以小博大 Cortex-A15的大小核戰(zhàn)略

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    改良架構(gòu)大幅提升性能
    雖然Cortex-A15和Cortex-A9的指令集均為ARMv7-A，但前置卻憑借改進(jìn)的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了性能的大幅飛躍。首先，在ARM多核處理器中，單核心內(nèi)所配置的解碼引擎決定了每個時鐘周期執(zhí)行命令的效率。典型的A9架構(gòu)每個核心配置了2個解碼引擎，而典型A15架構(gòu)每個核心的解碼引擎數(shù)量則提升到了3個，這意味著其每周期可以處理三條指令，指令解碼效率比A95提升了33%。

    浮點(diǎn)運(yùn)算能力決定了處理器的多媒體性能。典型A9架構(gòu)的浮點(diǎn)單元都是由1個VFPv3浮點(diǎn)引擎和1個NEON多媒體指令引擎組成，而典型A15架構(gòu)則是由2個VFPv4浮點(diǎn)引擎（支持IEEE 754浮點(diǎn)規(guī)范，性能大約是VFPv3的2倍）和2個NEON多媒體指令引擎組成，這又是領(lǐng)先A9架構(gòu)的優(yōu)勢所在。

    此外，A15架構(gòu)的指令寬度也從A9的64bit大幅度提升到128bit，可以支持8條指令分派（A9僅支持4條），而且還專門為VFP和NEON單元分別設(shè)置了指令分派端口，極大改善了A9架構(gòu)因分派端口較少而容易引發(fā)的浮點(diǎn)指令擁堵的情況。根據(jù)附表可見，A15所支持的ISA也要比A9更為豐富，以其中大物理地址擴(kuò)展功能為例，可以讓A15架構(gòu)處理器訪問最大 1TB 內(nèi)存（硬盤），可能在手機(jī)和平板上這個功能不算啥，但如果將處理器用在PC平臺，能否支持1TB存儲空間的這一參數(shù)可就很重要了。

主要參數(shù)對比	Cortex-A9	Cortex-A15
指令集	ARMv7-A	ARMv7-A
性能等級	2.5 DMIPS/MHz	3.5DMIPS/MHz
多核	1～4核	可以實(shí)現(xiàn)多個處理器群
ISA支持	ARM Thumb-2 Jazelle DBX 和 RCT DSP擴(kuò)展 高級 SIMD NEON 單元（可選） 浮點(diǎn)單元（可選）	ARM Thumb-2 Jazelle RCT DSP & SIMD 擴(kuò)展 NEON 高級 SIMD TrustZone 安全技術(shù) VFPv4 浮點(diǎn) 硬件虛擬化支持 大物理地址擴(kuò)展 (LPAE)

    “大小核”戰(zhàn)略顯著改善功耗
    經(jīng)過一番架構(gòu)上的改良，讓Cortex-A15的性能達(dá)到了3.5DMIPS/MHz，較Cortex-A9的2.5DMIPS/MHz提升了40%。但根據(jù)半導(dǎo)體不變的定律，在生產(chǎn)工藝不變的前提下，功耗肯定要和性能成正比。指望生產(chǎn)工藝可以從40nm/32nm快速過渡到28nm/22nm肯定是不現(xiàn)實(shí)的，于是ARM想出了“大小核”的戰(zhàn)略，也就是所謂的big.LITTLE技術(shù)。

    NVIDIA曾在Tegra 3處理器中引入了“4＋1”的協(xié)核心技術(shù)，即除了4顆最高可達(dá)1.4GHz的Cortex-A9核心之外，還在CPU內(nèi)部加入了一枚500MHz的協(xié)核心，在待機(jī)和音樂播放等低負(fù)載工作時關(guān)閉4顆主力核心，切換到協(xié)核心模式來節(jié)省電力。而big.LITTLE，則是ARM官方提出了一種類似Tegra 3協(xié)核心技術(shù)的解決方案。但與Tegra 3不同之處在于，big.LITTLE已經(jīng)從 “協(xié)核心”概念過渡到了“協(xié)處理器群”（由多個處理器核心組成）的概念。

    簡單來說，big.LITTLE是一種可以將Cortex-A15處理器群和Cortex-A7處理器群打包在一個核心內(nèi)的技術(shù)，二者擁有完全相同的指令、數(shù)據(jù)類型和尋址模式，并且它們能夠產(chǎn)生相同的結(jié)果，并可以根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的負(fù)載情況進(jìn)行快速的切換。未來的四核Cortex-A15處理器很可能都是由雙核A15＋雙核A7組成，而八核Cortex-A15處理器則是四核A15＋四核A7，其中A15就好比Tegra 3的主力核心，而A7就是Tegra 3的協(xié)核心。

    小提示
    Cortex-A7是由Cortex-A15架構(gòu)簡化而來，性能和Cortex-A9接近，但功耗卻大幅降低。

    打個比方，我們將汽車所用的汽油比作手機(jī)的電池。Tegra 3中的協(xié)核心好似汽車的電瓶，最多只夠照明和聽音響使用（不費(fèi)油），但讓汽車跑起來的還是耗費(fèi)汽油的發(fā)動機(jī)（費(fèi)油）。Cortex-A15引入的big.LITTLE技術(shù)就好比油電混合發(fā)動機(jī)，Cortex-A15處理器群就是耗油的部分，而Cortex-A7處理器群則是用電的部分，汽車在城市或是跑高速時（上網(wǎng)、聽音樂、看高清視頻、玩普通3D游戲）靠電力驅(qū)動就足夠了，只有爬坡或超車（玩大型3D游戲）等需要急加速時才會輪到汽油驅(qū)動，你說能不省油嗎？

   

    雖然ARM處理器的性能和英特爾X86處理器還存在非常大的差距，但在手機(jī)和平板電腦這類移動市場，即使是四核A9處理器都出現(xiàn)了性能過剩的苗頭。但憑借big.LITTLE大小核戰(zhàn)略，讓Cortex-A15可以輕松實(shí)現(xiàn)高性能和低功耗的平衡。毫無疑問，2013年將成為“雙核A15雙核A7”或“四核A15四核A7”的天下，ARM以小搏大的戰(zhàn)爭才剛剛開始。
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