Cortex-A9雙核旗艦 蘋(píng)果A5處理器探秘
泡泡網(wǎng)平板電腦頻道3月22日 今天在impress.co.jp網(wǎng)站上看到了一篇關(guān)于A5處理器的探秘文章，全面解析了蘋(píng)果的A5處理器。筆者整理之后，將這篇文章獻(xiàn)給廣大的讀者。
蘋(píng)果是引領(lǐng)著時(shí)代的潮流，iPad2的推出引來(lái)了全世界的關(guān)注。iPad2采用了全新的蘋(píng)果A5處理器，喬布斯放言A5比A4的計(jì)算性能提升了2倍，圖形處理能力提升了9倍，同時(shí)產(chǎn)品重量下降，厚度減少了3成，從而實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的輕薄化以及性能的提升。
從iPad升級(jí)至iPad2，首先就是CPU由單核心ARM Cortex-A8變成了雙核心ARM Cortex-A9。除了CPU核心數(shù)量提升了2倍以外，每個(gè)核心的容許量也2倍以上的性能提升。根據(jù)ARM公司的介紹，Cortex-A8頻率性能為2 DMIPS (Dhrystone MIPS)/MHz，而Cortex-A9為2.5 DMIPS/MHz。
A4處理器將成為過(guò)去
至于CPU架構(gòu)也發(fā)生變化的原因只有一個(gè)，這就是Cortex-A8只支持單核心設(shè)計(jì)，因此如果不想開(kāi)發(fā)特殊的總線，同時(shí)又想獲得相同的性能，因此可以選擇的方案也只有Cortex-A9。Cortex-A9最大可支持四核心設(shè)計(jì)，并且同樣支持AMBA 3 AXI協(xié)議。
ARM Cortex-A架構(gòu)
A8不支持多核
蘋(píng)果A4處理器最開(kāi)始是專(zhuān)門(mén)為iPad設(shè)計(jì)的，后來(lái)才被應(yīng)用到iPod touch 4和iPhone 4上。雖然同樣是A4處理器，但是在iPad上的A4處理器主頻為1GHz，而iPhone 4上僅為800MHz。
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蘋(píng)果公司將第一代iPad的A4處理器由三星公司代工，而A5則變成了臺(tái)積電。這聽(tīng)說(shuō)主要是由于三星公司已經(jīng)成為蘋(píng)果公司智能手機(jī)和平板電腦最強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。
A5處理器編號(hào)：APL0498E01
至于生產(chǎn)工藝，大致推測(cè)A5處理器所用的為45nm制程，A4處理器編號(hào)為：APL0398B01，而A5處理器編號(hào)為：APL0498E01。UBM TechInsights采用了光學(xué)放大與掃描電子顯微鏡結(jié)合的方法分析了兩款處理器的異同之處，涉及的項(xiàng)目包括metal1互聯(lián)層節(jié)距，邏輯/SRAM電路用晶體管結(jié)構(gòu)，核心封裝方式等等，并將A5的有關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)與三星其它45nm產(chǎn)品進(jìn)行了對(duì)比。
A4處理器與A5處理器的區(qū)別
根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司iSuppli于3月13日發(fā)布的報(bào)道《iPad 2 Carries Bill of Materials of $326.60, IHS iSuppli Teardown Analysis Shows》一文，蘋(píng)果A5芯片的成本相對(duì)于A4提升了約75％。如果核心面積提升2倍的話，那么這種程序的成本提升也是與猜測(cè)相對(duì)應(yīng)的。因此A4升級(jí)至A5，核心尺寸的增加也是可以理解的。
A5處理器核心平面圖
不過(guò)iSuppli估計(jì)A5芯片的成本大約為14美元。因此雖然核心面積的增加(A4 53平方毫米、A5 122平方毫米)，導(dǎo)致了成本的增加，但是其帶來(lái)的影響并不大，其影響甚至還不如功耗變化的影響大。
Cortex-A9硬宏實(shí)現(xiàn)
另外根據(jù)IO Snoops的分析，蘋(píng)果A4處理器的工作頻率固定在1GHz，而A5處理器則可以隨當(dāng)前運(yùn)行的應(yīng)用程序而改變運(yùn)行頻率。UBM TechInsights表示，這顯示A5處理器采用了比A4更優(yōu)秀的電源管理電路設(shè)計(jì)，而這也是A5相對(duì)A4的重要區(qū)別之一。這個(gè)區(qū)別的另外一個(gè)佐證是iPad2上所使用了由Dialog Semiconductor制造的電源管理IC芯片，這款芯片的型號(hào)也與A4所用的芯片有所區(qū)別。所以在性能大幅度的提升下，功耗得到了合理的控制。
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除了核心數(shù)量提升了2倍，A5 Cortex-A9 CPU架構(gòu)也出現(xiàn)了變化。Cortex-A8采用的是雙指令解碼管線，程序指令采用的是In-Order執(zhí)行（即順序執(zhí)行，只能按固定的優(yōu)先級(jí)處理，處理速度較慢）。如果以Intel CPU對(duì)比，差不多相當(dāng)于其Pentium時(shí)代產(chǎn)品。而Cortex-A9雖然同樣采用的是雙指令解碼，但是其指令執(zhí)行順序?yàn)镺ut-of-Order（亂序執(zhí)行，可以多任務(wù)并行執(zhí)行，最大限度發(fā)揮處理器的效能，處理速度快），容許量方面相差25％。
Cortex-A9流程圖
這個(gè)所帶來(lái)的影響程序，可以通過(guò)Cortex-A9所占據(jù)的核心區(qū)域來(lái)了解。通過(guò)ARM公司在去年(2010年)的“CMP Conference”所進(jìn)行的演示，在使用臺(tái)積電 40nm工藝的雙核心Cortex-A9的核心面積約在6.7平方毫米，其頻率目標(biāo)為2GHz，1.9W功耗，這里還包括了L1緩存和總線接口。
順便介紹一下的是X86架構(gòu)雙指令Out-of-Order Bobcat核心基于40nm工藝時(shí)，單核心面積在5平方毫米以上，因此Cortex-A9雙核要比雙核的X86芯片面積小很多。
Cortex-A9新特性
因此可以估計(jì)如果采用三星45nm工藝的話，其面積會(huì)比臺(tái)積電40nm要大。同時(shí)以1GHz頻率為目標(biāo)的A5 Cortex-A9核心，為了保證10小時(shí)的續(xù)航時(shí)間，臺(tái)積電已經(jīng)拿出最好的電力控制方案了。而我們拿到的iPad2的核心處理器主頻被鎖定在了900MHz，可見(jiàn)在性能和功耗方面想兩全還是太困難了。
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iPad2上GPU核心數(shù)量也由以前的1個(gè)變成了2個(gè)。GPU核心架構(gòu)為Imagination Technologies的PowerVR SGX543MP2,不過(guò)根據(jù)介紹其性能同樣也提升了2倍以上。PowerVR SGX的晶體管數(shù)量提升是肯定的，因此其雙核心華對(duì)于A5的核心面積以及功耗影響也是很大的。下面我們來(lái)看一段SGX543MP2開(kāi)發(fā)機(jī)和SGX540的對(duì)比測(cè)試畫(huà)面吧，左為SGX543MP2開(kāi)發(fā)機(jī)，右為采用SGX540的Nexus S。
采用的測(cè)試程序?yàn)镕uturemark的Tai Chi（太極），從測(cè)試的影片中，我們能明顯看出左側(cè)開(kāi)發(fā)機(jī)的流暢度和光影效果要強(qiáng)于右側(cè)的Nexus S。未來(lái)索尼NGP將會(huì)采用PowerVR SGX543MP4+，圖形處理能力比起現(xiàn)在展示的雙核GPU SGX543MP2提升會(huì)更多。
游戲畫(huà)面差距明顯（左為iPad一代、右為iPad2）
PowerVR SGX架構(gòu)并不是SIMD(Single Instruction, Multiple Data)架構(gòu)，應(yīng)該說(shuō)其設(shè)計(jì)與NVIDIA架構(gòu)設(shè)計(jì)很相似，與AMD的VLIW(Very Long Instruction Word)架構(gòu)設(shè)計(jì)存在差異。
Tegra 2將作何回應(yīng)
當(dāng)前的PowerVR SGX架構(gòu)單個(gè)核心最多可擁有16個(gè)scalar處理器。一般認(rèn)為iPad的PowerVR Core最多核心數(shù)量同樣為16個(gè)，由于iPad2核心數(shù)量成為了2個(gè)，因此處理器數(shù)量也提升至32個(gè)。這個(gè)構(gòu)成其處理器數(shù)大大超過(guò)了Tegra 2(G70架構(gòu)1Vertex Shader+1Pixel Shader的構(gòu)成)。
另外就是scalar處理器共計(jì)32個(gè)，這個(gè)數(shù)字與NVIDIA GF100系列Fermi建架構(gòu)的單個(gè)SM(Streaming Multiprocessor)相等。當(dāng)然實(shí)際的性能影響因素是多種多樣的，比如說(shuō)顯存帶寬啊，GPU主頻等等。在iPad2發(fā)布的時(shí)候，喬布斯提到圖形性能將提升9倍的言論，這個(gè)數(shù)字的來(lái)源根據(jù)目前仍然不清楚。
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iPad2性能的提升，受益最大的當(dāng)然就是游戲。Apple的電腦產(chǎn)品每年都會(huì)進(jìn)行硬件的升級(jí)，對(duì)于電腦而言同樣也需要3D圖形性能的提升。去年在推出iPad后，Epic Games和id Software的2大FPS(First Person Shooter)游戲廠商均為其量身定制了FPS游戲，包括有Epic Games旗下Chair Entertainment推出的《Infinity Blade》以及id Software的《RAGE HD》。
我們不能說(shuō)未來(lái)的游戲市場(chǎng)就會(huì)被蘋(píng)果的iPad和iPhone所主宰，但是在掌上設(shè)備中，確實(shí)是從iOS平臺(tái)上風(fēng)靡起來(lái)的。在iPhone正式采用A4處理器之后，大量的游戲開(kāi)始扎堆推出，而且畫(huà)面也有了質(zhì)的提升。相信在A5推出之后，更多更絢麗的游戲也會(huì)接踵而至的。
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從游戲的角度來(lái)審視A5構(gòu)成的話，以處理器數(shù)量來(lái)說(shuō)，其數(shù)量為索尼電腦娛樂(lè)(SCE)下代掌機(jī)「NGP(Next Generation Portable)」的一半。NGP將會(huì)基于四核心ARM Cortex-A9處理器核心，PowerVR SGX543MP4+核心。PowerVR核心將會(huì)由每個(gè)擁有16個(gè)scalar處理器核心組成，這樣總數(shù)量則達(dá)到了64個(gè)。
索尼NGP圓潤(rùn)的外形
根據(jù)推測(cè)，NGP最初配備的芯片將會(huì)基于45～40nm工藝，其目標(biāo)最終會(huì)提升至32～28nm?？傊に嚨奶嵘殡S而來(lái)的就是成本的下降。
新增的背觸面板很吸引人
而這也意味著在進(jìn)入32～28nm時(shí)代之后，其它高性能便攜產(chǎn)品也將會(huì)配備四核GPU，而四核心GPU也將會(huì)帶來(lái)更高的圖形性能。實(shí)際上NVIDIA公司是計(jì)劃28nm工藝在第三代Tegra Kal-El上應(yīng)用，將ARM Cortex-A9提升至四核心設(shè)計(jì)，同時(shí)流處理器數(shù)量也會(huì)大幅提升。
Cortex-A系列定位
因此在這種多核心發(fā)展的背景下，除了生產(chǎn)工藝以外，多核心化也會(huì)成為CPU廠商的發(fā)展戰(zhàn)略。比如ARM的發(fā)展計(jì)劃為Cortex-A8→Cortex-A9→Cortex-A15，將會(huì)著重提升單線程和矢量處理性能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多核心。
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多核心化的發(fā)展由于同樣適合移動(dòng)產(chǎn)品，因此已經(jīng)成為業(yè)界的發(fā)展趨勢(shì)。而關(guān)于蘋(píng)果公司四核化的發(fā)展也在計(jì)劃中。如果通過(guò)45nm工藝實(shí)現(xiàn)雙ARM核心以及雙PowerVR，這樣在實(shí)現(xiàn)的成本上會(huì)更加經(jīng)濟(jì)。而這也與之后32～28nm工藝下的四核心CPU和四核心GPU在經(jīng)濟(jì)線上實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)。從45nm升級(jí)至32nm，相同的核心面積情況下晶體管數(shù)量將可提升約2倍。如果蘋(píng)果以A5相同的核心面積來(lái)設(shè)計(jì)A6，那么明年蘋(píng)果iPad將可能實(shí)現(xiàn)四核化。
四核化會(huì)出現(xiàn)在iPhone 5上嗎
這里對(duì)于蘋(píng)果公司的產(chǎn)品戰(zhàn)略會(huì)產(chǎn)生一個(gè)疑問(wèn)，這就是如何持續(xù)使用，iPad和iPhone目前都是使用的相同的處理器，將來(lái)是否還會(huì)如此呢？比如將來(lái)是否有可能iPad使用四核心處理器，而iPone使用雙核心處理器。這里將核心數(shù)量發(fā)展區(qū)分開(kāi)來(lái)是很有必要的，四核心處理器帶來(lái)的就是峰值功耗的提升。
A15架構(gòu)
從實(shí)際情況而言，在運(yùn)行游戲的時(shí)候，功耗必然會(huì)提升。因此在核心數(shù)量翻倍的情況下，很有可能會(huì)出現(xiàn)峰值功耗提升的情況。在這個(gè)時(shí)候工作電壓與工藝沒(méi)有提升，而同時(shí)平板電腦的電池設(shè)計(jì)存在空間，而智能手機(jī)則沒(méi)有，因此兩種產(chǎn)品的核心提升采用不同的策略的可能性還是存在的。
實(shí)際上CPU廠商也有采用不同發(fā)展策略的打算。比如ARM的Cortex-A15戰(zhàn)略中，智能手機(jī)產(chǎn)品就是1～2個(gè)核心，而平板電腦則采用2～4核心的建議。
Cortex-A15的可擴(kuò)展性
如果這種想法得以實(shí)現(xiàn)，那么2012到2013年，平板電腦會(huì)使用四核心配置，而智能手機(jī)則主要使用雙核心設(shè)計(jì)。當(dāng)然產(chǎn)品低價(jià)化的趨勢(shì)將會(huì)越來(lái)越明顯，比如低價(jià)平板電腦和智能手機(jī)會(huì)分別采用雙核心和單核心處理器。當(dāng)然當(dāng)工藝進(jìn)一步提升至22～20nm時(shí)，四核心平板電腦和雙核心智能手機(jī)將會(huì)成為流行，而iPad/iPhone發(fā)展也應(yīng)該也會(huì)跟隨這個(gè)趨勢(shì)。
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以上就是impress.co.jp網(wǎng)站對(duì)A5處理器的全解析了。相信再看完這篇文章之后，大家都對(duì)A5處理器也都有了一定的了解。A5處理器在性能上絕對(duì)是優(yōu)于A4處理器的，但是還沒(méi)有達(dá)到能夠統(tǒng)領(lǐng)掌上數(shù)碼設(shè)備的地步，因?yàn)樵谒懊孢€有索尼NGP。
iPad2（A5）對(duì)整個(gè)業(yè)界的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到iPad一代（A4）的水平，只是硬性上的提升。相信現(xiàn)在搶購(gòu)iPad2的用戶(hù)都是圖iPad2更加輕薄，而且價(jià)格便宜（和iPad一代售價(jià)相同）。喬布斯之所以沒(méi)有提高售價(jià)，也證明他心虛，iPad2或許就是傳說(shuō)中的過(guò)渡產(chǎn)品。
對(duì)于已經(jīng)有了iPad一代的朋友，大可不必去買(mǎi)iPad2。沒(méi)有iPad一代的朋友，盡量還是買(mǎi)iPad一代吧，當(dāng)然是還有賣(mài)的時(shí)候，一代全部售完的話，就坐等iPad2降價(jià)吧，而且盡量等行貨版上市。
筆者的游戲選擇
對(duì)于索尼NGP，筆者還是寄予了厚望的。買(mǎi)iPad的大部分朋友應(yīng)該都是用來(lái)玩游戲，或者閱讀。與其買(mǎi)個(gè)“畸形”的游戲機(jī)，不如買(mǎi)NGP這樣的真掌機(jī)，游戲體驗(yàn)肯定還是有所差別的。
買(mǎi)iPad2的決定權(quán)還是在消費(fèi)者手中的，買(mǎi)之前一定要視自己的需求而定?？偨Y(jié)起來(lái)，A5是非常強(qiáng)悍的，但是未來(lái)的路也并不好走。NVIDIA已經(jīng)宣布了四核心架構(gòu)，而索尼NGP的CPU和GPU都是四核心，這讓剛剛出世的A5處理器面臨著巨大的壓力?！?/P>
[文章來(lái)源] cnBeta.com
[原文來(lái)源] impress.co.jp
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