ARM Cortex-A移動(dòng)應用處理器產(chǎn)品簡(jiǎn)介

作者：時(shí)間：2016-11-28 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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ARMCortex-A移動(dòng)應用處理器產(chǎn)品線(xiàn)橫跨了幾代產(chǎn)品和三個(gè)主要產(chǎn)品類(lèi)別。有些開(kāi)發(fā)人員和SoC設計人員經(jīng)歷了一款或多款新型ARM處理器的推出過(guò)程，他們知道該產(chǎn)品線(xiàn)如何從單個(gè)高性能通用CPU設計演進(jìn)成為三個(gè)不同產(chǎn)品線(xiàn)，分別面向高端、中端、入門(mén)級的移動(dòng)設備SoC市場(chǎng)，這讓他們受益匪淺。

　　Cortex-A8

　　ARM在2005年向市場(chǎng)推出Cortex-A8處理器，是第一款支持armv7-a架構的處理器。ARMv7包括3個(gè)關(guān)鍵要素：NEON單指令多數據（SIMD）單元、ARMtrustZone安全擴展、以及thumb2指令集，通過(guò)16位和32位混合長(cháng)度指令以減小代碼長(cháng)度。Cortex-A8是ARM實(shí)現的第一個(gè)基于新ISA的超標量處理器：它實(shí)現了完全雙發(fā)射流水線(xiàn)，這意味著(zhù)cortex-a8能夠同時(shí)發(fā)出在指令流中先后出現的任何兩個(gè)沒(méi)有數據依賴(lài)的指令。但是，它不能亂序來(lái)發(fā)射或撤銷(xiāo)指令-該功能在之后的設計中才被實(shí)現。

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　　當我們推出Cortex-A8時(shí)，很多合作伙伴認為這款處理器放在移動(dòng)電話(huà)上是大材小用，他們很自然地質(zhì)疑道，“客戶(hù)會(huì )在手機上瀏覽互聯(lián)網(wǎng)？不太可能吧。”但是，我們和業(yè)界一些主要思想領(lǐng)袖合作，向客戶(hù)將會(huì )需要的產(chǎn)品邁進(jìn)，尤其是因為當Cortex-A8在2008年投入批量生產(chǎn)時(shí)，高帶寬無(wú)線(xiàn)連接（3G）已經(jīng)問(wèn)世，大屏幕也用于移動(dòng)設備。創(chuàng )新的移動(dòng)行業(yè)充分利用了該產(chǎn)品：Cortex-A8芯片的推出正好趕上了智能手機出貨量猛增的大好時(shí)機。

　　Cortex-A9

　　推出Cortex-A8之后不久，ARM又推出了首款多核ARMv7CPU：cortex-a9。Cortex-A9利用硬件模塊來(lái)管理CPU集群中一至四個(gè)核心之間的高速緩存一致性，加入了一個(gè)外部二級高速緩存。理論上，客戶(hù)可以設計不包括二級緩存的小型版本Cortex-A9，這種設計允許剔除管理高速緩存一致性的邏輯模塊，以實(shí)現尺寸更小的單核設計。但實(shí)際上，大多數設計都采用雙核個(gè)或更多核心并附帶二級高速緩存。此外，在2011年底和2012年初，當移動(dòng)SoC設計人員可以采用多個(gè)核心之后，提高性能的突破點(diǎn)從提高單核性能轉移到提高核的數量。旗艦級高端移動(dòng)CPU迅速從最初的雙核拓撲結構移至四核Cortex-A9。

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　　除了開(kāi)啟了多核性能大門(mén)之外，與Cortex-A8相比，每個(gè)Cortex-A9處理器的單時(shí)鐘周期指令吞吐量提高了大約25%。這個(gè)性能的提升是在保持相似功耗和芯片面積的前提下，通過(guò)縮短流水線(xiàn)并亂序執行以及在流水線(xiàn)早期階段集成neonSIMD和浮點(diǎn)功能而實(shí)現的。

　　Cortex-A15

　　隨著(zhù)智能手機市場(chǎng)開(kāi)始加速發(fā)展，ARM再次預見(jiàn)到了不斷發(fā)展的移動(dòng)系統對芯片性能提出的更高要求。為此ARM開(kāi)發(fā)了一款性能上大幅提升的處理器，用以專(zhuān)門(mén)針對新的高端移動(dòng)市場(chǎng)。在已經(jīng)非常強大的Cortex-A9的基礎上，ARM憑借cortex-a15又將性能提高了50%以上。此外，Cortex-A15引入了一系列架構擴展，從而實(shí)現了更大物理地址空間、硬件虛擬化支持和擴展一致性。在32位系統中內存被劃分為2GB設備內存和2GB普通內存，當設備的RAM超出2GB的時(shí)候，擁有更大的物理地址空間就變得異常重要。ARM和其他合作伙伴也一直在探索虛擬化技術(shù)在商務(wù)移動(dòng)系統和自帶設備中的用戶(hù)操作系統以及類(lèi)似應用情景進(jìn)行探索——擴展一致性在big.LITTLE處理器技術(shù)中被應用的淋漓盡致，它提供了一種降低平均功耗并在功耗受限的條件下優(yōu)化達到最大性能的方法。

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　　Cortex-A15集群集成了監聽(tīng)控制單元（SCU）以實(shí)現硬件一致性，每個(gè)集群包含一至四個(gè)CPU核心，并集成二級高速緩存控制器——Cortex-A15之后的所有ARMCortex-A系列CPU都沿用了這種拓撲結構。

　　在移動(dòng)設備中不斷突破性能極限

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　　比較Cortex-A系列高端處理器的性能，可以看到自從Cortex-A81GH處理器在2008年上市以來(lái)，性能有了大幅提升。

　　一致性擴展機制，實(shí)現為AMBAACE，使下圖所示的big.littleSoC成為可能。在big.LITTLE系統中，通常實(shí)現一個(gè)“大”CPU集群，并對其進(jìn)行調節以滿(mǎn)足高性能的要求，同時(shí)對“小”的CPU集群進(jìn)行調節，滿(mǎn)足對高能效。在典型工作負載中，LITTLE處理器可以處理絕大部分工作，而“big”CPU集群的激活時(shí)間不足10%，在很多情況下還達不到總CPU運行時(shí)間的1%。通過(guò)CoreLinkCCI-400高速緩存一致性互連組件，CPU集群能夠監聽(tīng)其他集群的高速緩存，從而實(shí)現軟件線(xiàn)程從一個(gè)集群到另一集群的快速轉移。

　　Cortex-A12

　　隨著(zhù)智能手機市場(chǎng)的爆炸式增長(cháng)，SoC供應商和OEM將該市場(chǎng)劃分為旗艦高端級別、中端級別、低成本入門(mén)級別。隨著(zhù)這些細分市場(chǎng)的出現，ARM一直在定義專(zhuān)門(mén)針對上述三個(gè)級別市場(chǎng)的不同處理器。cortex-a12是采用全新微架構的一個(gè)全新處理器，專(zhuān)門(mén)面向快速發(fā)展的中端移動(dòng)市場(chǎng)。下圖顯示了這些細分市場(chǎng)的規模，以及面向這些細分市場(chǎng)的ARMCortex-A產(chǎn)品：

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　　Cortex-A12的設計面向中端移動(dòng)SoC，以滿(mǎn)足這一細分市場(chǎng)對于芯片面積和功耗的要求。它使用無(wú)序雙執行流水線(xiàn)，其性能比當前在許多中端移動(dòng)SoC中使用的Cortex-A9高出40%。Cortex-A12在2013年中推向市場(chǎng)，有望在2014投入量產(chǎn)。它是一款32位處理器，具有與Cortex-A15相同的物理地址擴展和相關(guān)的架構特性。

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　　Cortex-A12能夠在很多（但并非全部）用例中提供接近Cortex-A15的性能。Cortex-A12還針對中端移動(dòng)設計進(jìn)行了優(yōu)化，取消了一些企業(yè)功能，使用略微簡(jiǎn)單的流水線(xiàn)，因此在橫跨多個(gè)市場(chǎng)的高端設備上都可以找到Cortex-A15的身影，而Cortex-A12則專(zhuān)門(mén)面向中端移動(dòng)設計。

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