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ARM架构 性能/省电谁说了算

2013-7-13 14:22| 发布者: Saiu| 查看: 738| 评论: 0

摘要: 在判断某款ARM处理器性能的优良中差时,我们不能简单以Cortex-A架构就妄下结论。制程工艺、主频以及处理器内部集成的GPU同样会影响到其性能与功耗的高低。具体问题(产品)具体分析,始终是不变的真理。
      ARM处理器即将全面进入四核时代,面对不同的Cortex-A架构,究竟是谁在决定着性能和省电的特性?A7、A9、A15在省电设计上谁更占优势?
      Cortex-A架构之争
      都是四核,但不同ARM处理器之间的性能还是存在一定差异的。总的来说,ARM处理器的性能首先取决于核心架构,2013年ARM旗下的四核主力则都以Cortex-A7、Cortex-A9、Krait和Cortex-A15为主(表1)。其中Krait为高通独享,而A7、A9和A15则是本文讨论的重点。
 
      小提示
      ARM处理器属于一整套SoC片上系统,由不同的Cortex-A架构内核(好像PC上的CPU)、GPU内核(PC上的独立显卡)以及一系列周遭芯片组成。不同的Cortex-A架构只影响CPU的运算性能,对游戏性能的影响有限(类似2D/3D的图形运算主要靠GPU)。
 
      表1:2013年四核处理器常用架构对比
参数对比
Cortex-A7
Cortex-A9
高通Krait
Cortex-A15
Decode
2-wide
2-wide
3-wide
3-wide
流水线深度
8级
8级
11级
15级
乱序执行
不支持
支持
支持
支持
管线化FPU
多媒体处理引擎
64bit MPE
64bit MPE
128bit NEON
128bit MPE
制程工艺
40nm/28nm
40nm/32nm
28nm
28nm
单核性能
1.9DMIPS/MHz
2.5DMIPS/MHz
3.3DMIPS/MHz
3.5DMIPS/MHz
*Krait是高通在ARM指令集基础上自己研发的架构,可看做是Cortex-A15的姊妹版,性能介于A9和A15之间
 
      Cortex-A9属于ARM多核处理器中的中流砥柱,2012年中90%的多核处理器都是基于该架构设计,也是高性能的保障。Cortex-A15属于A9的升级版,增加了流水线深度,多媒体处理引擎也提升到了128bit,可谓最高性能的代号,但同时也带来更高的理论功耗。而Cortex-A7则属于A15的简化版,虽然性能不如Cortex-A9前辈,但功耗却大幅降低。根据ARM的资料,以32LP@TT/85C为基准,Cortex-A9功耗为 0.26mW/MHz,而Cortex-A7的功耗则只有0.10mW/MHz,这意味着在相同频率下A9的功耗是A7的2.6倍!
 
      小提示
      Cortex-A7属于ARM的“一石二鸟”之作,它既可以作为双核/四核处理器而独立存在(如全志A31),也能借助“big.LITTLE”技术与额外的Cortex-A15处理器封装在同一SoC芯片上(如三星Exynos 5 Octa八核处理器,由四核A15+四核A7组成),作为A15处理器的“协核心”而存在,缓解A15自身高功耗的缺陷。
 
      问题来了,既然Cortex-A7性能不如Cortex-A9,那是否意味着所有基于A7架构设计的处理器就不如A9架构处理器呢?反之,A9架构处理器的功耗就一定比A7高吗?
      性能凭主频 节能靠工艺
      答案自然是否定的,ARM处理器的实际性能和功耗还受制程工艺和主频的影响。1GHz的Cortex-A7四核处理器可能只有同频率Cortex-A19四核处理器的76%,但1.5GHz的Cortex-A7可能就会媲美1.2GHz的Cortex-A9,更高的频率足以弥补架构的不足。
 
      提升主频说得容易,但随之也会带来更为夸张的发热量和功耗,相信你也不愿意看到自己的平板变经常死机的“火炉”吧?ARM处理器的主频上限和功耗表现都受制程工艺的影响。根据TSMC和GlobalFoundries资料,28nm相较40nm/45nm工艺会带来40%~50%的功耗下降,在低功耗下也能实现更高的主频,而且发热量也会变得更低。换句话说,28nm的Cortex-A9不见得比40nm的Cortex-A7费电(在相近的主频下)。
      目前用于ARM处理器的最先进工艺就是28nm,而且只有格罗方德和台积电等极少数晶圆厂有能力量产,2013年初可能仍会面临一定程度的供货紧缺,这也近期比较热门的全志A31为啥只采用40nm(抢时机,保证在2012年底就有机器可卖),而联发科MT6589(28nm四核A7架构)和瑞芯微RK3188(28nm四核A9架构)在2012年底就发布但最终上市至少要推迟到2013年3月份的原因(小米2至今仍为量产,也是受困于28nm高通APQ8064供货不足的限制)。随着28nm工艺的成熟和产能的稳定,相信在2013年下半年就会成为主流ARM处理器的生产标准,届时会有更高超高主频的强悍处理器诞生。
      小结
      在判断某款ARM处理器性能的优良中差时,我们不能简单以Cortex-A架构就妄下结论。制程工艺、主频以及处理器内部集成的GPU同样会影响到其性能与功耗的高低。具体问题(产品)具体分析,始终是不变的真理。

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