能效、性能雙最佳ARM處理器的核心：Cortex-A73全分析

首先，讓我們回顧一下：2009 年發(fā)展至今，幾乎所有智能手機都已經(jīng)搭載了 ARM 處理器，性能提升達100倍。想想看，短短七年的時間，100 倍，多么驚人的數(shù)字!得益于性能的大幅提升，全新的功能、超高速的用戶界面響應(yīng)、以及沉浸式用戶體驗已成為現(xiàn)實，而功耗卻依舊保持不變，移動設(shè)備設(shè)計領(lǐng)域的種種難題都得以攻克。毋庸置疑，這是工程技術(shù)史上一次空前的壯舉。

高性能、全新功能以及優(yōu)化的用戶體驗不斷推動市場的快速成長，據(jù)預(yù)測，2016 年全球智能手機銷量將突破15億部。

伴隨消費趨勢的推動，智能手機設(shè)計已在諸多方面成為未來創(chuàng)新的重要平臺。增強現(xiàn)實(AR)、虛擬現(xiàn)實(VR)、超高清視覺化、基于對象的音頻處理技術(shù)和計算機視覺，都對系統(tǒng)性能提出了更高的要求;無獨有偶，智能手機近幾年來不斷追求更為纖薄的機身設(shè)計，一定程度上犧牲了散熱性能，同時也對電源管理提出了更高要求。此外，因為智能手機尺寸已經(jīng)達到可以便捷操作的極限，意味著無法通過機身體積增大來提高電池容量。為了延續(xù)過去十年智能手機行業(yè)的輝煌，進一步優(yōu)化沉浸式用戶體驗，引領(lǐng)未來創(chuàng)新，我們必須要繼續(xù)優(yōu)化性能，提高能效。

截至目前，ARM 已發(fā)布其全新高性能處理器，Cortex-A73。繼去年 Cortex-A72 處理器面市至今，ARM 持續(xù)加快創(chuàng)新步伐，于今年推出全新 Cortex-A73 處理器;該處理器將于 2017 年初全面應(yīng)用于高端智能手機。

得益于專屬設(shè)計和優(yōu)化，Cortex-A73 處理器為移動設(shè)備及其他消費電子設(shè)備量身打造。Cortex-A73 針對設(shè)備性能及能耗所做的優(yōu)化讓人感到尤為興奮：

移動功率電路性能極佳，頻率最高可達 2.8GHz

功耗效率提升 30%，保證最佳用戶體驗

內(nèi)置于迄今為止體積最小的 ARMv8-A 架構(gòu)

在產(chǎn)品開發(fā)初期，Cortex-A73的目標就已經(jīng)十分明確：打造能效最高、性能最強的 ARM 處理器。

Cortex-A73：ARMv8-A高性能處理器

Cortex-A73 處理器全面支持 ARMv8-A 架構(gòu)，其功能集可以完美契合智能手機及其它消費電子設(shè)備。ARMv8-A 架構(gòu)采用 ARM TrustZone 技術(shù)、NEON 技術(shù)、視覺化及密碼學(xué)設(shè)計，無論系統(tǒng)是 32 位還是 64 位， Cortex-A73 都能夠支持最廣泛的移動應(yīng)用與中間件生態(tài)系統(tǒng)(移動軟件的開發(fā)和優(yōu)化默認基于 ARM 架構(gòu))。

Cortex-A73處理器配有128位AMBA 4 ACE接口，無論是用于高端設(shè)計的高能效 Cortex-A53，還是用于中端及成本壓力更大設(shè)計的全新超高能效 Cortex-A35，ARM big.LITTLE 系統(tǒng)都可以實現(xiàn)完美兼容。

最佳性能

Cortex-A73 處理器針對新一代高端智能手機量身打造。在 10 納米工藝制程下，Cortex-A73 較前代 Cortex-A72 高性能 CPU 的持續(xù)性能提高了 30%。頻率達到 2.8GHz 時，Cortex-A73 依舊性能強勁，與持續(xù)能效完美匹配。如下圖所示，Cortex-A73 在接近峰值頻率時，仍能保證正常運行。盡管實際使用頻率會受到限制，極少滿頻運行，但這一測試依舊可以證實 Cortex-A73 的強大性能。

針對移動設(shè)備的性能優(yōu)化

Cortex-A73 處理器支持 64kB指令緩存(基于最先進算法的分支預(yù)測)以及高性能指令預(yù)取。最主要的性能優(yōu)化是數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，使用高級L1和L2數(shù)據(jù)預(yù)取，并支持復(fù)雜模式檢測。此外，它也為連續(xù)資料寫入流優(yōu)化了存儲緩沖區(qū)，并將數(shù)據(jù)緩存提高至 64kB，且不產(chǎn)生任何時序影響。

較 Cortext-A72，得益于上述優(yōu)化及提升，以相同頻率運行于 Cortex-A73的移動應(yīng)用性能最高提升達 10%?；?Cortex-A73 的芯片設(shè)計比前幾代產(chǎn)品更進一步推動頻率優(yōu)化，這是一次在提高效能前提下的大膽嘗試;此外，對比 Cortex-A72，全新 Cortex-A73 處理器在全部存儲工作負載應(yīng)用環(huán)境下，性能皆提高至少15%，包括多應(yīng)用、操作系統(tǒng)運行及 NEON 復(fù)雜計算執(zhí)行。

功耗優(yōu)化

盡管 Cortex-A73 功耗低于 Cortex-A72，但在性能上卻大幅提升。Cortex-A73 在時鐘閘控、功耗優(yōu)化 RAM 架構(gòu)以及 AArch32/AArch64 優(yōu)化資源共享執(zhí)行等方面大幅升級，進一步降低功耗。

對比 Cortex-A72，Cortex-A73 整數(shù)工作負載至少節(jié)省 20% 功耗;浮點運算和存儲器訪問等工作負載的優(yōu)化甚至更加明顯。功耗的降低顯著提升了用戶體驗，并大幅延長電池壽命;與此同時，功耗優(yōu)化也為 SoC 保存更多動態(tài)余量，提升系統(tǒng)和圖形處理器性能，實現(xiàn)更佳的視覺效果，提高幀速率，為新功能的添加奠定基礎(chǔ)。

迄今為止體積最小的 ARM 高端 CPU

除了實現(xiàn)極高的持續(xù)和峰值性能，Cortex-A73 最受關(guān)注的特性在于其以最小的面積發(fā)揮了ARMv8-A 架構(gòu)高端處理器的卓越性能，為日益崛起的中端智能手機市場保駕護航;并以中低成本實現(xiàn)最佳用戶體驗。得益于技術(shù)革新，相較于采用ARMv7-A架構(gòu)的 Cortex-A15，全新Cortex-A73處理器面積更小。具體來說，相比Cortex-A57和Cortex-A72，Cortex-A73的面積分別縮小70% 和 42%。參照國際標準，Cortex-A73核心尺寸比Cortex-72最高減小25%。除了在16納米和10納米工藝等先進技術(shù)節(jié)點應(yīng)用中發(fā)揮作用，Cortex-A73 處理器在大眾市場28納米工藝技術(shù)節(jié)點上也大放異彩，大幅提高中端移動設(shè)備的性能。占用面積減少允許設(shè)備搭載更多芯片，集成更多功能或提升其它系統(tǒng)IP的性能，也可以減少中端移動設(shè)備的SoC及設(shè)備成本。