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蘋果公司在上周正式在美國推出了第二款平板電腦「iPad 2」。首先就是CPU和GPU的核心數量均提升了2倍，同時產品重量下降，厚度減少了3成，從而實現了產品的輕薄化以及性能的提升。蘋果公司在圣弗蘭西斯科市召開的游戲者開發大會「GDC(Game Developers Conference)」的主題演講上宣布了產品的推出日期。從iPad升級至iPad 2，首先就是CPU由單核心ARM Cortex-A8變成了雙核心ARM Cortex-A9。除了CPU核心數量提升了2倍以外，每個核心的容許量也2倍以上的性能提升。根據ARM公司的介紹，Cortex-A8頻率性能為2 DMIPS (Dhrystone MIPS)/MHz，而Cortex-A9為2.5 DMIPS/MHz。 至于CPU架構也發生變化的原因只有一個，這就是Cortex-A8只支持單核心設計，因此如果不想開發特殊的總線，同時又想獲得相同的性能，因此可以選擇的方案也只有Cortex-A9。Cortex-A9最大可支持四核心設計，并且同樣支持AMBA 3 AXI協議。 
Cortex-A系列架構 ●核心數量與性能的提升 蘋果公司將第一代iPad的A4處理器交由三星公司代工，而A5則變成了TSMC。這聽說主要是由于三星公司已經成為蘋果公司智能手機和平板電腦最強有力的競爭者。 至于生產工藝，由于A4使用的是三星公司的45nm工藝，因此普便認為A5同樣也基于的是45nm工藝。如果基于相同的工藝情況下，核心數量提升2倍，那么會由于電路的增加導致核心面積的提升，從而導致生產成本的提升。而根據市場調研公司iSuppli于3月13日發布的報道「iPad 2 Carries Bill of Materials of $326.60, IHS iSuppli Teardown Analysis Shows」，蘋果A5芯片的成本相對于A4提升了約75％。如果核心面積提升2倍的話，那么這種程序的成本提升也是與猜測相對應的。因此A4升級至A5，核心尺寸的增加也是可以理解的。 不過iSuppli估計A5芯片的成本大約為14美元。因此雖然核心面積的增加(A4 53平方毫米)，導致了成本的增加，但是其帶來的影響并不大，其影響甚至還不如功耗變化的影響大。 按照邏輯來說，A5峰值功耗應該會增加，因此在進行高負荷處理如游戲應用時會對電池續航時間產生影響。不過蘋果同樣考慮到了這點，也對此進行了平衡。 ●進化的CPU架構 除了核心數量提升了2倍，A5 Cortex-A9 CPU架構也出現了變化。Cortex-A8采用的是雙指令解碼管線，程序指令采用的是順序In-Order執行。如果以Intel CPU對比，差不多相當于其Pentium時代產品。而Cortex-A9雖然同樣采用的是雙指令解碼，但是其指令執行順序為Out-of-Order。容許量方面相差25％。
Cortex-A9 block diagram 這個所帶來的影響程序，可以通過Cortex-A9所占據的核心區域來了解。通過ARM公司在去年(2010年)的「CMP Conference」所進行的演示，在使用TSMC 40nm工藝的雙核心Cortex-A9的核心面積約在6.7平方毫米，其頻率目標為2GHz,1.9W，這里還包括了L1緩存和總線接口。 順便介紹一下的是X86架構雙指令Out-of-OrderBobcat核心基于40nm工藝時，單核心面積在5平方毫米以上，因此Cortex-A9核心的大小與X86核心相比的話就可以很明了了。 因此可以估計如果采用三星45nm工藝的話，其面積會比TSMC 40nm要大，同時以1GHz頻率為目標的A5 Cortex-A9核心可以推定已接近TSMC的電力設計的最優化。
Cortex-A9的特性 ●GPU核心數量同樣翻倍 iPad 2上GPU核心數量也由以前的1個變成了2個。GPU核心架構為Imagination Technologies的PowerVR SGX5,不過根據介紹其性能同樣也提升了2倍以上。PowerVR SGX的晶體管數量提升是肯定的，因此其雙核心華對于A5的核心面積以及功耗影響也是很大的。 PowerVR SGX架構并不是SIMD(Single Instruction, Multiple Data)架構，應該說其設計與NVIDIA架構設計很相似，與AMD的VLIW(Very Long Instruction Word)架構設計存在差異。 當前的PowerVR SGX架構單個核心最多可擁有16個scalar處理器。一般認為iPad的PowerVR Core最多核心數量同樣為16個，由于iPad 2 核心數量成為了2個，因此處理器數量也提升至32個。這個構成其處理器數大大超過了Tegra 2(G70架構1Vertex Shader+1Pixel Shader的構成)。 另外就是scalar處理器共計32個，這個數字與NVIDIA GF100系列Fermi建架構的單個SM(Streaming Multiprocessor)相等。當然實際的性能影響因素是多種多樣的。而且我們可以看到顯存帶來與核心頻率也有很大差異。在iPad 2發布的時候，蘋果CEO的Steve Jobs先生曾提到圖形性能將提升9倍的言論，這個數字的來源根據目前仍然不清楚。 ●因iPad/iPhone開始繁榮的3D游戲 iPad 2性能的提升，受益最大的當然就是游戲。Apple的電腦產品每年都會進行硬件的升級，對于電腦而言同樣也需要3D圖形性能的提升。去年在推出iPad后，Epic Games和id Software的2大FPS(First Person Shooter)游戲廠商均為其量身定制了FPS游戲，包括有Epic Games旗下Chair Entertainment推出的「Infinity Blade」以及id Software的「RAGE HD」。 總之，讓iPad/iPhone游戲發展就是要實現與PC游戲一樣的世代迭替，當然其相關游戲的目標并不僅僅只包括蘋果平臺，而是面向的更為廣泛的移動平臺，支持撐其發展的就是每年移動產品日益提升的性能。 ●NGP與iPad 2的對比 從游戲的角度來審視iPad 2Apple A5構成的話，以處理器數量來說，其數量為索尼電腦娛樂(SCE)下代掌機「NGP(Next Generation Portable)」的一半。NGP將會基于四核心ARM Cortex-A9處理器核心，PowerVR SGX5核心。PowerVR核心將會由每個擁有16個scalar處理器核心組成，這樣總數量則達到了64個。 根據推測，NGP最初配備的芯片將會基于45～40nm工藝，其目標最終會提升至32～28nm。總之工藝的提升伴隨而來的就是成本的下降。NGP（PSP2）在設計的中途提升了核心數量，這應該是由于工藝提升的原因。 而這也意味著在進入32～28nm時代之后，其它高性能便攜產品也將會配備四核GPU，而四核心GPU也將會帶來更高的圖形性能。實際上NVIDIA公司是計劃28nm工藝在第三代Tegra「Kal-El」上應用，將ARM Cortex-A9提升至四核心設計，同時流處理器數量也會大幅提升。 因此在這種多核心發展的背景下，除了生產工藝以外，多核心化也會成為CPU廠商的發展戰略。比如ARM的發展計劃為Cortex-A8→Cortex-A9→Cortex-A15，將會著重提升單線程和矢量處理性能，同時實現多核心。
Cortex-A9家族和目標市場 ●32nm～28nm時代四核心發展 多核心化的發展由于同樣適合移動產品，因此已經成為業界的發展趨勢。而關于蘋果公司四核化的發展也在計劃中。如果通過45nm工藝實現雙ARM核心以及雙PowerVR，這樣在實現的成本上會更加經濟。而這也與之后32～28nm工藝下的四核心CPU和四核心GPU在經濟線上實現對稱。從45nm升級至32nm，相同的核心面積情況下晶體管數量將可提升約2倍。如果蘋果以A5相同的核心面積來設計A6，那么明年蘋果iPad將可能實現四核化。 這里對于蘋果公司的產品戰略會產生一個疑問，這就是如何持續使用，iPad和iPhone目前都是使用的相同的處理器，將來是否還會如此呢？比如將來是否有可能iPad使用四核心處理器，而iPone使用雙核心處理器。這里將核心數量發展區分開來是很有必要的，四核心處理器帶來的就是峰值功耗的提升。 從實際情況而言，在運行游戲的時候，功耗必然會提升。因此在核心數量翻倍的情況下，很有可能會出現峰值功耗提升的情況。在這個時候工作電壓與工藝沒有提升，而同時平板電腦的電池設計存在空間，而智能手機則沒有，因此兩種產品的核心提升采用不同的策略的可能性還是存在的。 實際上CPU廠商也有采用不同發展策略的打算。比如ARM的Cortex-A15戰略中，智能手機產品就是1～2個核心，而平板電腦則采用2～4核心的建議。
Cortex-A15的可擴展性 如果這種想法得以實現，那么2012到2013年，平板電腦會使用四核心配置，而智能手機則主要使用雙核心設計。當然產品低價化的趨勢將會越來越明顯，比如低價平板電腦和智能手機會分別采用雙核心和單核心處理器。當然當工藝進一步提升至22～20nm時，四核心平板電腦和雙核心智能手機將會成為流行，而iPad/iPhone發展也應該也會跟隨這個趨勢。 |
