64位：加速移動(dòng)設(shè)備

新一代智能手機(jī)和平板電腦的中端和高端產(chǎn)品上將采用64位的處理器，設(shè)備的性能將大幅度地提升。下面CHIP將帶大家一起去了解64位移動(dòng)系統(tǒng)芯片的技術(shù)原理以及當(dāng)前的市場(chǎng)狀況。

蘋果iPhone 6、Google Nexus 9和HTC Desire 510有何共同點(diǎn)？它們是全球范圍內(nèi)首批使用64位移動(dòng)處理器的智能手機(jī)。2015年將有許多64位的新移動(dòng)芯片推出市場(chǎng)，也將有許多智能手機(jī)從32位切換到64位。Windows必須從32位切換到64位，是因?yàn)?2位系統(tǒng)最多只能夠使用4GB的內(nèi)存，但是對(duì)于智能手機(jī)和平板電腦來(lái)說(shuō)，4GB的內(nèi)存完全能夠滿足需求，很顯然移動(dòng)設(shè)備遷移到64位是為了其他的原因，下面CHIP將告訴大家64位移動(dòng)設(shè)備究竟有何優(yōu)勢(shì)。

99%以上的移動(dòng)芯片使用英國(guó)ARM的芯片架構(gòu)，早在2011年，ARM已經(jīng)在其32位移動(dòng)處理器Cortex A15中加入了可以支持更多內(nèi)存的大物理地址擴(kuò)展技術(shù)，在該技術(shù)的幫助下，Cortex A15在32位的環(huán)境下可以尋址1TB的內(nèi)存，因而，對(duì)于移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，并沒有32位Windows操作系統(tǒng)內(nèi)存容量局限的問題。

雙倍的計(jì)算能力

從技術(shù)上講，64位架構(gòu)意味著一個(gè)CPU時(shí)鐘脈沖能夠處理8個(gè)字節(jié)（64位），而在32位的系統(tǒng)中每個(gè)時(shí)鐘脈沖僅可以處理4個(gè)字節(jié)。這是64位架構(gòu)的第一個(gè)優(yōu)勢(shì)：每一個(gè)時(shí)鐘脈沖的計(jì)算工作翻一番，因此，制造商即使降低CPU的時(shí)鐘，智能手機(jī)仍然可以擁有更快的響應(yīng)速度，并且功耗將顯著降低。

不過，64位架構(gòu)的CPU需要其他一些相應(yīng)的調(diào)整才可以真正發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。由于CPU數(shù)據(jù)是通過總線系統(tǒng)傳送的，因而，總線必須支持64位體系。無(wú)論是數(shù)據(jù)總線還是之間的地址，即使64位系統(tǒng)具體運(yùn)作時(shí)并不真的需要64位，但全部都必須采用64位架構(gòu)。再有就是CPU相關(guān)的內(nèi)存寄存器，這些被用于基本運(yùn)算操作的寄存器也必須是64位的，它的情況有點(diǎn)類似于總線：存儲(chǔ)容量是越大越好，更大、更多的寄存器能夠確保更高的性能。

兼容所有應(yīng)用程序

移動(dòng)設(shè)備向64位遷移主要源于ARM的決定，ARM的系統(tǒng)架構(gòu)將從ARMv7升級(jí)為ARMv8時(shí)切換到64位。蘋果是第一個(gè)遷移到64位的芯片制造商，并且已經(jīng)在其iPhone 5S智能手機(jī)上推行。不過，很快其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也已經(jīng)爭(zhēng)相效仿和實(shí)施ARMv8架構(gòu)，因而市場(chǎng)上有越來(lái)越多支持64位的系統(tǒng)芯片（System on Chip，簡(jiǎn)稱SoC）。而真正的創(chuàng)新在于ARMv8（請(qǐng)參閱ARMv7與ARMv8的對(duì)比表格）：很明顯，在一切都仍然是32位的移動(dòng)設(shè)備世界中，絕對(duì)不可能說(shuō)切換到64位將能夠順利遷移，例如所有的移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用程序仍然是32位的。因此，ARM公司在ARMv8中采用了一種非常巧妙的設(shè)計(jì)，它結(jié)合了兩種模式，可以讓32位應(yīng)用程序繼續(xù)以32位模式工作，而操作系統(tǒng)和64位應(yīng)用程序可以在64位模式下工作。因而，遷移的過程不會(huì)對(duì)用戶產(chǎn)生任何困擾，用戶也基本上不會(huì)看到什么明顯的變化。

64位指令集

理論上ARMv8可以比此前的架構(gòu)ARMv7使用更多的內(nèi)存，64位的ARMv8使用48位的內(nèi)存尋址，也就是說(shuō)，新的架構(gòu)可以管理高達(dá)256TB的內(nèi)存。不過，ARMv8的真正優(yōu)勢(shì)其實(shí)是64位指令集A64。ARM重新設(shè)計(jì)的這一指令集解決了ARMv7一直存在的一些缺點(diǎn)，新的指令集所有指令現(xiàn)在被固定在32位的長(zhǎng)度，一個(gè)64位指令將可以組合兩個(gè)指令。一直以來(lái)ARMv7都使用可以改變長(zhǎng)度的指令，這聽起來(lái)很不錯(cuò)，但是CPU將需要耗費(fèi)更多的時(shí)間去進(jìn)行解碼。新的指令集所有指令都是標(biāo)準(zhǔn)的32位大小，它們可以被更快地進(jìn)行處理。分支預(yù)測(cè)與預(yù)編碼等工作也可以更容易地實(shí)現(xiàn)，同時(shí)固定長(zhǎng)度的指令不容易出錯(cuò)。

此外，ARM還配備了更大、更多的64位架構(gòu)寄存器，可以自由使用的寄存器和浮點(diǎn)寄存器數(shù)量增加了一倍，這可以提供更高的計(jì)算吞吐量。這對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用程序非常有幫助，可以更好地支持后臺(tái)工作的實(shí)時(shí)編譯器。編譯器主要負(fù)責(zé)在程序運(yùn)行時(shí)將代碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器語(yǔ)言，因而，這將可以使Web應(yīng)用程序運(yùn)行得更快，因?yàn)閃eb應(yīng)用程序通常使用了大量的JavaScript程序。除此之外，ARMv8在安全性方面也有所提高，它支持SHA-1和SHA-256散列算法，可以實(shí)施更有效的AES硬件加密。

不過，64位硬件只是成功的一半，只有在操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件皆遷移的64位才可以真正發(fā)揮64位架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。好消息是，iOS 8和Android 5.0都將支持64位，應(yīng)用軟件方面蘋果App Store也已經(jīng)準(zhǔn)備好，而且從2015年2月1日起，新提交到App Store的應(yīng)用軟件將必須支持64位。至于微軟，暫時(shí)還沒有就此發(fā)表任何正式的聲明，但是64位Windows Phone的一部原型機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)。