Cortex-A15架構(gòu)解析：探索強(qiáng)勁性能的秘密

　　今年的新手機(jī)趨勢無異是全面向四核靠攏，不過同樣是四核，在實(shí)際的性能上其實(shí)是千差萬別。例如針對(duì)入門級(jí)主流市場的四核手機(jī)普遍采用的都是Cortex-A7以及 Cortex-A9 級(jí)別的CPU內(nèi)核，這類內(nèi)核性能、成本以及發(fā)熱都會(huì)較低，因此在入門市場上大行其道。

　　而在高端智能手機(jī)中則出現(xiàn)了一些新的變化，除了去年就已經(jīng)嶄露頭角的高通Krait系列架構(gòu)四核外，ARM正統(tǒng)的Cortex-A15也開始走上了四核手機(jī)的舞臺(tái)，例如三星的Exynos 5 Octa、NVIDIA 的Tegra 4。

　　Cortex-A15是ARM Cortex-A家族中目前最強(qiáng)勁的CPU內(nèi)核架構(gòu)，發(fā)布時(shí)間為2010年，德州儀器是最早（2011年）投產(chǎn)基于該架構(gòu)處理器（型號(hào)為OMAP 5）的授權(quán)廠商。

　　和ARM的Cortex-A7、Cortex-A9等微架構(gòu)相比，Cortex-A15有很大的不同。

　　A15和A9同樣具備亂序執(zhí)行，但是Cortex-A15具備（兩倍）的指令發(fā)射端口和執(zhí)行資源，指令解碼能力也要高出50%，動(dòng)態(tài)分支預(yù)測能力更強(qiáng)（采用了多層級(jí)分支表緩存），指令拾取帶寬更強(qiáng)（128 bit vs 64 bit），這些都能讓A15的流水線執(zhí)行具備更高的效率。除此以外，A15采用了VFPv4浮點(diǎn)單元設(shè)計(jì)，能執(zhí)行FMA指令以及硬件除法指令，相較而言A9的峰值向量浮點(diǎn)性能基本上只有A15的一半。

　　不過在現(xiàn)實(shí)中，A15 的對(duì)手應(yīng)該是高通自行設(shè)計(jì)的 ARMv7A 兼容處理器架構(gòu) Krait。高通對(duì) Krait 的架構(gòu)細(xì)節(jié)透露并不是很多，大致上就是 3 個(gè)指令解碼端口（和 A15 一樣）、7個(gè)指令發(fā)射端口（A15 是8個(gè)）、4個(gè)發(fā)射端口（A15 是8個(gè)），具備4KB+4KB的單周期時(shí)延L0 Cache設(shè)計(jì)。

　　如果采用老掉牙的Dhrystone DMIPS/MHz作為性能衡量指標(biāo)，Krait 是3.3，A9 是2.5，而A15則是3.5，從紙面上看Krait的確非常適合作為A15的對(duì)手。

　　不過Dhrystone的缺點(diǎn)是顯而易見，它是完全可以塞進(jìn)CPU的L1 cache里執(zhí)行，這就意味著無法以此對(duì)L2 cache（A15是一體化設(shè)計(jì)，Krait是分離式設(shè)計(jì)，一體化設(shè)計(jì)可以減少內(nèi)存交換導(dǎo)致的大量時(shí)延）、亂序執(zhí)行的硬件效率/復(fù)雜性、內(nèi)存子系統(tǒng)單元（A15的內(nèi)存單元可以實(shí)現(xiàn)在一定條件下預(yù)執(zhí)行一條加載指令，而Krait能否具備這樣的能力尚不清楚）等諸多體系架構(gòu)區(qū)別對(duì)實(shí)際性能的影響作出有價(jià)值評(píng)估。

　　當(dāng)然，ARM采用的DMIPS指標(biāo)實(shí)際上并非28年前的那個(gè)Dhrystone，而是來自EEBMC Coremark（其實(shí) Coremark 就是前者的改善版本，主要是為了減少預(yù)優(yōu)化、對(duì)測試有比較嚴(yán)格的規(guī)則），但是CoreMark同樣可以塞進(jìn)現(xiàn)今大多數(shù)處理器的L1 cache里，Dhrystone不能反映現(xiàn)今移動(dòng)設(shè)備真實(shí)應(yīng)用的問題在這里依然存在。

　　由于應(yīng)用環(huán)境日趨復(fù)雜，要正確評(píng)估一個(gè)移動(dòng)設(shè)備處理器的性能變得越來越復(fù)雜，因?yàn)楝F(xiàn)在的移動(dòng)設(shè)備跑的網(wǎng)頁瀏覽、三維游戲、音視頻、人工智能等都不可能可以完全塞進(jìn)L1 Cache里，因?yàn)檫@些應(yīng)用牽涉到大量的數(shù)據(jù)處理。

　　這時(shí)候，人們?cè)谂_(tái)式機(jī)性能評(píng)估上學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)和測試辦法就可以在移動(dòng)設(shè)備上采用了。對(duì)CPU測試來說，最合理的測試方式是采用多種計(jì)算規(guī)模的真實(shí)應(yīng)用源代碼以本機(jī)代碼進(jìn)行編譯再進(jìn)行測試，在這樣的情況下移動(dòng)設(shè)備的計(jì)算單元、內(nèi)存單元都得以充分考驗(yàn)，測試結(jié)果最具參考價(jià)值。

　　能夠獲得業(yè)界（計(jì)算機(jī)工業(yè)、學(xué)術(shù)科研）官方認(rèn)可的CPU測試當(dāng)屬SPEC.org的SPEC CPU，它就是采用源代碼方式，讓測試人員可以編譯為本機(jī)代碼來測試，許多處理器在研發(fā)伊始就采用SPEC CPU作為最重要的性能評(píng)估指標(biāo)。

　　SPEC CPU的最新版本為CPU2006，但是CPU2006針對(duì)的是當(dāng)前的臺(tái)式機(jī)、工作站、服務(wù)器處理器應(yīng)用環(huán)境，內(nèi)存容量（CPU2006 支持多線程測試，因此要求的內(nèi)存容量相當(dāng)高，8線程處理器用16 GB內(nèi)存也是有點(diǎn)勉強(qiáng)）和自身存儲(chǔ)空間（未編譯時(shí)就要數(shù)GB空間，編譯后就要占用1xGB了）要求都較高，因此采用CPU2006對(duì)目前的移動(dòng)設(shè)備來說是不太現(xiàn)實(shí)的。

　　SPEC CPU是每隔幾年就更新一次，在CPU2006之前的舊版本為CPU2000，它的speed整數(shù)性能測試完全可以在1GB級(jí)別的移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行，在以前甚至有一些 CPU2000的測試被移植到GPU上做加速性能測試。

　　ARM陣營極少公布SPEC CPU測試結(jié)果，這當(dāng)然也是有原因的，因?yàn)樵谶^去的不少時(shí)間里，ARM針對(duì)的設(shè)備大都只有幾百兆內(nèi)存空間，塞進(jìn)操作系統(tǒng)后，留給程序運(yùn)行的空間就更少，此外由于省電先決的考量ARM處理器的性能其實(shí)真的不怎么樣。

　　不過有意思的是，今年ARM陣營里的NVIDIA在發(fā)布Tegra 4的時(shí)候公布了CPU2000INT的測試結(jié)果：在1.9GHz 頻率設(shè)定的NVIDIA參考平臺(tái)里，Tegra 4的SPEC PU2000int_base 為1168。這個(gè)測試結(jié)果相當(dāng)于2003年第四季度 SPEC.org 上公布的AMD K8 Sledgehammer 2GHz測試結(jié)果。

　　NVIDIA還進(jìn)行了在小米手機(jī)2（采用高通 Snapdragon S4 Pro 即 APQ8064 1.7GHz）上的CPU2000測試，并且根據(jù)高通公布的S800相對(duì)S600在IPC（每周期指令）和頻率上的變化幅度而估算出來的S800的CPU2000測試結(jié)果：

　　從圖表來看，S600的CPUINT2000_base測試結(jié)果相當(dāng)于Tegra 4的一半不到，這在很大程度上反映了Cortex-A15相對(duì)Krait系處理器的真實(shí)應(yīng)用差別。

　　需要指出的是，雙方的測試平臺(tái)本身也是有一些影響的，例如小米手機(jī)2執(zhí)行這個(gè)測試的時(shí)候，CPU頻率是否存在降頻現(xiàn)象，NVIDIA對(duì)此沒有說明。

　　一般來說，像APQ8064在四核全速運(yùn)行的時(shí)候，會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)由于過熱而導(dǎo)致頻率從最高的1.7GHz開始下降。當(dāng)然，NVIDIA在這里公布的是speed模式下的CPU2000INT測試結(jié)果，這個(gè)模式下是單線程的測試，只有一個(gè)CPU內(nèi)核會(huì)被使用。

　　比較遺憾的是高通對(duì)這個(gè)測試結(jié)果尚未提出異議（據(jù)說高通對(duì)于處理器性能的孰高孰低并不十分看重，他們戲稱是賣基帶送CPU），而CPU2000的配置對(duì)一般人來說是相當(dāng)復(fù)雜的事情，所以這個(gè)測試暫時(shí)沒有第三方使用同樣的平臺(tái)測試佐證。

　　威盛電子在發(fā)布Nano X2處理器的時(shí)候曾經(jīng)公布過一份文件，里面也有采用CPU2000對(duì)Nano X2 1.2+GHz和Atom D525進(jìn)行測試，其中g(shù)cc編譯器出來的CPU2000 INT成績分別為799和582，采用Intel編譯器出來的成績分別是955和725。

　　NVIDIA的Tegra 4的CPU屬于ARMv7A指令集，因此編譯器很可能是armcc或者gcc，NVIDIA新近收購的PGI是一家老牌編譯器廠商，也許它能提供內(nèi)部測試版給 NVIDIA，只是PGI過往從未發(fā)布過ARM系編譯器。

　　到這里，大家應(yīng)該對(duì)Cortex-A15的架構(gòu)特點(diǎn)以及和它的一些競爭對(duì)手在性能上的區(qū)別有大致的了解，不過這樣的旗艦級(jí)處理器在智能設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用情況又如何呢？

　　有采用四核Cortex-A15手機(jī)了嗎？

　　這個(gè)問題其實(shí)來自于一些人的猜測，我們看見一些文章認(rèn)為Cortex-A15的性能高但是功耗大，并不一定適用于手機(jī)。

　　這個(gè)問題放在一年前的話可能會(huì)有各種不同的答案，但是現(xiàn)在是2013年8月下旬，答案已經(jīng)非常清晰：已經(jīng)有采用四核Cortex-A15的手機(jī)上市，而且會(huì)有更多的采用Cortex-A15的手機(jī)上市，這也為Cortex-A15是否適用于手機(jī)的爭論畫上了一個(gè)句號(hào)。目前，明確可用于手機(jī)的Cortex-A15架構(gòu)的四核移動(dòng)處理器主要有兩種，一種是三星的Exynos Octa，另外一種是NVIDIA Tegra 4。

　　三星公司在4月27日上市的Galaxy S4有多個(gè)型號(hào)，但是從處理器來分，就分為兩種機(jī)型：高通Snapdragon 600和三星Exynos 5410。

　　S600其實(shí)類似于去年大紅大紫的APQ8064，CPU微架構(gòu)為Krait 300，相對(duì)APQ8064的Krait微架構(gòu)來說，它增加了硬件數(shù)據(jù)預(yù)取器，能預(yù)先將數(shù)據(jù)從內(nèi)存中抓到L2 cache里。除此以外Krait 300還改善了分支預(yù)測的準(zhǔn)確度，這些變化能改善Krait 300的IPC（每周期指令）大約15%，加上最高頻率提升至1.9GHz（取決于手機(jī)廠商，像HTC One就選擇了較低的或者說和APQ8064上限一樣的1.7GHz），因此可以認(rèn)為S600的CPU性能比之前的S4 Pro最多提升了大約28.5%左右，更接近于Cortex-A15的性能，不過它使用的制程和S4 Pro一樣依然是28nm LP，這個(gè)制程沒有在漏電流上作優(yōu)化，因此在耗電方面S600比S4 Pro更大。

　　為什么三星不選擇單一型號(hào)處理器的方式呢？首先三星肯定要支持自家研發(fā)的處理器，這是毫無疑問的，因此基于Cortex-A15的E5410自然成了配置之一;其次是三星作為一家韓國公司，同時(shí)也是一家跨國公司，產(chǎn)品需要賣向全球，有些的確已經(jīng)邁向了4G LTE，有些則還是3G時(shí)代，面對(duì)世界各地的通信制式、合作運(yùn)營商的要求以及全球行銷的潛規(guī)則，高通方面的產(chǎn)品是不得不考量的，因此在這里也把定位比較接近的S600作為另一種配置以支持LTE。

　　三星Galaxy S4 GT-I9500主電路板正面

　　三星Exynos 5410管芯圖，深色部分是四核A15區(qū)域，粉紅色部分是四核A7區(qū)域

　　在國際版的GT-I9500（以及中國大陸區(qū)的聯(lián)通版、電信版）采用的三星Exynos 5 Octa內(nèi)部型號(hào)為Exynos 5410，CPU部分是一組四核Cortex-A15加另一組四核 Cortex-A7的搭配方式。不過Exynos 5410只支持big.LITTLE模式里的IKS（核內(nèi)切換器），不支持GTS（全局任務(wù)調(diào)度）模式，因此看上去雖然有物理上的八個(gè)內(nèi)核，但是本質(zhì)上同一時(shí)間內(nèi)最多只能實(shí)現(xiàn)同時(shí)使用四核A15或同時(shí)使用四核A7，如何切換則是由根據(jù)當(dāng)前任務(wù)的負(fù)荷性質(zhì)決定。

　　NVIDIA Tegra 4推出多個(gè)月后，除了自家的SHIELD和HP、華碩以及東芝等廠商的筆記本電腦外，還會(huì)被用于一些手機(jī)里面，目前已經(jīng)公布的有中興的U988S，據(jù)聞還會(huì)有更重量級(jí)的手機(jī)隨后出來。

　　NVIDIA Tegra 4管芯圖，橙色區(qū)為4+1Cortex-A15核心，綠色小方塊區(qū)域?yàn)镚PU

　　Tegra 4和三星Exynos 5410的主CPU都采用了四核Cortex-A15，不過NVIDIA沒有采用ARM的big.LITTLE結(jié)構(gòu)，而是采用自己4+1核的結(jié)構(gòu)，4+1 中的“1”被稱作伴侶核。

　　“伴侶核”是一個(gè)采用省電設(shè)計(jì)、運(yùn)行在較低頻率下的Cortex-A15內(nèi)核，用于處理負(fù)載較輕的任務(wù)以達(dá)到省電的目的，一旦負(fù)載較重就會(huì)切換到主CPU核上。

　　和Cortex-A15+Cortex-A7的big.LITTLE相比，這樣的設(shè)計(jì)據(jù)稱有兩個(gè)好處：

　　首先，是由于“伴侶核”與主CPU核心架構(gòu)完全一樣，CPU切換時(shí)（或者說程序執(zhí)行的現(xiàn)場切換）的時(shí)間比Cortex-A15切換到Cortex-A7的方式快很多，這是因?yàn)椴挥眠M(jìn)行復(fù)雜的映射;

　　其次，Cortex-A15的單核性能比Cortex-A7高很多，因此大多數(shù)一般的應(yīng)用中并不需要頻繁切換到主CPU，從而達(dá)到更省電的目的。當(dāng)然，具體的耗電情況需要等到設(shè)備出來后進(jìn)行詳細(xì)測試。

　　在商業(yè)社會(huì)里衡量一款產(chǎn)品是否成功，關(guān)鍵的指標(biāo)之一自然是出貨量。按照Digitimes援引TrendForce（集邦科技）在今年七月末的一份研究報(bào)告，三星Galaxy S4的出貨量將會(huì)達(dá)到2300萬部的總出貨量，而在更早之前已經(jīng)有媒體報(bào)道指出三星Galaxy S4的出貨量“已經(jīng)”達(dá)到兩千萬臺(tái)。

　　如果只是靠品牌知名度和好不好看的話，任何產(chǎn)品也不可能做到快速的大量出貨，Galaxy S4作為旗艦級(jí)產(chǎn)品，它的規(guī)格配置在吸引力方面起到了很大的作用，四核Cortex-A15或者四核S600的采用是它成功的關(guān)鍵因素之一，這些成功反過來也會(huì)對(duì)人們的品牌認(rèn)受度產(chǎn)生正面印象。

　　上圖就是我們前面提及的預(yù)期購買手機(jī)品牌調(diào)查百分比，可以看到在三星發(fā)布了Galaxy S4第一季度到第二季度變化值是呈上升態(tài)勢，而蘋果方面則是依然不斷地下滑。

　　所以從這一小節(jié)中我們可以得出結(jié)論，市場上已經(jīng)有四核Cortex-A15手機(jī)上市，而且從市場趨勢來看這樣的產(chǎn)品已經(jīng)獲得了實(shí)質(zhì)性的認(rèn)可。

　　不同型號(hào)的Cortex-A15芯片設(shè)計(jì)是否一樣呢？

　　ARM的實(shí)驗(yàn)室里雖然也有自己開發(fā)的處理器實(shí)體，但是這些處理器是作為研發(fā)之用，不會(huì)拿出來賣給最終消費(fèi)者的，市場上的“ARM”處理器都是ARM透過架構(gòu)授權(quán)或者內(nèi)核授權(quán)的方式由第三方廠商開發(fā)或者拼湊而成。

　　因此在市場上你會(huì)看到五花八門、各式各樣的ARM處理器，它們來自不同的芯片設(shè)計(jì)公司、不同的制造廠商，由于設(shè)計(jì)技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)以及制造廠的制程不同，實(shí)際上出來的芯片在一些指標(biāo)、功能上會(huì)有不可忽視的區(qū)別。

　　就譬如我們這里提到過三星Exynos 5410和NVIDIA Tegra 4，CPU都采用了四核Cortex-A15，但是兩者的區(qū)別其實(shí)多，例如：

　　1、Exynos 5410采用三星的28nm LP HKMG制程，最高頻率設(shè)定是1.6GHz，Tegra 4采用臺(tái)積電的28nm HPL制程，最高設(shè)定頻率為1.9GHz;

　　2、Exynos 5410采用了A15*4 + A7*4的設(shè)計(jì)，Tegra 4 采用了高頻A15*4+低頻（700~800MHz）低耗電A15*1的設(shè)計(jì);

　　3、兩者的GPU截然不同，Exynos 5410采用了ImgTec授權(quán)的PowerVR SGX544MP3 （tri-core） @480MHz，Tegra 4 采用的是NVIDIA自己開發(fā)的GPU架構(gòu)，幾何單元為單精度浮點(diǎn)，像素單元為20位浮點(diǎn)，這應(yīng)該是吸取了當(dāng)年GeForce FX世代受挫的經(jīng)驗(yàn)而特別炮制的平衡設(shè)計(jì)。

　　4、兩者的die size（管芯尺寸）不一樣，Exynos 5410按照EDN的說法應(yīng)該是122mm^2，而Tegra 4大約是80mm^2，后者比前者小了大約33%，Tegra 4的設(shè)計(jì)目標(biāo)更偏向于性能、耗電、成本三者的平衡，而三星由于采用的PowerVR是屬于分塊式延后渲染器（TBDR），因此片上需要有TBDR獨(dú)有的電路，這些電路會(huì)增加不少面積。

　　從這一小節(jié)我們可以看出，同樣是采用四核A15的處理器，在很多方面都是完全不一樣的，這將對(duì)處理器的功能、性能、耗電構(gòu)成不少的影響，最終反映到終端設(shè)備——手機(jī)、平板電腦上的表現(xiàn)也會(huì)有一定的差別。

　　同一款處理器不同版本在耗電上一樣嗎？

　　NVIDIA在較早之前發(fā)布的SHIELD采用的是前面提到的Tegra 4處理器，這是NVIDIA的第四代Tegra處理器，和其他手機(jī)SoC芯片廠商有多款不同芯片供選擇不同的是，NVIDIA這幾年走的都是單芯片多型號(hào)路線，也就是把芯片單純按照頻率、GPU使能規(guī)模來劃分多個(gè)型號(hào)供客戶選擇。

　　SHIELD 采用的Tegra 4具體型號(hào)是T40，是Tegra 4的頂級(jí)性能版本，最高頻率設(shè)定為1.9GHz，GPU規(guī)模使能規(guī)模為72 core但是頻率多少并不清楚，Tegra 4 GPU的文檔有提到在672MHz時(shí)候的性能規(guī)格，但是這不代表T40的GPU就是這樣的規(guī)格。

　　不過手機(jī)顯然不會(huì)上這樣規(guī)格的Tegra 4，因?yàn)镾HIELD的形制較大，可以塞進(jìn)風(fēng)扇輔助散熱，電池容量也可以支持這樣規(guī)格跑接近10小時(shí)的游戲，即使是旗艦級(jí)別手機(jī)的個(gè)頭只有它的三分之一不到。

　　NVIDIA提供的手機(jī)版Tegra 4型號(hào)為AP40，這個(gè)版本在多個(gè)方面做了精簡，例如T40有很多的I/O口，AP40只保留了必要的，溫控的策略也會(huì)有不同。

　　從一些廠商提供的消息，經(jīng)過這些精簡后，AP40的TDP（熱設(shè)計(jì)功率，代表能讓設(shè)備低于結(jié)溫所需的散熱能力）從T40的8-10瓦降低到了3瓦級(jí)別，這相當(dāng)降低到了1/3不到，變化非常大。

　　那么功率降低到這么多，性能是否會(huì)有大的下降呢？這是一個(gè)有趣的問題。不同的廠商會(huì)采用不同的功耗控制策略。 一般在多核心同時(shí)高負(fù)荷工作下，手機(jī)的處理器工作速度會(huì)隨著溫度的上升而降低，從而把總的功耗降到較低的水平。

　　不過，單核心工作的時(shí)候，頻率的下降速度就會(huì)慢很多。而且大部分的情況下，CPU高負(fù)荷的往往是間歇性的，對(duì)于大部分的應(yīng)用，實(shí)際的性能應(yīng)該不會(huì)有什么影響。

　　CPU性能的重要性

　　Cortex-A15 相對(duì)于S600、S800、Cortex-A9、Cortex-A7 等“對(duì)手”來說優(yōu)勢就是具備更強(qiáng)的單核心性能。在多線程程序并不十分普及的情況下，單核心性能的重要性是毋庸置疑的。

　　其實(shí)無論是手機(jī)還是我們的臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦，日常的不少程序都采用單線程代碼。多線程程序的開發(fā)需要比較復(fù)雜的代碼編寫、經(jīng)驗(yàn)以及調(diào)試，而且很多任務(wù)并不容易做到并行化，因此經(jīng)過很多年以后，實(shí)際上真正的多線程重負(fù)荷的程序即使在PC上也并不普遍，在移動(dòng)平臺(tái)上就更少了。

　　除了一些專門用來燒機(jī)的軟件外，能讓多核尤其是四核手機(jī)老是處于跑滿狀態(tài)的應(yīng)用可說是少之又少，更常見的情況是某些高計(jì)算負(fù)荷的任務(wù)讓四核沖起來一下就跑完了。

　　舉個(gè)簡單的例子，例如刷微博或者刷網(wǎng)頁的情況，里面包含很多圖文的信息，刷的時(shí)候速度快的處理器能夠很快地顯示出內(nèi)容，而速度較慢的處理器則需要等待一段時(shí)間。

　　刷完以后CPU總的占有率會(huì)驟然降低，之后都是一些單線程的程序讓個(gè)別內(nèi)核處于較飽滿的負(fù)載狀態(tài)。

　　真正需要CPU高負(fù)荷的時(shí)間占總時(shí)間的比例很低，甚至連1%都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到，但是這個(gè)時(shí)間雖說很短，卻往往是影響用戶體驗(yàn)的一個(gè)非常重要的因素。

　　因此，CPU的峰值性能的重要性毋庸置疑。此外，現(xiàn)在有一種趨勢，移動(dòng)處理器面對(duì)的屏幕分辨率甚至普遍比筆記本電腦甚至臺(tái)式機(jī)更高，這意味著界面的處理壓力越來越高。

　　界面的刷新和網(wǎng)頁刷新的情況類似，對(duì)CPU的性能要求高，但是時(shí)間短，用戶的體驗(yàn)感受很直接。

　　因此更高的處理器速度也將是一種硬性的需求，而不是可有可無的擺設(shè)。但是對(duì)于性能和功耗的評(píng)估需要有理性的分析，有一些人一味強(qiáng)調(diào)拷機(jī)軟件下的CPU頻率過熱降頻情況對(duì)手機(jī)用家來說其實(shí)是某種程度的誤導(dǎo)，這和實(shí)際的應(yīng)用情況完全不一樣。

　　多核處理器的意義更多在于多任務(wù)的情況。Android和Windows都是典型的多任務(wù)操作系統(tǒng)，多核處理器在處理多任務(wù)的時(shí)候大大提升了多個(gè)程序同時(shí)運(yùn)行時(shí)的處理和響應(yīng)速度。

　　不過，多任務(wù)對(duì)于核心數(shù)量的需求是有限的，PC CPU和移動(dòng)處理器主流的核心都是兩到四核，這不是偶然的。

　　雖然系統(tǒng)中有多個(gè)線程和多個(gè)任務(wù)同時(shí)存在，但是出于活躍狀態(tài)的往往也就少數(shù)幾個(gè)，因此更多的CPU核心意義是不大的。現(xiàn)在有些廠商推出的所謂八核Cortex-7的處理器，在絕大部份的情況下性能一定還不如雙核Cortex-A15。

　　ARM推出A12就等于否定A15？

　　ARM是一家非常純粹的設(shè)計(jì)公司，它并不向終端消費(fèi)者、廠商出售任何處理器，而是提供授權(quán)給第三方公司，讓其自行設(shè)計(jì)或者堆砌出自己的處理器。

　　這樣的好處是它可以節(jié)省掉一大筆行銷上的資源，ARM設(shè)計(jì)一款處理器內(nèi)核并不會(huì)產(chǎn)生任何庫存壓力，它只消告訴廠商這個(gè)處理器如何做對(duì)接以及可以用來干嘛就可以了，接下來就是等著收錢了。

　　在這樣的情況下，ARM可以做到非常靈活多變，當(dāng)看到市場上（也許是將會(huì)）存在空擋時(shí)候，就能很快推出相應(yīng)的“產(chǎn)品”。按照時(shí)間來看，Cortex-A12的推出其實(shí)就是瞄準(zhǔn)了Cortex-A7/A53和Cortex-A57之間的空隙，屬于未來一年后的中端偏低市場的主力。

　　在Cortex-A12推出后，有些人就馬上下結(jié)論，這代表了ARM對(duì)Cortex-A15在手機(jī)應(yīng)用上的否定。

　　如果以big.LITTLE布局來看Cortex-A12屬于ARM產(chǎn)品規(guī)劃中的big，也就是偏向性能先決的內(nèi)核，目前確定的制程包括了GlobalFoundries的SLP-28和臺(tái)積電的28 HPM。Cortex-A12和Cortex-A9一樣是雙發(fā)射亂序執(zhí)行，但是和A9相比，A12的亂序執(zhí)行不僅限于整數(shù)流水線，而是浮點(diǎn)流水線和內(nèi)存操作都具備了亂序執(zhí)行。

　　此外 A12實(shí)現(xiàn)了VFPv4浮點(diǎn)單元并且將Neon向量單元列為標(biāo)準(zhǔn)配備，Coremark測試可以做到單核3.0 DMIPS/MHz，相比之下A9 和A15 分別是2.5和35。

　　所以很明顯，A12性能處于A9和A15性能之間，這對(duì)ARM來說是很正常不過的事情。事實(shí)上ARM在發(fā)布A12的同時(shí)還更新了A9，提到A9 r4版的性能更新，按照幻燈片，對(duì)分支預(yù)測和內(nèi)存子系統(tǒng)作改進(jìn)后的r4在IPC 上能做到初版A9 的1.4倍左右。

　　Cortex-A9至今已經(jīng)有多個(gè)版本，見上圖的r1-r4描述

　　如果單看IPC的話，A9 r4是不是和A12很類似？那如果按照某些人的思維，A9 r4豈不是可以用來否定A15？

　　目前A9 r4已經(jīng)在NVIDIA Tegra 4i里面采用，按照NVIDIA的數(shù)據(jù)，在BBench中相比A9 r1有25%的性能提升，而在SPECint 2000中也有15%的性能提升，基于Tegra 4i的終端很可能會(huì)在明年第一季度就能看到，而A12還沒有任何廠商宣布采用，A15即使退下火線也未必是因?yàn)锳12的出現(xiàn)，因?yàn)锳15的定位接替者其實(shí)是基于ARMv8的 A57。

　　余論與后記

　　看到這里，相信大家已經(jīng)基本了解了Cortex-A15大致架構(gòu)和性能、定位，而配備四核Cortex-A15的三星Galaxy S4手機(jī)已經(jīng)取得了非常矚目的成功。

　　不同廠商、不同型號(hào)的四核Cortex-A15處理器在很多方面都存在不少的差別，這些差別或因?yàn)樵O(shè)計(jì)意念、經(jīng)驗(yàn)，或因?yàn)楦髯栽谀愁I(lǐng)域的優(yōu)勢，或因?yàn)楫a(chǎn)品定位，或因?yàn)橹瞥?，這些差別讓我們不能簡單地類比，例如直接把某型號(hào)的Cortex-A15四核處理器在性能、功耗的指標(biāo)類推到另一型號(hào)上。

　　手機(jī)性能測試是比較特殊的，它是一個(gè)封閉的東西，從硬件角度看，絕大多數(shù)情況下你不能把里面的東西卸下來拿到另一部不同型號(hào)的手機(jī)里測試來驗(yàn)證不同硬件組合下的影響，從軟件角度看，目前缺乏足夠的工具和經(jīng)驗(yàn)了解在測試的時(shí)候到底發(fā)生了什么，到底是廣譜的優(yōu)化還是定制優(yōu)化非知情者是很難了解的。

　　對(duì)于手機(jī)來說，單線程的性能同樣不容忽視，這和多線程代碼編寫的難度有直接關(guān)系，現(xiàn)實(shí)中許多應(yīng)用還是基于單線程的，在此時(shí)Cortex-A15的單線程性能優(yōu)勢就能體現(xiàn)出來。

　　在日常應(yīng)用中沒有多少應(yīng)用會(huì)像拷機(jī)程序那樣長時(shí)間持續(xù)的四核全部跑滿，尤其是在手機(jī)應(yīng)用中，在手機(jī)測試中采用這類程序到底有多少意義是令人懷疑的，手機(jī)用家真的會(huì)整天沒事呆看手機(jī)跑StabilityTest之類的東西嗎？

　　Cortex-A12上市的時(shí)間點(diǎn)可能是明年下半年以后的事情，它的性能定位就是接替Cortex-A9，而Cortex-A15的接替者將會(huì)是Cortex-A57，Cortex-A12在此時(shí)（A57時(shí)代）扮演的就是中階偏低的角色。

　　總之，我相信在未來的一年里，Cortex-A15四核版的手機(jī)將會(huì)越來越多，相應(yīng)的芯片型號(hào)也會(huì)層出不窮，其中應(yīng)該不乏成功的產(chǎn)品