iPad Air完全技术评测：最强平板 没有之一

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发表于 2013-11-2 09:47 | 只看该作者

【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，A7 Cyclone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A6 Swift(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。

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3^#

发表于 2013-11-2 09:47 | 只看该作者

【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：

iPhone 5S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。

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4^#

发表于 2013-11-2 09:47 | 只看该作者

【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。

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发表于 2013-11-2 09:48 | 只看该作者

【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。

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发表于 2013-11-2 09:49 | 只看该作者

【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：

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发表于 2013-11-2 09:50 | 只看该作者

【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。

大名鼎鼎的Anand玩自拍

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：

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发表于 2013-11-2 09:52 | 只看该作者

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发表于 2013-11-2 09:52 | 只看该作者

【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。

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发表于 2013-11-2 09:53 | 只看该作者

【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。