搭載全新ARM Corte -A73處理器，智能手機設計能效及性能再獲優化

Lionel Belnet，ARM處理器產品經理

搭載全新ARM Corte -A73處理器，智能手機設計能效及性能再獲優化

Lionel Belnet，ARM處理器產品經理

首先，讓我們回顧一下：2009年發展至今，幾乎所有智能手機都已經搭載了ARM處理器，性能提升達100倍。想想看，短短7年的時間，100倍，多么驚人的數字！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，以及沉浸式用戶體驗已成為現實，而功耗卻依舊保持不變，移動設備設計領域的種種難題都得以攻克。毋庸置疑，這是工程技術史上一次空前的壯舉。

圖 1

高性能、全新功能以及優化的用戶體驗不斷推動市場的快速成長，據預測，2016年全球智能手機銷量將會突破15億部。

伴隨消費趨勢的推動，智能手機設計已在諸多方面成為未來創新的重要平臺。增強現實（AR）、虛擬現實（VR）、超高清視覺化、基于對象的音頻處理技術和計算機視覺，都對系統性能提出了更高的要求；無獨有偶，近幾年來，智能手機不斷追求更加纖薄的機身設計，在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的要求。此外，因為智能手機尺寸已經達到可以便捷操作的極限，意味著無法通過增大機身體積來提高電池容量。為了延續過去10年智能手機行業的輝煌，進一步優化沉浸式用戶體驗，引領未來創新，必須要繼續優化性能，提高能效。

截至目前，ARM已經發布其全新高性能處理器—Cortex A73。繼2015年Cortex-A72處理器面市至今，ARM持續加快創新步伐，又推出全新Cortex-A73處理器，該處理器將于2017年初全面應用于高端智能手機。

得益于專屬設計和優化，Cortex -A73處理器為移動設備及其他消費電子設備量身打造。Cortex -A73針對設備性能及能耗所做的優化讓人感到非常興奮：移動功率電路性能極佳，頻率最高可達2.8 GHz；功耗效率提升30%，保證極佳用戶體驗；采用迄今為止體積最小的ARMv8-A架構。

在產品開發初期，Cortex-A73的目標就已經十分明確：打造到目前為止能效最高、性能最強的ARM處理器。

Cortex-A73:ARMv-8A高性能處理器

圖 2

Cortex-A73處理器全面支持ARMv-8A架構，其功能集可以完美契合智能手機及其他消費電子設備。ARMv-8A架構采用ARM Trust Zone技術、NEON技術、視覺化及密碼學設計，無論系統是32位還是64位，Cortex- A73都能夠支持最廣泛的移動應用與中間件生態系統（移動軟件的開發和優化默認基于ARM架構）。

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

最佳性能

CortexA73處理器針對新一代高端智能手機量身打造。在10 nm工藝制程下，Cortex-A73較前代Cortex-A72高性能CPU的持續性能提高了30%。頻率達到2.8 GHz時，Cortex -A73性能依舊強勁，與持續能效完美匹配。如圖3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。

圖 3

針對移動設備的性能優化

Cortex-A73處理器支持64 KB指令緩存（基于最先進算法的分支預測）以及高性能指令預取，最主要的性能優化是數據存儲系統，使用高級L1和L2數據預取，并支持復雜模式檢測。此外，它也為連續資料寫入流優化了存儲緩沖區，并將數據緩存提高至64 KB，且不會產生任何時序影響。

相較于Cortext-A72，得益于上述優化及提升，以相同頻率運行于Cortex-A73的移動應用性能最高提升達10%。基于Cortex-A73的芯片設計比前幾代產品更進一步推動了頻率優化，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用環境下，性能皆提高至少15%，包括多應用、操作系統運行及NEON復雜計算執行。

功耗優化

盡管Cortex-A73功耗低于Cortex-A72，但性能卻大幅提升。Cortex-A73在時鐘閘控、功耗優化RAM架構以及AArch32/AArch64優化資源共享執行等方面大幅升級，進一步降低了功耗。

對比Cortex -A72，Cortex-A73整數工作負載至少節省20%功耗；浮點運算和存儲器訪問等工作負載的優化甚至更加明顯。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，功耗優化也為SoC保存更多動態余量，提升了系統和圖形處理器性能，實現了更佳的視覺效果，提高了幀速率，為新功能的添加奠定了基礎。

迄今為止體積最小的ARM高端CPU

除了實現極高的持續和峰值性能，Cortex-A73最受關注的特性在于其以極小的面積發揮了ARMv8A架構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；并以中低成本實現更佳用戶體驗。得益于技術革新，相較于采用ARMv7A架構的CortexA15，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Cortex72最高減小25%。除了在16 nm和10 nm工藝等先進技術節點應用中發揮作用，Cortex-A73處理器在大眾市場28 nm工藝技術節點上也大放異彩，大幅提高了中端移動設備的性能。占用面積的減少允許設備搭載更多芯片，集成更多功能或提升其他系統IP的性能，也可以減少中端移動設備的SoC及設備成本。

全面提升中端智能手機的性能

采用big.LITTLE技術與CoreLink CCI，ARM為合作伙伴提供優異的可擴展性，實現系統優化，打造差異化產品。這意味著什么？SoC設計可以采用1或2個大核以及2個或4個小核，其性能和用戶體驗甚至可以與高端設計相媲美。獨有的L2緩存減至1 MB，但依然能夠保證有足夠的緩存，支持大核在實際高性能工作負荷下的正常運行。基于能效模型，big.LITTLE軟件可以靈活配置，滿足不同應用環境的需求。

目前，big.LITTLE技術已經在移動設備市場得到廣泛部署。Cortex-A73與Cortex-A53將共同服務新一代智能手機，最常見的方式是集成在八核處理器中。此外，Cortex-A73也為提升中端用戶體驗奠定了基礎。例如，六核big.LITTLE配置、雙核Cortex-A73處理器和四核Cortex-A53或Cortex- A35處理器可以在同等或更小面積下實現比八核Cortex-A53更佳的性能。該拓撲已經十分普遍，并已經成功應用于入門級和中端設備。由于瀏覽網頁和滾動界面等應用的響應時間縮短，所以與八核Cortex-A53相比，Cortex-A73六核在性能上提升了30%，單線程峰值性能提高了一倍，大幅提升了用戶體驗。

ARM設計團隊不斷提升用戶體驗，充分發揮基于ARM架構移動設備的專屬特性：搭載Cortex-A73處理器，以更低的功耗和更小的空間實現更佳性能與更長電池壽命。2016年晚些時候到2017年，Cortex-A73處理器將會逐漸覆蓋到合作伙伴的高端智能手機、平板電腦、翻蓋式移動設備、數字電視等一系列消費電子設備。讓我們拭目以待，共同見證這些產品的問世！

??薛士然

2016-08-08）