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iPad Air完全技术评测:最强平板 没有之一 [复制链接]

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iPad Air、iPad mini 2双星闪耀,给平板机市场注入了全新的活力,今天我们就跟随AnandTech的脚步,一起来细致地从技术角度看看iPad Air。这个改了新名字的“iPad 5”让我们重新看到了10寸平板的亮色,一如视网膜屏幕的MacBook Pro重振15寸笔记本的雄风。

尽管之前有iPad 3/4,但是从某种程度上说,iPad Air才是iPad 2的真正继任者。这和硬件配置无关,而是身材:前两代都更厚、更重,iPad Air终于把尺寸、重量全面降低到了iPad 2以下的水平,而且变化幅度之大令人瞠目,再考虑到硬件规格的提升就更加值得称道了。或许,这也是iPad 4立刻被抛弃、iPad 2却仍然在售的一个原因吧。

得益于更强大、但功耗更低的零部件,iPad Air的电池容量回归到了更适合移动设备的32.4Wh,不像前两代的42Wh那样更像是笔记本电池(不过依然比iPad 2更大),也正因此节省出了宝贵的空间。


从上到下:iPad mini、iPad Air、iPad 2、iPad 4


历代iPad尺寸、重量对比


历代iPad硬件规格对比


【A7处理器架构再探:竟有“三级缓存”】

自从iPad 2之后,这是苹果第一次在三款设备内使用同样的处理器、协处理器,A7、M7横跨了iPhone 5S、iPad Air、iPad mini 2,编号均为S5L8960X,无论CPU核心、GPU核心、内存带宽都是一样一样的。

A7是第一颗64位的移动处理器,架构代号“Cyclone”(苹果基于ARMv8指令集自行开发而来),集成两个CPU核心,每个核心64KB一级指令缓存、64KB一级数据缓存,两个核心共享2MB二级缓存。

从A6 Swift开始,苹果就基于ARM指令集自行设计CPU架构,而且出手就表现不凡,那么这一次,A7Cyclone又是怎么设计的呢?遗憾的是,苹果从来不公开这方面的细节,A7仍然蒙着神秘的面纱。一度我们认为它不过是A6Swift(苹果的ARMv7)的进化版而已,毕竟你设计了一个CPU,没必要马上抛弃重新来过。

但我们再次低估了苹果。


首先我们想知道的是,A7 CPU的发射宽度是多少?A6的时候,可以从苹果公开的LLVM文档中轻易获悉三宽度的信息,不过呢,尽管每个时钟周期都可以解码、发射、收回最多三个指令,大多数情况下更像是双发射的,浮点、整数代码混合的时候甚至像1.5发射。事实证明,A6的架构设计很成功,面对高通Krait 300也不落于下风。

A7呢?就目前看来,峰值发射宽度达到了六!也就是相当于A6、Krait的两倍,混合不同指令的时候更是能有三倍。

浮点、整数的共同发射局限也基本不存在了,可以并行发射最多四个整数加法、两个浮点加法。每个时钟周期还可以执行最多两个载入或者存储。

执行端口的数量和分布仍不清楚,但是看上去A7已经是最宽的ARM架构了,甚至比高通Krait 400、ARM Cortex-A15都要宽。

之前的分析曾经提到A7大大缩短的内存延迟、大大提高的内存带宽,但还有更重要的一点:更大的系统级缓存。


这是Chipworks是公布的A7内核模块分布图,注意右侧的SRAM。它的容量有4MB,最初以为是给ISP(图像信号处理器)用的,但结果发现不止如此,某种程度上可以视为“三级缓存”。

这是单个核心情况下的内存延迟、传输尺寸对比图。注意看,1-4MB区间的延迟不高也不低,再考虑到A7的二级缓存还是1MB,这就很明显了,4MB SRAM充当了缓存的角色,虽然赶不上二级缓存,但总比主内存快得多。

这是内存带宽和传输尺寸的对比图,1-4MB区间内同样是个比较高的水平,甚至超过了10GB/s,iPad 4此时已经完全是主内存的事儿了,只有不到5GB/s。

上边说的还是单个核心的情况,而A7是双核心的,所以1-4MB期间的实际内存带宽能有20GB/s,而峰值可以达到80GB/s!迄今为止,还没有其它ARM架构处理器能做到这一点,只有Intel可以。

不过,这毕竟不是“专业”的三级缓存,比如在其间的查询就不是和主内存请求并行的,并不能完全解救内存延迟。

另外,它对GPU访问的影响还在研究之中,不过至少可以释放更多的内存通道给GPU,而且看上去某些图形请求也能在这里缓存,并支持根据运行应用类型的不同进行智能分配。

【A7 CPU运行频率;平台功耗】

尽管都是A7,但毕竟设备环境不同,iPad Air、iPhone 5S里的A7仍有一些明显地差异,首先就是主频从1.3GHz提升到了1.4GHz,也就是加高了7.7%,这很好理解。
但是不知为何,iPad Air A7所能实时处理的指令也要比iPhone 5S里的多出来超过20%,反复测试均是如此。怀疑苹果在固件、微代码上的设置有所不同,甚至可能是不同的内核修订版本?

第三,也是变化最大的。平板的散热空间自然要大于手机,实际运行频率也要更高。以下是在同样条件下对iPad Air、iPhone 5S的拷机测试结果:

iPhone5S最初两分钟的实际频率在1.4-1.5GHz之间,之后就跌落到900MHz-1GHz左右,基本就在这个档次上徘徊。别小瞧了头两分钟,拷机测试里能这么久坚持高频率运行对手机来说是非常不容易的,因此在日常使用中,iPhone 5S完全可以一直跑满1.3GHz。

iPad Air就放开得多了,最初就有1.5-1.6GHz,之后虽然不断慢慢下降但很不明显,直到十几分钟后依然跑在1.4GHz左右,测试结束的时候也有大约1.2GHz,此时性能可以领先iPhone 5S 40%之多

电池续航能力是对平台功耗的最直接反应,不过在那之前,我们要来看具体会耗多少电,虽然只是初步的粗略测试。

一方面,A7使用了新的28nm工艺(A6 32nm);另一方面,新的CPU、GPU无疑功耗都会更高。究竟哪方面影响更大呢?当然,这不仅仅涉及处理器,还有其它零部件,尤其是屏幕。

测试启动之前就开始记录了,好顺便看看待机功耗,结果iPad Air只相当于iPad 4 72%左右。

而在测试负载期间,iPad Air、iPad 4的功耗都在7W左右,不过前者性能强得多,只用不到后者一般的时间便完成了测试,结果自然能省电很多。

不过在最大功耗方面,iPad Air已经接近了12W,iPad 4则还不到8W,当然这是一种极限情况,尤其是CPU跑满的时候,实际应用、游戏里没这么高。事实上,跑图形要求最高的GFXBench 2.7 T-Rex HD,平台功耗也才大约6W,《无尽之剑3》等游戏里更是不到5W。

【CPU性能实测:天下无敌 Intel也拜服】

以下成绩就不一一解释了,总而言之一句话:ARM架构的处理器世界里,A7的性能绝对是卓尔不群的,只有T4偶尔能靠近一下;Intel新架构的Bay Trail-T同样也完全不是对手。


【GPU性能实测:相比iPad 4进步巨大】

Imagination PowerVR G6430拥有四个阵列,iPad Air里的具体频率不清楚,估计最高大约450MHz。iPhone 5S里之前认为只有200MHz左右,但实际可能更高一些。
除了标称频率不同,iPad Air实际运行的时候GPU频率也应该可以更长时间保持在更高水平上,就像CPU。

不要忘了,A7处理器只有64-bit内存位宽,不像A6X、A5X那样有128-bit,而内存带宽对GPU性能的影响是很大的,但是同时A7还有“三级缓存”,有利于改进内存带宽的使用效率。

以下成绩探讨的时候,我们重点观察Offscreen,即统一分辨率,这是GPU本身性能的体验。Onscreen则是依据原生分辨率而来的成绩,更能反映设备实际表现出来的性能差异。


GFXBench 2.7:


填充率比5S高了4.5%,遥遥领先。


三角形吞吐只差了2.9%,而且处于中下游水平,远不如iPad 4 PowerVR 5XT,这是彼此架构不同决定的。PowerVR 5XT是几乎整个GPU复制成多个核心,Power 6则是在着色器阵列上进行复制。幸运的是,理论成绩这里大退步,但是实际性能不会这样。


T-Rex HD原生分辨率下iPad Air的成绩比iPad 4高了75%(苹果宣称2倍提升)。iPhone 5S成绩更好只不过是因为分辨率低。

统一分辨率下,iPad Air比前代提升了69%(其实分辨率本来就一样),并且比iPhone 5S高了8%。

埃及经典场景,iPad Air持平了NVIDIA SHIELD,也就是赶上了72核心的GeForce ULP。

3DMark:


Ice Storm总分比iPad 4提升了36%,同时比iPhone 5S高了8%。


图形得分比前代提升了超过60%。


不知道3DMark物理测试怎么处理的,A7 CPU并没有比A6成绩更好。优化还不到位?


Basemark X:


比前辈提升了46%。iPhone 5S、SHIELD只是沾了分辨率的光而已。

【屏幕质量分析:仍是最好的】

iPad Air屏幕没有变化,还是9.7寸的2048×1536 IPS LCD面板,仍然是这个尺寸上最好的屏幕。

但这并不是说没有任何进步,颜色校正的精确度更好了,至少评测样品比任何经手的iPad都要好,也比其它任何平板都要好

看数据和测试图吧:


【摄像头:小变 够用就好】

虽然很多人经常举着iPad拍照,但是苹果一直没把这个当作重点。iPad Air的后置摄像头依然是500万像素,拍照最大分辨率2592×1936,光圈也还是F/2.4,只有焦距缩小到了3.3毫米,可以带来更大视野,但这也仅仅是第一代iPad mini的水平。

iPad Air还改善了低ISO下的拍照,但因为传感器、镜头本身没变,拍出来的照片虽然噪点少了,但会更暗一些,特别是低光时。

图像信号处理器当然iPhone 5S上是相同的H6(都在A7处理器中),只是没有10FPS连拍模式,也没有慢动作模式,但其它好处都保留下来了,特别是拍照速度飞快,让人怀疑它是不是也利用了“三级缓存”。


总的来说拍照效果过得去,光线稍暗也不成问题,当然太黑就不行了。本章末尾有一大堆样张,慢慢看。

前置摄像头也保留了上代的120万像素、1280×900分辨率、F/2.4光圈,焦距也有所减小,但只是从2.18毫米变成2.15毫米。

更重要的是,传感器格式变大了,灵敏度更高,可能和iPhone 5S/5C里是一样的,用新的前置摄像头系统改善低ISO拍照、提高快门速度。


综合来看,照片的噪点有所减少,图像更锐利,但有时候会牺牲一些亮度和曝光。

此外还加入了第二个降噪麦克风,主要是降低背景噪音、提高录音质量,效果还是不错的。

视频录像方面没任何变化,还是后置大约17Mbps码率的H.264 High Profile,前置大约10Mbps码率的H.264 Baseline Profile。

后置摄像头拍照样张:


【电池续航:容量小了 却更耐用了】

续航:

电池容量从42.5Wh大幅减小到32.4Wh,但是苹果宣称续航时间依然可达10个小时,这显然意味着整体功耗的降低,之前的测试也证明了这一点。

那么电池到底能用多久呢?还是得测试说了算。

Wi-Fi上网不多不少整整10个小时,iPad 4则还不到9个半小时,也就是说反而延长了。

LTE上网表现也不错,只差5分钟不到10个小时,但是我们知道,一般情况下两者不可能这么接近,或许有其它零部件的影响,比如屏幕?


720p视频播放接近13小时40分钟,比上代长了10分钟。(码率4Mbps H.264、屏幕亮度200nits)


3D图形测试坚持了7个小时多一点,同样不赖,iPad 4还不到6个小时呢。这个就是PowerVR G6430的功劳了。

由此可见,苹果的宣传还是有些保守的,iPad Air在电池容量减小的情况下续航时间反而普遍更长了,可喜可贺。


顺便说一句,iPad 2,4仍然是个神话般的存在啊。

充电:


iPad Air充电器功率还是12W,但电池容量小了,充电时间自然更短,4个小时出头就搞定了,缩短了一个半小时,iPad 3还得超过6个小时呢。

充电期间最大功率始终稳定在13.5W。

【Wi-Fi、LTE、64位与内存占用】

iPad Air支持双流、双频段802.11n,比之前的单流能明显提升性能,但还是不肯上802.11ac。

5GHz 802.11n峰值性能实测最高可达180Mbps,平均约168Mbps(21MB/s)。


基带是高通的MDM9615,而且一个型号通吃美国、欧洲、中东和非洲的34个国家,支持的LTE频段增加到14个(1/2/3/4/5/7/8/13/17/18/19/20/25/26),但这得感谢新的收发器WTR1605L。

但是除此之外,iPad Air、iPad mini 2的网络支持和iPad 4、iPad mini几乎是一模一样的。至于国行版能否支持国内的4G LTE,还是个未知数。


iPad Air、iPhone 5S的内存都是1GB LPDDR3,iPad mini 2不详但可能也是如此。

目前还没有iPad Air的拆机,苹果也不允许拆开评测样品,不过估计里边用的不是PoP一体封装(处理器内存在一起),而是独立的外置内存颗粒。

最后说说64位。苹果这么快就把它带到移动领域无疑是革命性的,后续大家肯定都会一窝蜂跟进(事实上绝大多数厂商预定的64位ARM处理器的推出时间都是2014年下半年),但是就像很多人问过无数遍的那样:64位在移动端有用么?

桌面上可以用它支持4GB以上大内存,可移动设备才走到2GB,iOS的内存效率又特别高,根本无需增大内存容量。

一方面,64位可以带来更多寄存器、新的指令,对应用开发都有好处,但随着寻址空间的变大,指针尺寸也大了,64位应用的内存占用量也会随之增加。如果苹果还不加大内存,未来势必会成为问题。

我们考察一下几个场景的内存占用量,期间都首先重置整个设备,并且关闭所有不相关应用。

1、干净启动,无任何应用运行。

2、启动Safari浏览器,打开四个网页标签。

3、启动64位版的《无尽之剑3》,停留在第一场景。

4、启动iOS地图,混合视图,3D模式,同时打开Wi-Fi、GPS进行定位。

5、启动Google地图,定位到同一地点,同样的设置。这个是32位应用的代表。


总的来说,完全的64位环境需要20-30%的额外内存空间,使用自带应用的时候最大占用量不超过60%,看上去还可以接受,但随着第三方应用的增多,特别是后台应用,可能就会比较紧张了,最明显的就是Safari切换到前台需要重新加载网页。

好消息是,A7对于那些被请出内存的应用,重新加载速度是很快的,总体来说问题不大。

苹果把内存增加到2GB只是个时间问题,但需要等到功耗、成本都可以接受的时候。前者对iPhone来说比较重要,iPad上就基本无所谓了,应该会更早实现。

最新的iOS 7.0.3改善了64位应用的内存占用,不过似乎碰到了稳定性问题,至少明显比32位的频繁,系统也在一周内崩溃了三次,还仍然能看到低内存错误。这是对iOS内存管理的又一次考验,也对第三方应用提出了更高的要求。
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