3nm SoC带不动高清屏幕，背后是显卡的发展史

三星的3nm智能手表主控，日前正式发布

近日，三星方面正式公布了Eyxnos W1000（也就是S5E5535）智能可穿戴平台的相关信息。

基本它的配置信息与我们三易生活此前分析的没啥区别，也就是说其使用了三星最新的3nm GAA制程，使用了扇出型面板封装（FOPLP）和嵌入式（ePoP）的DARM和NAND闪存。从某种程度上说，它就是三星目前最新半导体工艺的“秀肌肉”产品，当然也可以理解为是小规模的试作。

在这样的先进工艺支撑下，Exynos W1000的性能参数也确实很“吓人”。它拥有当今智能手表SoC里首创的1*Cortex-A78+4*Cortex-A55五核CPU，并集成了Mali-G68MP2图形处理器。用三星方面的话来说，Exynos W1000的CPU单核与多核性能，分别达到了前代（Exynos W930）的3.4倍和3.7倍，提升堪称恐怖。

强大性能的背后，GPU规格与屏幕分辨率并不匹配

如果有关注到三星官网上公布的Exynos W1000技术指标可能就会发现，它有那么一个值得说道的细节。那就是它的GPU理论规格，与显示分辨率之间的“不匹配”。

正如大家所见，Exynos W1000集成的是Mali-G68MP2 GPU。虽然这不是一个非常新的型号，但如果将其放到智能手机SoC领域，那么它甚至比同样发布于2024年第二季度的联发科天玑6300还要更先进一代（后者用的还是Mali-G57MP2）。换句话说，至少Mali-G68在2024年第二季度的当下，绝对是不算过时的。

无论CPU、还是GPU架构，Exynos W1000都比入门级智能手机SoC更强

然而大家要知道，使用Mali-G57MP2的天玑6300，至少可以支持2560*1080分辨率的90Hz、甚至是120Hz高刷屏。但Exynos W1000即便用了架构更新的GPU，最高却只能支持960*540的qHD（四分之一高清）分辨率屏幕。那么这又是为什么呢？

是频率太低惹的祸吗？计算表明似乎不太可能

可能有的朋友会想到，这会不会是因为Exynos W1000的GPU频率太低，以至于它的实际性能被限制了。虽然从表面上来看，这似乎有点合理性，因为智能手表SoC的频率肯定要比智能手机的更低。

但做做算术就会发现，将一款默认能“带动”1080P 120Hz屏幕的GPU、强行降低到只能驱动qHD的60Hz屏幕，就意味着至少要将其频率降到原来的1/8（考虑到代次差距，实际可能还要降低更多）。而这，则几乎是不可能的。

要知道，在3nm GAA工艺的加持下，Exynos W1000的CPU频率完全可以跑到1.5GHz、甚至更高，同时保证完全能塞进手表里的低功耗。这既反应了新制程的能效优势，同时从另一个角度来说，也说明在这个工艺下处理器的“甜品频率”（或者说能效最高的频率）差不多就是这个水准。因此强行将GPU跑到过低的频率，并不会带来更显著的省电作用，而只会导致性能的无谓损失。

因此尽管我们目前还没有拿到搭载Exynos W1000的终端，但已经可以肯定地说，它内置的那颗Mali GPU渲染性能绝对不可能只有qHD分辨率级别的。换句话说，造成其适配屏幕分辨率“过低”的原因，很可能并不在GPU上。

现代GPU的发展史，可能才是这个问题的根源

那么到底是什么“问题”，导致理论上GPU性能甚至比入门级5G手机SoC还要强的三星新款智能手表SoC，却只能使用低分辨率屏幕呢？原因其实很简单，因为大家可能错误地理解了现代的GPU架构，以及它们在手机、PC上的显示原理。

彼时的“3D显卡”并不支持直接输出画面，所以2D+3D的双显卡才是普遍配置

在很多年之前，差不多也就是连“3D游戏”这个概念都还没有出现的时代，PC上的“显卡”（请注意，我们这里刻意不称其为GPU）指的是一种可以将代码转化为2D图像，并输出给显示器的部件。在那个年代，评价一款显卡“性能”高低的因素，主要在于它能够支持的色彩，以及分辨率的高低。

但随着3D图形技术的出现和民用化，问题开始复杂了起来。如果有用过一些最早期的3D显卡（比如大名鼎鼎的VOODOO）就会知道，这些最初的“3D加速卡”是不带显示输出功能的，用户必须另外购买一张2D显卡、用它来连接显示器，才能享受3D游戏里的渲染加速。

即便是现代显卡，它们的2D输出能力可能也源自外挂的独立芯片、而非GPU本身

再到后来，“3D加速卡”与“2D显卡”的融合成为行业趋势，但消费者也因此逐渐忘记了一个事实，那就是“纯粹的”3D GPU，其实是不具备显示输出能力的。

独立的“显示处理器”，如今的影响力依然不低

没错，实际上直到如今，“3D显卡本身不能直接输出图像”依然是行业中的一个基本规则。之所以大家平时不会意识到这一点，只不过是因为PC上的显卡本身都默认集成、或者在PCB上额外搭载了2D显示控制器而已。

对于智能手机、手表的SoC来说，这个“规则”自然也是成立的。比如大家熟知的Mali GPU、Adreno GPU等，它们本质上都是“纯3D加速器”，只能处理3D图像的生成、渲染，并不具备将2D画面输出到屏幕的功能。

ARM的IP里就包含独立的显示处理器设计

取而代之的，是在手机、手表的SoC内部，芯片厂商都还会另外集成一个叫做“显示处理器（display processor）”的功能单元。它才是真正用于画面输出，以及控制屏幕工作的部件。

色彩增强、插帧、超分等功能，往往就是显示处理器、而非GPU的功劳

如果大家还记得我们前几天的相关内容，可能就会想到当下智能手机上的所谓“插帧芯片”。没错，它的本质其实就是一种外挂的显示处理器。作用就是将GPU渲染的画面进行处理、倍线或插帧之后，最终输出给屏幕，并且在这个过程中还可以对色彩、屏幕的像素工作模式（比如防烧屏）等进行额外优化。

这也就解释了为什么只要是外挂插帧芯片跑出来的游戏画面，在监测软件里只能看到“插帧前”帧率的原因。因为它的工作流程本就是独立于GPU之外的，所以不可能被GPU监测软件监测到。

明白了这个道理，再回过头来看看Exynos W1000，其实就很好理解它的设计了。从本质上来说，这就是因为三星出于实用的目的，只为其配备了一颗专为智能手表使用场景而设计、高能效取向的显示处理器单元。所以这就造成了现在所看到的，明明有着不差的GPU，却只能输出非高清画面的结果。

虽然这本身并不会导致什么不好的结果，但它确实帮助我们更好地去理解了现代GPU的发展历程，以及它不太被当今消费者所重视的一点点工作原理。

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