搭載全新ARM Corte -A73處理器，智能手機(jī)設(shè)計(jì)能效及性能再獲優(yōu)化

Lionel Belnet，ARM處理器產(chǎn)品經(jīng)理

搭載全新ARM Corte -A73處理器，智能手機(jī)設(shè)計(jì)能效及性能再獲優(yōu)化

Lionel Belnet，ARM處理器產(chǎn)品經(jīng)理

首先，讓我們回顧一下：2009年發(fā)展至今，幾乎所有智能手機(jī)都已經(jīng)搭載了ARM處理器，性能提升達(dá)100倍。想想看，短短7年的時(shí)間，100倍，多么驚人的數(shù)字！得益于性能的大幅提升，全新的功能、超高速的用戶界面響應(yīng)，以及沉浸式用戶體驗(yàn)已成為現(xiàn)實(shí)，而功耗卻依舊保持不變，移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)領(lǐng)域的種種難題都得以攻克。毋庸置疑，這是工程技術(shù)史上一次空前的壯舉。

圖 1

高性能、全新功能以及優(yōu)化的用戶體驗(yàn)不斷推動(dòng)市場的快速成長，據(jù)預(yù)測，2016年全球智能手機(jī)銷量將會(huì)突破15億部。

伴隨消費(fèi)趨勢的推動(dòng)，智能手機(jī)設(shè)計(jì)已在諸多方面成為未來創(chuàng)新的重要平臺(tái)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、超高清視覺化、基于對(duì)象的音頻處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺，都對(duì)系統(tǒng)性能提出了更高的要求；無獨(dú)有偶，近幾年來，智能手機(jī)不斷追求更加纖薄的機(jī)身設(shè)計(jì)，在一定程度上犧牲了散熱性能，同時(shí)也對(duì)電源管理提出了更高的要求。此外，因?yàn)橹悄苁謾C(jī)尺寸已經(jīng)達(dá)到可以便捷操作的極限，意味著無法通過增大機(jī)身體積來提高電池容量。為了延續(xù)過去10年智能手機(jī)行業(yè)的輝煌，進(jìn)一步優(yōu)化沉浸式用戶體驗(yàn)，引領(lǐng)未來創(chuàng)新，必須要繼續(xù)優(yōu)化性能，提高能效。

截至目前，ARM已經(jīng)發(fā)布其全新高性能處理器—Cortex A73。繼2015年Cortex-A72處理器面市至今，ARM持續(xù)加快創(chuàng)新步伐，又推出全新Cortex-A73處理器，該處理器將于2017年初全面應(yīng)用于高端智能手機(jī)。

得益于專屬設(shè)計(jì)和優(yōu)化，Cortex -A73處理器為移動(dòng)設(shè)備及其他消費(fèi)電子設(shè)備量身打造。Cortex -A73針對(duì)設(shè)備性能及能耗所做的優(yōu)化讓人感到非常興奮：移動(dòng)功率電路性能極佳，頻率最高可達(dá)2.8 GHz；功耗效率提升30%，保證極佳用戶體驗(yàn)；采用迄今為止體積最小的ARMv8-A架構(gòu)。

在產(chǎn)品開發(fā)初期，Cortex-A73的目標(biāo)就已經(jīng)十分明確：打造到目前為止能效最高、性能最強(qiáng)的ARM處理器。

Cortex-A73:ARMv-8A高性能處理器

圖 2

Cortex-A73處理器全面支持ARMv-8A架構(gòu)，其功能集可以完美契合智能手機(jī)及其他消費(fèi)電子設(shè)備。ARMv-8A架構(gòu)采用ARM Trust Zone技術(shù)、NEON技術(shù)、視覺化及密碼學(xué)設(shè)計(jì)，無論系統(tǒng)是32位還是64位，Cortex- A73都能夠支持最廣泛的移動(dòng)應(yīng)用與中間件生態(tài)系統(tǒng)（移動(dòng)軟件的開發(fā)和優(yōu)化默認(rèn)基于ARM架構(gòu)）。

Cortex -A73處理器配有128位AMBA 4 ACE接口，無論是用于高端設(shè)計(jì)的高能效Cortex- A53，還是用于中端及成本壓力更大設(shè)計(jì)的全新超高能效Cortex-A35，ARM big.LITTLE系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)完美兼容。

最佳性能

CortexA73處理器針對(duì)新一代高端智能手機(jī)量身打造。在10 nm工藝制程下，Cortex-A73較前代Cortex-A72高性能CPU的持續(xù)性能提高了30%。頻率達(dá)到2.8 GHz時(shí)，Cortex -A73性能依舊強(qiáng)勁，與持續(xù)能效完美匹配。如圖3所示，Cortex- A73在接近峰值頻率時(shí)，仍能保證正常運(yùn)行。盡管實(shí)際使用頻率會(huì)受到限制，極少滿頻運(yùn)行，但這一測試依舊可以證實(shí)Cortex -A73的強(qiáng)大性能。

圖 3

針對(duì)移動(dòng)設(shè)備的性能優(yōu)化

Cortex-A73處理器支持64 KB指令緩存（基于最先進(jìn)算法的分支預(yù)測）以及高性能指令預(yù)取，最主要的性能優(yōu)化是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，使用高級(jí)L1和L2數(shù)據(jù)預(yù)取，并支持復(fù)雜模式檢測。此外，它也為連續(xù)資料寫入流優(yōu)化了存儲(chǔ)緩沖區(qū)，并將數(shù)據(jù)緩存提高至64 KB，且不會(huì)產(chǎn)生任何時(shí)序影響。

相較于Cortext-A72，得益于上述優(yōu)化及提升，以相同頻率運(yùn)行于Cortex-A73的移動(dòng)應(yīng)用性能最高提升達(dá)10%?；贑ortex-A73的芯片設(shè)計(jì)比前幾代產(chǎn)品更進(jìn)一步推動(dòng)了頻率優(yōu)化，這是一次在提高效能前提下的大膽嘗試；此外，對(duì)比Cortex -A72，全新Cortex-A73處理器在全部存儲(chǔ)工作負(fù)載應(yīng)用環(huán)境下，性能皆提高至少15%，包括多應(yīng)用、操作系統(tǒng)運(yùn)行及NEON復(fù)雜計(jì)算執(zhí)行。

功耗優(yōu)化

盡管Cortex-A73功耗低于Cortex-A72，但性能卻大幅提升。Cortex-A73在時(shí)鐘閘控、功耗優(yōu)化RAM架構(gòu)以及AArch32/AArch64優(yōu)化資源共享執(zhí)行等方面大幅升級(jí)，進(jìn)一步降低了功耗。

對(duì)比Cortex -A72，Cortex-A73整數(shù)工作負(fù)載至少節(jié)省20%功耗；浮點(diǎn)運(yùn)算和存儲(chǔ)器訪問等工作負(fù)載的優(yōu)化甚至更加明顯。功耗的降低顯著提升了用戶體驗(yàn)，并大幅延長電池壽命；與此同時(shí)，功耗優(yōu)化也為SoC保存更多動(dòng)態(tài)余量，提升了系統(tǒng)和圖形處理器性能，實(shí)現(xiàn)了更佳的視覺效果，提高了幀速率，為新功能的添加奠定了基礎(chǔ)。

迄今為止體積最小的ARM高端CPU

除了實(shí)現(xiàn)極高的持續(xù)和峰值性能，Cortex-A73最受關(guān)注的特性在于其以極小的面積發(fā)揮了ARMv8A架構(gòu)高端處理器的卓越性能，為日益崛起的中端智能手機(jī)市場保駕護(hù)航；并以中低成本實(shí)現(xiàn)更佳用戶體驗(yàn)。得益于技術(shù)革新，相較于采用ARMv7A架構(gòu)的CortexA15，全新Cortex-A73處理器面積更小。具體來說，相比Cortex A57和Cortex- A72，Cortex-A73的面積分別縮小70%和42%。參照國際標(biāo)準(zhǔn)，Cortex-A73核心尺寸比Cortex72最高減小25%。除了在16 nm和10 nm工藝等先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用中發(fā)揮作用，Cortex-A73處理器在大眾市場28 nm工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)上也大放異彩，大幅提高了中端移動(dòng)設(shè)備的性能。占用面積的減少允許設(shè)備搭載更多芯片，集成更多功能或提升其他系統(tǒng)IP的性能，也可以減少中端移動(dòng)設(shè)備的SoC及設(shè)備成本。

全面提升中端智能手機(jī)的性能

采用big.LITTLE技術(shù)與CoreLink CCI，ARM為合作伙伴提供優(yōu)異的可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化，打造差異化產(chǎn)品。這意味著什么？SoC設(shè)計(jì)可以采用1或2個(gè)大核以及2個(gè)或4個(gè)小核，其性能和用戶體驗(yàn)甚至可以與高端設(shè)計(jì)相媲美。獨(dú)有的L2緩存減至1 MB，但依然能夠保證有足夠的緩存，支持大核在實(shí)際高性能工作負(fù)荷下的正常運(yùn)行?；谀苄Ｐ?，big.LITTLE軟件可以靈活配置，滿足不同應(yīng)用環(huán)境的需求。

目前，big.LITTLE技術(shù)已經(jīng)在移動(dòng)設(shè)備市場得到廣泛部署。Cortex-A73與Cortex-A53將共同服務(wù)新一代智能手機(jī)，最常見的方式是集成在八核處理器中。此外，Cortex-A73也為提升中端用戶體驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。例如，六核big.LITTLE配置、雙核Cortex-A73處理器和四核Cortex-A53或Cortex- A35處理器可以在同等或更小面積下實(shí)現(xiàn)比八核Cortex-A53更佳的性能。該拓?fù)湟呀?jīng)十分普遍，并已經(jīng)成功應(yīng)用于入門級(jí)和中端設(shè)備。由于瀏覽網(wǎng)頁和滾動(dòng)界面等應(yīng)用的響應(yīng)時(shí)間縮短，所以與八核Cortex-A53相比，Cortex-A73六核在性能上提升了30%，單線程峰值性能提高了一倍，大幅提升了用戶體驗(yàn)。

ARM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不斷提升用戶體驗(yàn)，充分發(fā)揮基于ARM架構(gòu)移動(dòng)設(shè)備的專屬特性：搭載Cortex-A73處理器，以更低的功耗和更小的空間實(shí)現(xiàn)更佳性能與更長電池壽命。2016年晚些時(shí)候到2017年，Cortex-A73處理器將會(huì)逐漸覆蓋到合作伙伴的高端智能手機(jī)、平板電腦、翻蓋式移動(dòng)設(shè)備、數(shù)字電視等一系列消費(fèi)電子設(shè)備。讓我們拭目以待，共同見證這些產(chǎn)品的問世！

??薛士然

2016-08-08）