器采用异步对称式多核处理器（aSMP），将动态时钟和电压调节（DCVS）技术又推进了一步。竞品的设计一般采用DCVS技术，但每个内核都必须遵循其他内核的频率和电压设定。而高通骁龙处理器的Krait CPU位于不同的电压和频率平面，这使得每个CPU内核都能够达到独立的频率和电压，从而实现了可收放的性能和功耗水平。

 
例如，当智能手机在运行一个单线程任务，只需要一个CPU内核保持最大性能时，竞品的设计会让全部四个CPU内核都必须达到最大频率，尽管实际上只需要一个CPU内核。这种资源的低效运用造成了不必要的功耗，影响了智能手机的电池续航时间。而骁龙处理器的aSMP系统则只让一个CPU内核加快频率，而其他内核如果不需要，则仍保持低功率状态。

性能管理 

在绝大多数时间里，你都想要自己的智能手机采用像DCVS和aSMP那样的功耗管理功能，来实现最佳的电池续航能力。而当你想获得更好的用户体验时，你会想要CPU开足马力，而不启用省电功能。

对于这些情况，通过美国高通技术公司的高性能模式（Performance Mode）可以实现终端的最高性能。在高性能模式下，应用程序可以通过改变CPU参数来实现最佳性能。包括锁定CPU频率，请求增加CPU内核，设定这些活动的持续时间。特别需要注意的是，高性能模式只能影响上述的CPU设定，而不允许CPU超频，也不适用于GPU、DSP、RAM或SoC上的其它内核。最后，即使在未启动省电功能时，热敏断路器和热管理也会一直运行，以保护SoC和智能手机。换句话说，这一模式下的活动仍维持在热阈值范围内，遵循智能手机的设计。

OEM厂商可以使用高性能模式，针对内置Java和本机应用程序，发挥更大灵活性，可根据工业设计、功能设定、应用程序侧重点不同，来达到功耗和性能的最佳平衡。高性能模式让OEM厂商获益匪浅的一个方面包括触摸屏、摄像头以及滚动/浏览，因为在这些方面，即时响应时间对出色的用户体验来说非常重要。

例如，当用户在查看电子邮件或浏览网页时，他们可能会滚动查阅内容。从手指触摸屏幕，到显示内容做出响应，这之间会有几百毫秒的轻微延迟。如果内容没有立即对触摸作出响应，大多数用户会对此十分在意，感到很失望。网页或邮件内容开始滚动后是另一个性能敏感时间段。这时如果帧速下降，转换显得断断续续，也会让用户大失所望。

另一个例子就是屏幕旋转，转换应该非常迅速。用户想得到一个快速、流畅的屏幕旋转体验。一旦用户旋转手机或屏幕，就立即关闭省电模式，开启高性能模式，这会让用户获得快速而流畅的使用体验。

最大限度减少延迟对好的用户体验来说非常重要，拍照就是一个例子。在“连拍”或“快照”模式下，手机会快速拍摄一系列照片。动态拍照时（比如拍摄滑雪者表演360度旋转时）经常采用这种模式。小波降噪（WNR）后处理技术可以提高图片质量，但是必须在拍摄下一张照片之前完成WNR操作。骁龙800处理器在硬件上支持该功能，但骁龙600处理器等性能层级较低的处理器则在软件上完成此操作。在这种情况下， Hexagon DSP与CPU内核协力使用，可以调用高性能模式，来更快地完成WNR操作。这进而也能让用户每秒钟拍更多的照片，捕捉到更多动作。

除了可以直接提升用户体验，高性能模式还能实现复合基准程序的最佳性能。复合基准程序不是实际的应用程序，而是用来代表某些功能，通常着重于SoC中特定元件的性能。它常以时间作为检测标准（秒或帧/秒）。下面来说明为何要关闭省电模式来确保CPU的最高性能。

让我们将此与一个更易理解的、能直观评估设备马力的基准程序相比较。如果你是一位职业赛车手，或者正在经历中年危机，你可能正将下一个购买目标锁定在一辆红色日产GTR。跑车制造商经常夸耀他们的车子从静止加速到60英里/小时所用时间，或跑完四分之一英里路程所用的时间。在这一点上，2012款GTR从静止加速到60英里/小时仅需2.7秒，跑完四分之一英里仅需11.1秒。这些指标突出了车子的加速能力和最高速度，但并不能反映出车辆每英里的耗油量（MPG）。MPG是个很有用的指标，但却不是反映速度的有效指标。

同样，当执行一个评估性能的基准程序时，CPU应该处于最高性能状态。如果仍然进行功耗管理，则CPU会逐渐达到最高频率。这就类似于在四分之一英里的赛道上，限速牌上的允许最高速度越来越快。和赛车速度测试一样，在评估CPU最高性能时，也要把CPU的“油门”踩到底。

刚才说的，复合基准程序按照定义来讲不是实际的应用程序，所以可能会令人误解或被滥用。最好是对那些能代表终端用户体验的应用程序进行测试。

此外，在一个现代SoC中，所有主要组件或“引擎”，CPU、GPU、调制解调器、DSP等都集成在一个模块上，其中CPU只占大约15%的面积。其余的引擎对于好的用户体验也非常重要，也具有各自的功耗和性能管理技术。你可以阅读前一篇博文来了解这些功能的更多信息，也请继续关注接下来关于调制解调器功耗管理功能的博文。

总之，骁龙处理器的所有组件都用来提供峰值性能功能，同时有一系列精准的性能点来进行调整，可以在需要的时候降低性能，从而满足顶级智能手机的限制要求。

在下一篇博客，我们会探讨由这些特性以及骁龙其他强大的特性带来的一些新的用户体验。

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Adam Kerin

市场高级经理