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,短短七年的時間,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。
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,智能手機近幾年來不斷追求更為纖薄的機身設計,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。為了延續過去十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,我們必須要繼續優化性能,提高能效。
截至目前,ARM 已發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 持續加快創新步伐,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
? 內置于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:打造能效最高、性能最強的 ARM 處理器。
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Cortex-A73:ARMv8-A高性能處理器
Cortex-A73 處理器全面支持 ARMv8-A 架構,其功能集可以完美契合智能手機及其它消費電子設備。ARMv8-A 架構采用 ARM TrustZone 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
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 的持續性能提高了 30%。頻率達到 2.8GHz 時,Cortex-A73 依舊性能強勁,與持續能效完美匹配。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。
針對移動設備的性能優化
Cortex-A73 處理器支持 64kB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 64kB,且不產生任何時序影響。
較 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,但在性能上卻大幅提升。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,提升系統和圖形處理器性能,實現更佳的視覺效果,提高幀速率,為新功能的添加奠定基礎。
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最小的面積發揮了ARMv8-A 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;并以中低成本實現最佳用戶體驗。得益于技術革新,相較于采用ARMv7-A架構的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節點應用中發揮作用,Cortex-A73 處理器在大眾市場28納米工藝技術節點上也大放異彩,大幅提高中端移動設備的性能。占用面積減少允許設備搭載更多芯片,集成更多功能或提升其它系統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 1MB,但依然保證足夠的緩存,支持大核在實際高性能工作負荷下的正常運行?;谀苄P?,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30%,單線程峰值性能提高了一倍,大幅提升用戶體驗。
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,以更少的功耗和更小的空間實現更佳的性能與更長的電池壽命。今年晚些時候到2017年,Cortex-A73處理器將會逐漸覆蓋到我們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!
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