ARM Cortex-A移動應用處理器產品簡介

作者：時間：2016-11-28 來源：網絡

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ARMCortex-A移動應用處理器產品線橫跨了幾代產品和三個主要產品類別。有些開發人員和SoC設計人員經歷了一款或多款新型ARM處理器的推出過程，他們知道該產品線如何從單個高性能通用CPU設計演進成為三個不同產品線，分別面向高端、中端、入門級的移動設備SoC市場，這讓他們受益匪淺。

　　Cortex-A8

　　ARM在2005年向市場推出Cortex-A8處理器，是第一款支持armv7-a架構的處理器。ARMv7包括3個關鍵要素：NEON單指令多數據（SIMD）單元、ARMtrustZone安全擴展、以及thumb2指令集，通過16位和32位混合長度指令以減小代碼長度。Cortex-A8是ARM實現的第一個基于新ISA的超標量處理器：它實現了完全雙發射流水線，這意味著cortex-a8能夠同時發出在指令流中先后出現的任何兩個沒有數據依賴的指令。但是，它不能亂序來發射或撤銷指令-該功能在之后的設計中才被實現。

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　　當我們推出Cortex-A8時，很多合作伙伴認為這款處理器放在移動電話上是大材小用，他們很自然地質疑道，“客戶會在手機上瀏覽互聯網？不太可能吧。”但是，我們和業界一些主要思想領袖合作，向客戶將會需要的產品邁進，尤其是因為當Cortex-A8在2008年投入批量生產時，高帶寬無線連接（3G）已經問世，大屏幕也用于移動設備。創新的移動行業充分利用了該產品：Cortex-A8芯片的推出正好趕上了智能手機出貨量猛增的大好時機。

　　Cortex-A9

　　推出Cortex-A8之后不久，ARM又推出了首款多核ARMv7CPU：cortex-a9。Cortex-A9利用硬件模塊來管理CPU集群中一至四個核心之間的高速緩存一致性，加入了一個外部二級高速緩存。理論上，客戶可以設計不包括二級緩存的小型版本Cortex-A9，這種設計允許剔除管理高速緩存一致性的邏輯模塊，以實現尺寸更小的單核設計。但實際上，大多數設計都采用雙核個或更多核心并附帶二級高速緩存。此外，在2011年底和2012年初，當移動SoC設計人員可以采用多個核心之后，提高性能的突破點從提高單核性能轉移到提高核的數量。旗艦級高端移動CPU迅速從最初的雙核拓撲結構移至四核Cortex-A9。

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　　除了開啟了多核性能大門之外，與Cortex-A8相比，每個Cortex-A9處理器的單時鐘周期指令吞吐量提高了大約25%。這個性能的提升是在保持相似功耗和芯片面積的前提下，通過縮短流水線并亂序執行以及在流水線早期階段集成neonSIMD和浮點功能而實現的。

　　Cortex-A15

　　隨著智能手機市場開始加速發展，ARM再次預見到了不斷發展的移動系統對芯片性能提出的更高要求。為此ARM開發了一款性能上大幅提升的處理器，用以專門針對新的高端移動市場。在已經非常強大的Cortex-A9的基礎上，ARM憑借cortex-a15又將性能提高了50%以上。此外，Cortex-A15引入了一系列架構擴展，從而實現了更大物理地址空間、硬件虛擬化支持和擴展一致性。在32位系統中內存被劃分為2GB設備內存和2GB普通內存，當設備的RAM超出2GB的時候，擁有更大的物理地址空間就變得異常重要。ARM和其他合作伙伴也一直在探索虛擬化技術在商務移動系統和自帶設備中的用戶操作系統以及類似應用情景進行探索——擴展一致性在big.LITTLE處理器技術中被應用的淋漓盡致，它提供了一種降低平均功耗并在功耗受限的條件下優化達到最大性能的方法。

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　　Cortex-A15集群集成了監聽控制單元（SCU）以實現硬件一致性，每個集群包含一至四個CPU核心，并集成二級高速緩存控制器——Cortex-A15之后的所有ARMCortex-A系列CPU都沿用了這種拓撲結構。

　　在移動設備中不斷突破性能極限

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　　比較Cortex-A系列高端處理器的性能，可以看到自從Cortex-A81GH處理器在2008年上市以來，性能有了大幅提升。

　　一致性擴展機制，實現為AMBAACE，使下圖所示的big.littleSoC成為可能。在big.LITTLE系統中，通常實現一個“大”CPU集群，并對其進行調節以滿足高性能的要求，同時對“小”的CPU集群進行調節，滿足對高能效。在典型工作負載中，LITTLE處理器可以處理絕大部分工作，而“big”CPU集群的激活時間不足10%，在很多情況下還達不到總CPU運行時間的1%。通過CoreLinkCCI-400高速緩存一致性互連組件，CPU集群能夠監聽其他集群的高速緩存，從而實現軟件線程從一個集群到另一集群的快速轉移。

　　Cortex-A12

　　隨著智能手機市場的爆炸式增長，SoC供應商和OEM將該市場劃分為旗艦高端級別、中端級別、低成本入門級別。隨著這些細分市場的出現，ARM一直在定義專門針對上述三個級別市場的不同處理器。cortex-a12是采用全新微架構的一個全新處理器，專門面向快速發展的中端移動市場。下圖顯示了這些細分市場的規模，以及面向這些細分市場的ARMCortex-A產品：

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　　Cortex-A12的設計面向中端移動SoC，以滿足這一細分市場對于芯片面積和功耗的要求。它使用無序雙執行流水線，其性能比當前在許多中端移動SoC中使用的Cortex-A9高出40%。Cortex-A12在2013年中推向市場，有望在2014投入量產。它是一款32位處理器，具有與Cortex-A15相同的物理地址擴展和相關的架構特性。

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　　Cortex-A12能夠在很多（但并非全部）用例中提供接近Cortex-A15的性能。Cortex-A12還針對中端移動設計進行了優化，取消了一些企業功能，使用略微簡單的流水線，因此在橫跨多個市場的高端設備上都可以找到Cortex-A15的身影，而Cortex-A12則專門面向中端移動設計。

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