ARM内核全解析，从ARM7,ARM9到Cortex-A7,A8,A9,A12,A15到Cortex-A53,A57,

jiqimao12448 · 发表于 2015-8-28 23:33:36

Cortex-A72处理器

不久前，ARM发布了自己的下一代核心Cortex-A72，A72将会直接取代A57，定位高端市场。

Cortex-A72性能已达到PC级CPU

ARM从A15之后，执行大小核的架构，所谓的big.LITTLE，在低负载用小核心，高负载用大核心，平衡性能与功耗的矛盾。

而这一次，ARM只发布了一个大核心A72，与其配套的小核心依然是上一代的A53,没有进一步发展，虽然ARM此前已经宣称，A53将顺序执行架构做到了极致。但是我们不认为就没有可升级的余地。ARM不更新的原因，可能是在小核心上，A53的性能已经够了，进一步升级无意义。
在这个A72的大核心上，ARM表示，Cortex-A72是其性能最出色、最先进的处理器，构建在Cortex-A57的基础之上，性能可达Cortex-A15 3.5倍。不过，从架构图和规格表上看，A72和A57并没有本质的不同，仍旧最多四核心，一级二级的缓存容量都没变，只是做了一些细节调整，比较明显的变化是砍去了NEON SIMD引擎中的加密扩展功能，总线接口扩展到128bit。
所以，A72的性能提升可能来自于微架构的改进，譬如分支预测的效率等等。
A72号称性能比A15处理器提升3.5倍，在同样的工作负载下，功耗降低75%。搭配大小核心方案，功耗还能降低40%-60%看上去非常美好。
不过，我们要知道，按照ARM这种性能算法，A57比A15也有1.9倍的性能提升。那是建立在20nm对28nm工艺的基础之上的。同样，A72这个所谓3.5倍的性能提升，也是建立在16nmfinFET对28nm的工艺优势上。
实际上，ARM的A57在同频下相对于A15只有25%-30%的提升。1.9GHZ的A15跑specint2000，大约是1100分，1.7GHZ的A57跑specint2000是1250分。
按照ARM的比例，3.5倍的A72相比1.9倍的A57只提升了1.84倍，估计同频A72相对于A57大约也是25%左右的提升。也就是1.7Ghz的A72跑Specint2000大约在1550分。
这个分数和苹果的A8处理器差不多，而A8是1.4GHZ，ARM这个下一代的A72核心，同频性能很可能还不如苹果的A8。
不过A8用在手机上只是双核心，而A72起步就是四核心，在频率上，A72号称能达到2.5GHZ，所以总体性能A72的处理器还是有优势的。不过等A72在2016年上市的时候，苹果A10可能都在路上了。
放到PC上去比较，A72大约还在酷睿2的等级，这个性能很不错，但是不能与主流的Intel i7去比较，移动距离桌面还有很远的距离。
多核心效率和内存性能大幅提升
CoreLink CCI-500最大的变化就是增加了一个“探听过滤器”(Snoop Filter)，从而使探听控制不再局限于单个簇内部的CPU之间，可以扩展到整个处理器的所有核心。
过去，ARM虽然支持多核心，但实际上是四个核心一个簇，簇内部是有侦听的，可以解决缓存一致性的问题，而簇之间是没有的，所以从四核心到八核心会有一定的性能下降。
而ARM提倡的大小核恰恰是八核心的，这次增加“探听过滤器”可以提升多核心的性能。
额外的开销少了，内存的性能也跟着提升，ARM宣称CoreLink CCI-500可以提升30%的内存性能。
在内存带宽上，CoreLink CCI-500提升到了四通道128-bit内存位宽。这让采用ARM公版设计的厂商可以支持更宽的内存带宽，进而支持更高分辨率的显示设备。
而过去，只有高通的处理器内存带宽比较高，因为高通不使用ARM的一致性互联架构，而是自己搞一套。而高通处理器的体验也一直比较好。
在核心支持上，最多支持的CPU簇也从2个增加到4个，每个簇可以支持四个处理器，这样算最多可以支持16个处理器，可以用于一些高性能领域。手机上因为功耗原因估计还会是8核心（大小四核心）作为主流。
对消费者来说，最实惠就是“探听过滤器”带来的效能提升和四通道128-bit内存位宽带来的体验提升。

目前，海思、联发科、瑞芯微等都已经购买了Cortex-A72的授权，预计2016年我们就能看到相关产品。怪兽即将来袭。

● Cortex-A57、A53处理器

　　 Cortex-A53、Cortex-A57两款处理器属于Cortex-A50系列，采用64位ARMv8架构。

　　在A72发布之前， Cortex-A57是ARM最先进、性能最高的应用处理器，号称可在同样的功耗水平下达到当今顶级智能手机性能的三倍；而Cortex-A53是世界上能效最高、面积最小的64位处理器，同等性能下能效是当今高端智能手机的三倍。这两款处理器还可整合为ARM big.LITTLE（大小核心伴侣）处理器架构，根据运算需求在两者间进行切换，以结合高性能与高功耗效率的特点，两个处理器是独立运作的。

应用案例：三星Exynos 5433，Marvell PXA1928，联发科MT6752，高通骁龙810等

● Cortex-A15处理器架构解析

　　 ARM Cortex-A15处理器隶属于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架构。

　　 Cortex-A15 MPCore处理器具有无序超标量管道，带有紧密耦合的低延迟2级高速缓存，该高速缓存的大小最高可达4MB。浮点和NEON媒体性能方面的其他改进使设备能够为消费者提供下一代用户体验，并为 Web 基础结构应用提供高性能计算。Cortex-A15处理器可以应用在智能手机、平板电脑、移动计算、高端数字家电、服务器和无线基础结构等设备上。

　　理论上，Cortex-A15 MPCore处理器的移动配置所能提供的性能是当前的高级智能手机性能的五倍还多。在高级基础结构应用中，Cortex-A15 的运行速度最高可达2.5GHz，这将支持在不断降低功耗、散热和成本预算方面实现高度可伸缩的解决方案。

　　应用案例：三星Exynos 5250。三星Exynos 5250芯片是首款A15芯片，应用在了最近发布的Chromebook和Nexus 10平板电脑上面。Exynos 5250的频率是1.7GHz，采用32纳米的HKMG工艺，配备了Mali-604 GPU，性能强大。另外据传三星下一代Galaxy S4将会搭载四核版的Exynos 5450芯片组，同样应用Cortex-A15内核。另外NVIDIA Tegra 4采用A15内核。