能效、性能雙最佳ARM處理器的核心：Cortex-A73全分析

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，短短七年的時(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(hù)界面響應(yīng)、以及沉浸式用戶(hù)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。

高性能、全新功能以及優(yōu)化的用戶(hù)體驗(yàn)不斷推動(dòng)市場(chǎng)的快速成長(zhǎng)，據(jù)預(yù)測(cè)，2016 年全球智能手機(jī)銷(xiāo)量將突破15億部。

伴隨消費(fèi)趨勢(shì)的推動(dòng)，智能手機(jī)設(shè)計(jì)已在諸多方面成為未來(lái)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(jué)化、基于對(duì)象的音頻處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)，都對(duì)系統(tǒng)性能提出了更高的要求;無(wú)獨(dú)有偶，智能手機(jī)近幾年來(lái)不斷追求更為纖薄的機(jī)身設(shè)計(jì)，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(wú)法通過(guò)機(jī)身體積增大來(lái)提高電池容量。為了延續(xù)過(guò)去十年智能手機(jī)行業(yè)的輝煌，進(jìn)一步優(yōu)化沉浸式用戶(hù)體驗(yàn)，引領(lǐng)未來(lái)創(chuàng)新，我們必須要繼續(xù)優(yōu)化性能，提高能效。

截至目前，ARM 已發(fā)布其全新高性能處理器，Cortex-A73。繼去年 Cortex-A72 處理器面市至今，ARM 持續(xù)加快創(chuàng)新步伐，于今年推出全新 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(zhuān)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)化讓人感到尤為興奮：

移動(dòng)功率電路性能極佳，頻率最高可達(dá) 2.8GHz

功耗效率提升 30%，保證最佳用戶(hù)體驗(yàn)

內(nèi)置于迄今為止體積最小的 ARMv8-A 架構(gòu)

在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期，Cortex-A73的目標(biāo)就已經(jīng)十分明確：打造能效最高、性能最強(qiáng)的 ARM 處理器。

Cortex-A73：ARMv8-A高性能處理器

Cortex-A73 處理器全面支持 ARMv8-A 架構(gòu)，其功能集可以完美契合智能手機(jī)及其它消費(fèi)電子設(shè)備。ARMv8-A 架構(gòu)采用 ARM TrustZone 技術(shù)、NEON 技術(shù)、視覺(jué)化及密碼學(xué)設(shè)計(jì)，無(wú)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(kāi)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(wú)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

Cortex-A73 處理器針對(duì)新一代高端智能手機(jī)量身打造。在 10 納米工藝制程下，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 2.8GHz 時(shí)，Cortex-A73 依舊性能強(qiáng)勁，與持續(xù)能效完美匹配。如下圖所示，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(mǎn)頻運(yùn)行，但這一測(cè)試依舊可以證實(shí) Cortex-A73 的強(qiáng)大性能。

針對(duì)移動(dòng)設(shè)備的性能優(yōu)化

Cortex-A73 處理器支持 64kB指令緩存(基于最先進(jìn)算法的分支預(yù)測(cè))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(cè)。此外，它也為連續(xù)資料寫(xiě)入流優(yōu)化了存儲(chǔ)緩沖區(qū)，并將數(shù)據(jù)緩存提高至 64kB，且不產(chǎn)生任何時(shí)序影響。

較 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%?；?Cortex-A73 的芯片設(shè)計(jì)比前幾代產(chǎn)品更進(jìn)一步推動(dòng)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，但在性能上卻大幅提升。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(fǎng)問(wèn)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(hù)體驗(yàn)，并大幅延長(zhǎng)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，提升系統(tǒng)和圖形處理器性能，實(shí)現(xiàn)更佳的視覺(jué)效果，提高幀速率，為新功能的添加奠定基礎(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)注的特性在于其以最小的面積發(fā)揮了ARMv8-A 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(chǎng)保駕護(hù)航;并以中低成本實(shí)現(xiàn)最佳用戶(hù)體驗(yàn)。得益于技術(shù)革新，相較于采用ARMv7-A架構(gòu)的 Cortex-A15，全新Cortex-A73處理器面積更小。具體來(lái)說(shuō)，相比Cortex-A57和Cortex-A72，Cortex-A73的面積分別縮小70% 和 42%。參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，Cortex-A73核心尺寸比Cortex-72最高減小25%。除了在16納米和10納米工藝等先進(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(chǎng)28納米工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)上也大放異彩，大幅提高中端移動(dòng)設(shè)備的性能。占用面積減少允許設(shè)備搭載更多芯片，集成更多功能或提升其它系統(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。