64位快兩倍 蘋(píng)果iPhone 5s A7芯片解讀

　　iPhone5S上的Frax應(yīng)用程序90%的性能提升說(shuō)明了蘋(píng)果A7芯片并不是營(yíng)銷(xiāo)噱頭。因?yàn)橛?4位的設(shè)計(jì)，這些優(yōu)點(diǎn)都顯得并不突出。

　　蘋(píng)果的A7芯片是否如發(fā)布新iPhone5S時(shí)所承諾的那樣在處理數(shù)據(jù)和圖形時(shí)速度要快兩倍呢?至少對(duì)于BenWeiss而言，答案是肯定的。他的應(yīng)用程序(簡(jiǎn)稱(chēng)App)非常適合利用新處理器的這些特點(diǎn)。

　　Weiss表示，該App是Iter9的新Frax應(yīng)用程序，通過(guò)在CPU和GPU上執(zhí)行數(shù)學(xué)計(jì)算來(lái)產(chǎn)生大量詳細(xì)的分形圖像。iPhone5S的速度得到了極大的提升，尤其是在一次一個(gè)像素這樣辛苦地計(jì)算紛繁迷幻的圖像時(shí)明顯有更快的渲染時(shí)間。

　　Weiss稱(chēng)，F(xiàn)rax目前是32位的App，它在搭載A7的iPhone5S上的運(yùn)行速度比在搭載A6的iPhone5上的速度要快50%。緊接著第二個(gè)速度提升是：Frax在第一個(gè)64位版本的iPhone5S的運(yùn)行速度要比在32位版本的速度快25%?？偟膩?lái)說(shuō)，這意味著64位的App在iPhone5S上的運(yùn)行速度比32位版本的iPhone5快了近90%。

　　他補(bǔ)充道：“新品發(fā)布后不久，我們就會(huì)有這樣的準(zhǔn)備。這樣iPhone5S用戶就可以充分利用64位版本。他還期望通過(guò)軟件優(yōu)化來(lái)進(jìn)一步提升性能。”

　　真實(shí)世界科技的首要分析師DavidKanter表示，盡管其他開(kāi)發(fā)人員可能不會(huì)期望有相同的速度提升。分形圖像的計(jì)算可增加處理器的負(fù)擔(dān)，這也恰好是它超前高效處理的工作，并沒(méi)有主流軟件中常出現(xiàn)的時(shí)斷時(shí)續(xù)。

　　Kanter稱(chēng)：“分形化是最好的一種工作量。無(wú)論他們看到的是哪一種加速都有可能是最好的情況。”

　　當(dāng)蘋(píng)果在發(fā)布更好性能的A7芯片時(shí)，蘋(píng)果并不清楚它正在使用的是哪一種速度測(cè)試及其結(jié)果有多么的普遍。但是，有一件事情是肯定的：即使沒(méi)有涉及任何詭計(jì)，衡量實(shí)際性能的基準(zhǔn)也總是不完善的。

　　速度測(cè)試允許人們?cè)诓煌挠布?、操作系統(tǒng)和配置等方面進(jìn)行軟件性能的比較。然而，人們很難找到能直接預(yù)測(cè)大量各種類(lèi)型的實(shí)際應(yīng)用程序的衡量基準(zhǔn)。不同的軟件強(qiáng)調(diào)計(jì)算性能的不同方面，如內(nèi)存訪問(wèn)、圖像操作、運(yùn)行單一的步驟序列、可以在多個(gè)處理器內(nèi)核中運(yùn)行多個(gè)序列等等。

　　64位提升?不會(huì)

　　有一些點(diǎn)卻是很清楚的。在Frax的例子中，前些時(shí)被芯片制造商及競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的高通公司高管嘲笑為騙人的玩意的A7芯片的64位本質(zhì)上并不能促進(jìn)如今性能的提升。64位芯片支持超過(guò)4G的內(nèi)存，iOS設(shè)備尚未受到該限制，但是64位的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多能提升其性能的其他方面的改進(jìn)。

　　相反，F(xiàn)rax的提升主要有兩個(gè)變化。一個(gè)是A7有大量被稱(chēng)之為寄存器的存儲(chǔ)槽。二是它實(shí)際上可以在存儲(chǔ)有浮點(diǎn)格式的數(shù)字方面執(zhí)行更快速度的高精度計(jì)算。Weiss表示，

　　64位版本的速度要快得多主要有兩個(gè)原因。其一，CPU上硬件寄存器的數(shù)量增加了一倍，從16到32。Frax有一些相當(dāng)復(fù)雜的內(nèi)部回路，它一次可以追蹤超過(guò)16個(gè)數(shù)字，這就意味著有些數(shù)值可以在寄存器和存儲(chǔ)器之間不斷地來(lái)回移動(dòng)以騰出空間。但是，32個(gè)寄存器有我們所需的足夠空間，所以代碼可以更有效地運(yùn)行。

　　其二，64位芯片可以并行執(zhí)行兩個(gè)雙精度運(yùn)算，而以前的芯片只能一次執(zhí)行一個(gè)。這需要特殊的編碼，而理論上它可以導(dǎo)致速度增加一倍。

　　盡管與64位芯片本身沒(méi)有關(guān)系，但是這些兩個(gè)雙精度運(yùn)算的SIMD(singleinstruction,multipledata單指令多數(shù)據(jù))指令被認(rèn)為是整體64位設(shè)計(jì)變化的一部分。

　　他還表示，A7使用的ARMv8芯片架構(gòu)提升了Frax。因?yàn)樗梢砸徊降轿?、而不是分兩步?lái)執(zhí)行一個(gè)乘法和加法組合。

　　真實(shí)世界科技的Kanter還指出A7對(duì)更廣泛的各種軟件有益的其他優(yōu)勢(shì)。那就是：當(dāng)需要芯片從某設(shè)備的主存儲(chǔ)器或高速緩存存儲(chǔ)器中檢索數(shù)據(jù)時(shí)，它擁有更好的性能。具體來(lái)說(shuō)，該芯片能更快地從其二級(jí)緩存中檢索數(shù)據(jù)(二級(jí)緩存是處理器查找數(shù)據(jù)的首要位置)，這即意味著該芯片浪費(fèi)更少的查找時(shí)間。

　　Kanter稱(chēng)：“A7有一些與處理器內(nèi)核無(wú)關(guān)的非常大的改善。特別是它們的緩存速度更快。內(nèi)存寬帶速度快了2倍左右，而二級(jí)緩存是以前延遲的一半左右。

　　為64位芯片改進(jìn)軟件

　　Weiss稱(chēng)，盡管他的軟件由于PC產(chǎn)業(yè)的過(guò)渡問(wèn)題大部分已經(jīng)被編寫(xiě)為獨(dú)立的32位和64位，但是創(chuàng)建64位版本仍是“出奇的容易”。

　　他還講道：“我們的代碼庫(kù)約有10萬(wàn)行，而我只花了大約一個(gè)小時(shí)就解決了編譯的問(wèn)題。在這之后它第一次運(yùn)行得就很完美。幾年前已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)臺(tái)式機(jī)的過(guò)渡，我的代碼就是在這種預(yù)期中寫(xiě)成的。”

　　因?yàn)樘幚砥髟O(shè)計(jì)師們十年前就遭遇了時(shí)鐘速度的熱門(mén)問(wèn)題，所以芯片制造商們開(kāi)始推出可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作序列的多核處理器。他們的想法是，如果你不能使時(shí)鐘運(yùn)行的速度更快，那么你可以把它分成多個(gè)并行任務(wù)來(lái)做更多的工作。

　　然而，不幸的是，很多軟件被編寫(xiě)在一個(gè)單一操作序列中運(yùn)行。多核芯片能夠幫助處理多個(gè)任務(wù)、存儲(chǔ)文件、分成??獨(dú)立部分的計(jì)算。圖形任務(wù)很容易被劃分在多核中，這就是為什么圖形芯片被迅速推入多核領(lǐng)域的原因。

　　蘋(píng)果堅(jiān)定不移地堅(jiān)持了雙核處理器，而一些安卓競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手已經(jīng)構(gòu)建了四核、甚至是八核設(shè)備。不過(guò)，F(xiàn)rax是這些實(shí)際上可以使用多核的App之一。幸運(yùn)的是，對(duì)Iter9而言，它也有使用圖形處理單元(graphicsprocessingunit,GPU)的處理能力。Weiss表示：

　　Frax充分運(yùn)用了CPU和GPU，也盡可能地吸收更多可用的處理能力。我們?cè)谠缙诘男酒弦呀?jīng)看到內(nèi)核數(shù)量近線性的增加，因此我們預(yù)計(jì)Frax在四核芯片上的運(yùn)行速度會(huì)比在雙核芯片上要快近2倍。GPU就是像這樣具有內(nèi)在的可拓展性，在iPhone5S上的這一個(gè)簡(jiǎn)直就是怪物!iPhone5S上的GPU運(yùn)行速度比iPhone4上的要快20倍左右。

　　即使64位架構(gòu)沒(méi)有性能上的提升或短期的關(guān)鍵需求，蘋(píng)果現(xiàn)在做出此舉也是有原因的。也許，最值得注意的是隨著設(shè)計(jì)而來(lái)改進(jìn)后的編程特征。

　　Kanter稱(chēng)，其他原因可能是蘋(píng)果想要先關(guān)住軟件，然后關(guān)注硬件。使用所有4GB內(nèi)存容量也有一些限制，雖然說(shuō)原則上32位的設(shè)計(jì)是可能的。這就有可能推動(dòng)公司向64位的轉(zhuǎn)變，就算你只想使用2GB或3GB內(nèi)存。最后，蘋(píng)果可能想要先完成該架構(gòu)的轉(zhuǎn)變，然后才考慮擴(kuò)大其包括三星和臺(tái)積電在內(nèi)的生產(chǎn)供應(yīng)商。

　　因此，64位的舉動(dòng)是有實(shí)際原因的。Frax可以證明，A7并不是營(yíng)銷(xiāo)噱頭。