以小博大 Cortex-A15的大小核战略

topeet

    改良架构大幅提升性能
    虽然Cortex-A15和Cortex-A9的指令集均为ARMv7-A，但前置却凭借改进的架构实现了性能的大幅飞跃。首先，在ARM多核处理器中，单核心内所配置的解码引擎决定了每个时钟周期执行命令的效率。典型的A9架构每个核心配置了2个解码引擎，而典型A15架构每个核心的解码引擎数量则提升到了3个，这意味着其每周期可以处理三条指令，指令解码效率比A95提升了33%。

    浮点运算能力决定了处理器的多媒体性能。典型A9架构的浮点单元都是由1个VFPv3浮点引擎和1个NEON多媒体指令引擎组成，而典型A15架构则是由2个VFPv4浮点引擎（支持IEEE 754浮点规范，性能大约是VFPv3的2倍）和2个NEON多媒体指令引擎组成，这又是领先A9架构的优势所在。

    此外，A15架构的指令宽度也从A9的64bit大幅度提升到128bit，可以支持8条指令分派（A9仅支持4条），而且还专门为VFP和NEON单元分别设置了指令分派端口，极大改善了A9架构因分派端口较少而容易引发的浮点指令拥堵的情况。根据附表可见，A15所支持的ISA也要比A9更为丰富，以其中大物理地址扩展功能为例，可以让A15架构处理器访问最大 1TB 内存（硬盘），可能在手机和平板上这个功能不算啥，但如果将处理器用在PC平台，能否支持1TB存储空间的这一参数可就很重要了。

主要参数对比	Cortex-A9	Cortex-A15
指令集	ARMv7-A	ARMv7-A
性能等级	2.5 DMIPS/MHz	3.5DMIPS/MHz
多核	1～4核	可以实现多个处理器群
ISA支持	ARM Thumb-2 Jazelle DBX 和 RCT DSP扩展 高级 SIMD NEON 单元（可选） 浮点单元（可选）	ARM Thumb-2 Jazelle RCT DSP & SIMD 扩展 NEON 高级 SIMD TrustZone 安全技术 VFPv4 浮点 硬件虚拟化支持 大物理地址扩展 (LPAE)

    “大小核”战略显著改善功耗
    经过一番架构上的改良，让Cortex-A15的性能达到了3.5DMIPS/MHz，较Cortex-A9的2.5DMIPS/MHz提升了40%。但根据半导体不变的定律，在生产工艺不变的前提下，功耗肯定要和性能成正比。指望生产工艺可以从40nm/32nm快速过渡到28nm/22nm肯定是不现实的，于是ARM想出了“大小核”的战略，也就是所谓的big.LITTLE技术。

    NVIDIA曾在Tegra 3处理器中引入了“4＋1”的协核心技术，即除了4颗最高可达1.4GHz的Cortex-A9核心之外，还在CPU内部加入了一枚500MHz的协核心，在待机和音乐播放等低负载工作时关闭4颗主力核心，切换到协核心模式来节省电力。而big.LITTLE，则是ARM官方提出了一种类似Tegra 3协核心技术的解决方案。但与Tegra 3不同之处在于，big.LITTLE已经从 “协核心”概念过渡到了“协处理器群”（由多个处理器核心组成）的概念。

    简单来说，big.LITTLE是一种可以将Cortex-A15处理器群和Cortex-A7处理器群打包在一个核心内的技术，二者拥有完全相同的指令、数据类型和寻址模式，并且它们能够产生相同的结果，并可以根据系统当前的负载情况进行快速的切换。未来的四核Cortex-A15处理器很可能都是由双核A15＋双核A7组成，而八核Cortex-A15处理器则是四核A15＋四核A7，其中A15就好比Tegra 3的主力核心，而A7就是Tegra 3的协核心。

    小提示
    Cortex-A7是由Cortex-A15架构简化而来，性能和Cortex-A9接近，但功耗却大幅降低。

    打个比方，我们将汽车所用的汽油比作手机的电池。Tegra 3中的协核心好似汽车的电瓶，最多只够照明和听音响使用（不费油），但让汽车跑起来的还是耗费汽油的发动机（费油）。Cortex-A15引入的big.LITTLE技术就好比油电混合发动机，Cortex-A15处理器群就是耗油的部分，而Cortex-A7处理器群则是用电的部分，汽车在城市或是跑高速时（上网、听音乐、看高清视频、玩普通3D游戏）靠电力驱动就足够了，只有爬坡或超车（玩大型3D游戏）等需要急加速时才会轮到汽油驱动，你说能不省油吗？

   

    虽然ARM处理器的性能和英特尔X86处理器还存在非常大的差距，但在手机和平板电脑这类移动市场，即使是四核A9处理器都出现了性能过剩的苗头。但凭借big.LITTLE大小核战略，让Cortex-A15可以轻松实现高性能和低功耗的平衡。毫无疑问，2013年将成为“双核A15双核A7”或“四核A15四核A7”的天下，ARM以小搏大的战争才刚刚开始。
本文转自：http://www.topeet.com