ARM Cortex-A移動應(yīng)用處理器產(chǎn)品簡介

作者：時間：2016-11-28 來源：網(wǎng)絡(luò)

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ARMCortex-A移動應(yīng)用處理器產(chǎn)品線橫跨了幾代產(chǎn)品和三個主要產(chǎn)品類別。有些開發(fā)人員和SoC設(shè)計人員經(jīng)歷了一款或多款新型ARM處理器的推出過程，他們知道該產(chǎn)品線如何從單個高性能通用CPU設(shè)計演進(jìn)成為三個不同產(chǎn)品線，分別面向高端、中端、入門級的移動設(shè)備SoC市場，這讓他們受益匪淺。

　　Cortex-A8

　　ARM在2005年向市場推出Cortex-A8處理器，是第一款支持armv7-a架構(gòu)的處理器。ARMv7包括3個關(guān)鍵要素：NEON單指令多數(shù)據(jù)（SIMD）單元、ARMtrustZone安全擴展、以及thumb2指令集，通過16位和32位混合長度指令以減小代碼長度。Cortex-A8是ARM實現(xiàn)的第一個基于新ISA的超標(biāo)量處理器：它實現(xiàn)了完全雙發(fā)射流水線，這意味著cortex-a8能夠同時發(fā)出在指令流中先后出現(xiàn)的任何兩個沒有數(shù)據(jù)依賴的指令。但是，它不能亂序來發(fā)射或撤銷指令-該功能在之后的設(shè)計中才被實現(xiàn)。

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　　當(dāng)我們推出Cortex-A8時，很多合作伙伴認(rèn)為這款處理器放在移動電話上是大材小用，他們很自然地質(zhì)疑道，“客戶會在手機上瀏覽互聯(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，向客戶將會需要的產(chǎn)品邁進(jìn)，尤其是因為當(dāng)Cortex-A8在2008年投入批量生產(chǎn)時，高帶寬無線連接（3G）已經(jīng)問世，大屏幕也用于移動設(shè)備。創(chuàng)新的移動行業(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利用硬件模塊來管理CPU集群中一至四個核心之間的高速緩存一致性，加入了一個外部二級高速緩存。理論上，客戶可以設(shè)計不包括二級緩存的小型版本Cortex-A9，這種設(shè)計允許剔除管理高速緩存一致性的邏輯模塊，以實現(xiàn)尺寸更小的單核設(shè)計。但實際上，大多數(shù)設(shè)計都采用雙核個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(dāng)移動SoC設(shè)計人員可以采用多個核心之后，提高性能的突破點從提高單核性能轉(zhuǎn)移到提高核的數(shù)量。旗艦級高端移動CPU迅速從最初的雙核拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)移至四核Cortex-A9。

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

　　Cortex-A15

　　隨著智能手機市場開始加速發(fā)展，ARM再次預(yù)見到了不斷發(fā)展的移動系統(tǒng)對芯片性能提出的更高要求。為此ARM開發(fā)了一款性能上大幅提升的處理器，用以專門針對新的高端移動市場。在已經(jīng)非常強大的Cortex-A9的基礎(chǔ)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(gòu)擴展，從而實現(xiàn)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(tǒng)中內(nèi)存被劃分為2GB設(shè)備內(nèi)存和2GB普通內(nèi)存，當(dāng)設(shè)備的RAM超出2GB的時候，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)移動系統(tǒng)和自帶設(shè)備中的用戶操作系統(tǒng)以及類似應(yīng)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(yīng)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(dá)到最大性能的方法。

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　　Cortex-A15集群集成了監(jiān)聽控制單元（SCU）以實現(xiàn)硬件一致性，每個集群包含一至四個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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　在移動設(shè)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，性能有了大幅提升。

　　一致性擴展機制，實現(xiàn)為AMBAACE，使下圖所示的big.littleSoC成為可能。在big.LITTLE系統(tǒng)中，通常實現(xiàn)一個“大”CPU集群，并對其進(jìn)行調(diào)節(jié)以滿足高性能的要求，同時對“小”的CPU集群進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足對高能效。在典型工作負(fù)載中，LITTLE處理器可以處理絕大部分工作，而“big”CPU集群的激活時間不足10%，在很多情況下還達(dá)不到總CPU運行時間的1%。通過CoreLinkCCI-400高速緩存一致性互連組件，CPU集群能夠監(jiān)聽其他集群的高速緩存，從而實現(xiàn)軟件線程從一個集群到另一集群的快速轉(zhuǎn)移。

　　Cortex-A12

　　隨著智能手機市場的爆炸式增長，SoC供應(yīng)商和OEM將該市場劃分為旗艦高端級別、中端級別、低成本入門級別。隨著這些細(xì)分市場的出現(xiàn)，ARM一直在定義專門針對上述三個級別市場的不同處理器。cortex-a12是采用全新微架構(gòu)的一個全新處理器，專門面向快速發(fā)展的中端移動市場。下圖顯示了這些細(xì)分市場的規(guī)模，以及面向這些細(xì)分市場的ARMCortex-A產(chǎn)品：

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　　Cortex-A12的設(shè)計面向中端移動SoC，以滿足這一細(xì)分市場對于芯片面積和功耗的要求。它使用無序雙執(zhí)行流水線，其性能比當(dāng)前在許多中端移動SoC中使用的Cortex-A9高出40%。Cortex-A12在2013年中推向市場，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(gòu)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還針對中端移動設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化，取消了一些企業(yè)功能，使用略微簡單的流水線，因此在橫跨多個市場的高端設(shè)備上都可以找到Cortex-A15的身影，而Cortex-A12則專門面向中端移動設(shè)計。

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