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对智能手机GPU、CPU、操作系统的认识
作者：吴凯 陈伟 林佳梅 温丽
来源：《科学与信息化》2017年第14期
摘 要 智能手机人人普及的时代，它带给我们太多的便利，人人都在使用的智能手机中主要包含了手机处理器CPU（Central Processing Unit）、图形处理器GPU（Graphic Processing Unit）、操作系统和一系列的软件和硬件，它们之间有效的结合和相互配合才能带给人们优质的体验，接下来本文将主要介绍这些重要组成部分的详细信息和功能。 关键词 智能手机手机CPU；GPU；操作系统 引言
随着科学技术的发展，现如今的社会是一个高度信息化的社会，智能手机成了大家主要的信息工具，它可以让你及时了解到世界各地的新闻、上网、购物、订餐等等。此外智能手机具备独立无线接入互联网的能力，可以随时随地上网，同时它还具有开放性的操作系统，可以安装具有各种功能的app，功能及其强大，此外个性化的定制系统让人与手机交互变得更加快捷和通俗易懂，因此智能手机对人们来说变得越来越重要。 1 手机处理器（CPU）的发展
智能手机CPU被比喻为人的大脑可见很重要，CPU是手机的核心，所有大小任务几乎都得通过CPU计算和处理。世界上首款智能手机是由摩托罗拉在2000年生产的名为天拓A6188的手机，它是全球第一部具有触摸屏的PDA手机，但最重要的是A6188采用了摩托罗拉公司自主研发的龙珠（Dragon ball EZ）16MHz CPU，经过近20年发展，现在手机CPU的计算能力越来越强大，计算速度普遍可达2.5Ghz，也就是每秒计算速度可达25亿次左右，发展之迅速。
1.1 CPU的制造
CPU的制造是一项极其复杂的过程，其主要生产过程如下，首先硅提纯生产CPU的材料是半导体Si，必须是纯净的单晶硅才可以适合于制造各种微小的晶体管。然后切割硅锭，圆柱体硅锭被切割形成类似光盘状的片状硅芯片被称为晶圆，晶圆被用于 CPU 的制造，将其划分成数十或数百个细小的区域，每个区域都将成为一个CPU 的内核，切割出来的晶圆越薄，每个圆柱体硅锭形成的晶圆就会越多，硅锭制造的 CPU 内核就会越多。接着是CPU制造过程中最重要的一步蚀刻，把用紫外线在晶圆表面形成 CPU 复杂电路结构图进行蚀刻，最后进行CPU的封装，将切割好的CPU光盘状晶元封入陶瓷的或塑料的封壳中。 1.2 CPU的现状
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现在的CPU工艺越来越先进，手机芯片制造工艺目前已经领先于电脑芯片了，目前工艺最先进的高通骁龙835处理器采用的是三星的10nm LPE工艺，也是世界上第一款采用10nm且正式商用的移动端处理器，骁龙835得益于的先进制程，使得这款芯片比其前代产品降低了25%的功耗，除此之外，这款芯片同时拥有千兆级的调制解调器骁龙X16 LTE。同时不久由台积电10nm代工的苹果A11处理器和联发科X30也将量产。目前三星和台积电也在致力于7nm的研发，并计划将在今年年底量产。
目前国内拥有自主研发芯片能力的手机厂商有华为和小米，还是很值得自豪的，特别是华为最新旗舰处理器海思960被评为世界上最强劲的手机芯片之一，同时海思960处理器还获得多项国际创新奖项。所以要想手机有好的体验，一颗强大的处理器是必不可少的[1]。 2 手机GPU
图形处理器（GPU），顾名思义也就是用来处理手机中图形文件的中央处理器，比如你浏览相册、带有图片的网页和手机使用流畅度都与GPU有关。同时GPU和CPU之间通过RAM内存进行数据交换，在手机主板上，GPU芯片一般都是紧挨着CPU芯片的。 2.1 目前市面上GPU的状况
现在手机GPU主要有以下几类，一个是德州仪器的power vr系列，第二个是高通的adreon系列，第三个是三星主推的mali系列，其性能区别就在于优化和架构上。
目前市面上手机用得最多的是三星主推的mali和高通adreon系列，两者占据了很大的市场。对于优化这一块来说高通的adreon相对较好，兼容性比较高，而且图形处理能力也很是强大。每个厂家会按照用户的需求生产不同阶级的CPU，列如高通的CPU有低端的400系列、中端的600系列、和高端的800系列，相应GPU也有对应的系列。目前高通最强的GPU是adreon540，也就是17年的旗舰芯片骁龙835所搭载的GPU，adreon 540处理器较前一代530图形渲染速度提升25%、计算性能提升50%、功耗下降25%，支持最高4K 60帧每秒的视频显示[2]。
2.2 嵌入式GPU发展
原本pc端的GPU的计算处理能力很强大，但如果运用到移动端上面临最主要问题是发热和高功耗，传统的GPU高性能必然带来高能耗，如果在手机上GPU要想同时拥有高性能和低功耗，那么嵌入式GPU正是为了满足这些功能而设计的，是专用于嵌入式终端或者手持设备上的图形处理器。
主要的嵌入式6PU设计主要包括架构设计，流处理器设计，指令处理模块设计，存储器设计以及几何处理模块设计。嵌入式GPU采用统一着色器架构，可以有效地提高图形处理效率和资源的利用率，利用可编程方式实现顶点变换、光照、计算纹理贴图等功能。
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3 智能手机系统
一部智能手机除了硬件最重要的软件即是系统，智能手机操作系统比一般的功能机系统有着更好的体验、更丰富的功能、更强大的计算能力。目前使用比较多的系统有Android、ios、windows phone，而symbian、BlackBerry OS现在很少使用了，ios系统以流畅稳定的口碑占据了大部分的市场，但Android的用户量目前是最多的。 3.1 手机Android操作系统
Android操作系统是将linux和Dalvik结合到一起研发的一种操作系统，同时Android操作系统是一种开源操作系统。Android操作系统自研发投入市场应用以来，就受到了广大消费者的青睐，在短时间内得到了广泛的应用和推广。系统的开放性让用户能够体验到更丰富的功能，因此Android操作系统是手机发烧友最喜爱的系统。但是安卓系统的安全问题得不到保证，开放源码指的是任何使用者都拥有对该系统修改和复制的权利，所以安卓系统本身是可以被修改的，只要从正规的渠道下载应用软件、绝不正当的权限调用、安装必要的杀毒软件，就能绝大程度上保证系统的安全[3]。 4 结束语
CPU、GPU、操作系统作为智能手机的三大组成要素，三者之间必须有好的配合才能发挥出该有性能和体验，对操作系统应逐渐深度开发和调教，并不断的修复系统漏洞，才能给用户良好的体验。而CPU、GPU是由系统调动的，系统则会根据用户实际所需的性能来调动CPU、GPU。比如在打开一般的应用时CPU、GPU并不会满负载运行，如果当用户在玩大型游戏时则会满负载运行来保证画面的流畅，总之一部体验好的手机需要手机商家慢慢调试和结合用户的反馈来修改完善系统。 参考文献
[1] 康瑞锋.探讨CPU制造工艺变化与发展[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2013，（01）：213-214.
[2] 章元智.嵌入式GPU的设计与实现[D].济南：山东大学，2014. [3] 李康.浅析Android操作系统的安全性[J].科技风，2015，（14）：33.
对智能手机GPU、CPU、操作系统的认识
