搭载全新ARM Corte -A73处理器，智能手机设计能效及性能再获优化

Lionel Belnet，ARM处理器产品经理

搭载全新ARM Corte -A73处理器，智能手机设计能效及性能再获优化

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7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。

图 1

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会突破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，近几年来，智能手机不断追求更加纤薄的机身设计，在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的要求。此外，因为智能手机尺寸已经达到可以便捷操作的极限，意味着无法通过增大机身体积来提高电池容量。为了延续过去10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，必须要继续优化性能，提高能效。

截至目前，ARM已经发布其全新高性能处理器—Cortex A73。继2015年Cortex-A72处理器面市至今，ARM持续加快创新步伐，又推出全新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非常兴奋：移动功率电路性能极佳，频率最高可达2.8 GHz；功耗效率提升30%，保证极佳用户体验；采用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：打造到目前为止能效最高、性能最强的ARM处理器。

Cortex-A73:ARMv-8A高性能处理器

图 2

Cortex-A73处理器全面支持ARMv-8A架构，其功能集可以完美契合智能手机及其他消费电子设备。ARMv-8A架构采用ARM Trust Zone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

CortexA73处理器针对新一代高端智能手机量身打造。在10 nm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2.8 GHz时，Cortex -A73性能依旧强劲，与持续能效完美匹配。如图3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。

图 3

针对移动设备的性能优化

Cortex-A73处理器支持64 KB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64 KB，且不会产生任何时序影响。

相较于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了频率优化，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，但性能却大幅提升。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，进一步降低了功耗。

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，提升了系统和图形处理器性能，实现了更佳的视觉效果，提高了帧速率，为新功能的添加奠定了基础。

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极小的面积发挥了ARMv8A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；并以中低成本实现更佳用户体验。得益于技术革新，相较于采用ARMv7A架构的CortexA15，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Cortex72最高减小25%。除了在16 nm和10 nm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 nm工艺技术节点上也大放异彩，大幅提高了中端移动设备的性能。占用面积的减少允许设备搭载更多芯片，集成更多功能或提升其他系统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1 MB，但依然能够保证有足够的缓存，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了30%，单线程峰值性能提高了一倍，大幅提升了用户体验。

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，以更低的功耗和更小的空间实现更佳性能与更长电池寿命。2016年晚些时候到2017年，Cortex-A73处理器将会逐渐覆盖到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！

��薛士然

2016-08-08）