搭载全新ARM Cortex-A73处理器智能手机设计能效及性能再获优化

2016-08-02 16:14:26来源: EEWORLD作者: Lionel Belnet,ARM处理器产品经理
首先,让我们回顾一下:2009 年发展至今,几乎所有智能手机都已经搭载了 ARM 处理器性能提升达100倍。想想看,短短七年的时间,100 倍,多么惊人的数字!得益于性能的大幅提升,全新的功能、超高速的用户界面响应、以及沉浸式用户体验已成为现实,而功耗却依旧保持不变,移动设备设计领域的种种难题都得以攻克。毋庸置疑,这是工程技术史上一次空前的壮举。
高性能、全新功能以及优化的用户体验不断推动市场的快速成长,据预测,2016 年全球智能手机销量将突破15亿部。
 
伴随消费趋势的推动,智能手机设计已在诸多方面成为未来创新的重要平台。增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、超高清视觉化、基于对象的音频处理技术和计算机视觉,都对系统性能提出了更高的要求;无独有偶,智能手机近几年来不断追求更为纤薄的机身设计,一定程度上牺牲了散热性能,同时也对电源管理提出了更高要求。此外,因为智能手机尺寸已经达到可以便捷操作的极限,意味着无法通过机身体积增大来提高电池容量。为了延续过去十年智能手机行业的辉煌,进一步优化沉浸式用户体验,引领未来创新,我们必须要继续优化性能,提高能效
 
截至目前,ARM 已发布其全新高性能处理器,Cortex-A73。继去年 Cortex-A72 处理器面市至今,ARM 持续加快创新步伐,于今年推出全新 Cortex-A73 处理器;该处理器将于 2017 年初全面应用于高端智能手机。
 
得益于专属设计和优化,Cortex-A73 处理器为移动设备及其他消费电子设备量身打造。Cortex-A73 针对设备性能及能耗所做的优化让人感到尤为兴奋:
•移动功率电路性能极佳,频率最高可达 2.8GHz
•功耗效率提升 30%,保证最佳用户体验
•内置于迄今为止体积最小的 ARMv8-A 架构
在产品开发初期,Cortex-A73的目标就已经十分明确:打造能效最高、性能最强的 ARM 处理器。
 
Cortex-A73:ARMv8-A高性能处理器
Cortex-A73 处理器全面支持 ARMv8-A 架构,其功能集可以完美契合智能手机及其它消费电子设备。ARMv8-A 架构采用 ARM TrustZone 技术、NEON 技术、视觉化及密码学设计,无论系统是 32 位还是 64 位, Cortex-A73 都能够支持最广泛的移动应用与中间件生态系统(移动软件的开发和优化默认基于 ARM 架构)。
 
Cortex-A73处理器配有128位AMBA 4 ACE接口,无论是用于高端设计的高能效 Cortex-A53,还是用于中端及成本压力更大设计的全新超高能效 Cortex-A35,ARM big.LITTLE 系统都可以实现完美兼容。
 
最佳性能
 
Cortex-A73 处理器针对新一代高端智能手机量身打造。在 10 纳米工艺制程下,Cortex-A73 较前代 Cortex-A72 高性能 CPU 的持续性能提高了 30%。频率达到 2.8GHz 时,Cortex-A73 依旧性能强劲,与持续能效完美匹配。如下图所示,Cortex-A73 在接近峰值频率时,仍能保证正常运行。尽管实际使用频率会受到限制,极少满频运行,但这一测试依旧可以证实 Cortex-A73 的强大性能。
针对移动设备的性能优化
 
Cortex-A73 处理器支持 64kB指令缓存(基于最先进算法的分支预测)以及高性能指令预取。最主要的性能优化是数据存储系统,使用高级L1和L2数据预取,并支持复杂模式检测。此外,它也为连续资料写入流优化了存储缓冲区,并将数据缓存提高至 64kB,且不产生任何时序影响。
 
较 Cortext-A72,得益于上述优化及提升,以相同频率运行于 Cortex-A73 的移动应用性能最高提升达 10%。基于 Cortex-A73 的芯片设计比前几代产品更进一步推动频率优化,这是一次在提高效能前提下的大胆尝试;此外,对比 Cortex-A72,全新 Cortex-A73 处理器在全部存储工作负载应用环境下,性能皆提高至少15%,包括多应用、操作系统运行及 NEON 复杂计算执行。
功耗优化
 
尽管 Cortex-A73 功耗低于 Cortex-A72,但在性能上却大幅提升。Cortex-A73 在时钟闸控、功耗优化 RAM 架构以及 AArch32/AArch64 优化资源共享执行等方面大幅升级,进一步降低功耗
 
对比 Cortex-A72,Cortex-A73 整数工作负载至少节省 20% 功耗;浮点运算和存储器访问等工作负载的优化甚至更加明显。功耗的降低显著提升了用户体验,并大幅延长电池寿命;与此同时,功耗优化也为 SoC 保存更多动态余量,提升系统和图形处理器性能,实现更佳的视觉效果,提高帧速率,为新功能的添加奠定基础。
迄今为止体积最小的 ARM 高端 CPU
 
除了实现极高的持续和峰值性能,Cortex-A73 最受关注的特性在于其以最小的面积发挥了ARMv8-A 架构高端处理器的卓越性能,为日益崛起的中端智能手机市场保驾护航;并以中低成本实现最佳用户体验。得益于技术革新,相较于采用ARMv7-A架构的Cortex-A15,全新Cortex-A73处理器面积更小。具体来说,相比Cortex-A57和Cortex-A72,Cortex-A73的面积分别缩小70% 和 42%。参照国际标准,Cortex-A73核心尺寸比Cortex-72最高减小25%。除了在16纳米和10纳米工艺等先进技术节点应用中发挥作用,Cortex-A73 处理器在大众市场28纳米工艺技术节点上也大放异彩,大幅提高中端移动设备的性能。占用面积减少允许设备搭载更多芯片,集成更多功能或提升其它系统IP的性能,也可以减少中端移动设备的SoC及设备成本。
全面提升中端智能手机的性能
 
采用 big.LITTLE 技术与 CoreLink CCI,ARM 为合作伙伴提供优异的可扩展性,实现系统优化,打造差异化产品。这意味着什么?SoC 设计可以采用 1 或 2 个大核以及 2 个或 4 个 小核,其性能和用户体验甚至可以与高端设计相媲美。独有的 L2 缓存减至 1MB,但依然保证足够的缓存,支持大核在实际高性能工作负荷下的正常运行。基于能效模型,big.LITTLE 软件可以灵活配置,满足不同应用环境的需求。
 
目前,big.LITTLE 技术已经在移动设备市场得到广泛部署。Cortex-A73 与 Cortex-A53 将共同服务新一代智能手机,最常见的方式是集成在八核处理器中。此外,Cortex-A73 也为提升中端用户体验奠定了基础。例如,六核big.LITTLE 配置,双核 Cortex-A73 处理器和四核 Cortex-A53 或 Cortex-A35 处理器可以在同等或更小面积下实现比八核Cortex-A53更佳的性能。该拓扑已经十分普遍,并已经成功应用于入门级和中端设备。由于浏览网页和滚动界面等应用的响应时间缩短,所以与八核Cortex-A53相比,Cortex-A73六核在性能上提升30%,单线程峰值性能提高了一倍,大幅提升用户体验。
ARM设计团队不断提升用户体验,充分发挥基于 ARM 架构移动设备的专属特性:搭载Cortex-A73处理器,以更少的功耗和更小的空间实现更佳的性能与更长的电池寿命。今年晚些时候到2017年,Cortex-A73处理器将会逐渐覆盖到我们合作伙伴的高端智能手机、平板电脑、翻盖式移动设备、数字电视等一系列消费电子设备。让我们拭目以待,共同见证这些产品的问世!

关键字:ARM  Cortex-A73  处理器  智能手机  设计  能效  性能

编辑:杜红卫 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/article_2016080256178.html
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