ARM公司Cortex A15核心

　　目前，智能手機已經向四核心靠攏，但同樣是四核，手機性能卻是千差萬別。從去年就開始嶄露頭角的高通Krait系列架構四核外，ARM家族的Cortex A15也正式登上四核的歷史舞臺。例如三星的Exynos 5 Octa、NVIDIA 的Tegra 4均采用Cortex A15架構。同時，智能移動設備iPad3的處理器傳言也會用上全新的ARM Cortex A15架構處理器。雖然蘋果iPad3處理器較A5X還是A6，使用Cortex-A15架構可能性非常大。我們可以從TI、三星、高通發布的產品對于Cortex A15架構做整體水平全面的了解。

　　ARM Cortex-A15 架構示意圖

　　Cortex-A15核心，與Cortex-A9一樣，同樣基于ARMv7-A架構，定位上是Cortex-A9的替代品，但架構上有較大變化，對多核心的效率和管理上有重要意義。而在浮點運算單元上，也有升級。我們簡單來看看Cortex-A15的變化。

　　ARM Cortex-A9 架構示意圖

　　ARM Cortex-A9 工作流程示意圖

　　首先，我們看到ARM公司官方提供的兩張處理器的原理架構圖。我們發現，在Cortex-A9處理器的工作流程中，多核心中斷控制與分配是放在最后一層的，而在Cortex-A15中，這一部分的工作是放在核心運算之前的。在NVIDIA的Tegra3技術文檔中曾經談到，Android下，多核心在不同核心運行于不同頻率時，整體效率會受到最低頻率的核心的限制，所以Tegra3在多核心的控制管理上有所優化。也許這與ARM Cortex-A9多核心原始設計有關。而在Cortex-A15上，架構上有了很大變化，也許多核心處理的效率會更高。

　　從浮點運算單元來看，Cortex-A15核心每個核心內建VFPv4浮點單元。VFPv4是Vector Floating-Point version 4，而在Cortex-A9上是Version 3，Cortex-A8是Version 2。此次VFPv4是ARM處理器的浮點運算首次完全支持IEEE 754標準。在以往，ARM處理器的浮點運算性能一直是短板，尤其是在ARMv7之前，此次VFPv4會對浮點運算帶來怎樣改進?

　　除此之外，Cortex-A15的緩存管理也略有改進。每個核心將都分別具有32KB的數據與指令L1 Cache，L2 Cache二級緩存被多個核心共享，目前官方提供數據支持512KB、1MB、2MB、4MB等標準，二級緩存的控制機制延遲要比Cortex-A9時有所進步。

　　最后，Cortex-A15從設計之初并不僅僅定位于移動設備，它支持40bit Large Physical Address Extensions, LPAE，內存尋址高達1TB，同時，它開始完全支持硬件虛擬化。這些應用，甚至瞄準的是多顆ARM處理器打造的高性能運算平臺。

　　TI、三星、高通的Cortex A-15核心產品

　　TI OMAP5系列：OMAP 5430/5432是號稱業界首款Cortex-A15核心的產品。TI公司在2011年底發布了OMAP5 SoC芯片的詳細架構示意圖，并大概公布了相關效能，我們從OMAP5來看看Cortex-A15的表現。

　　TI OMAP 5430處理器架構示意圖

　　TI OMAP 5430/5432主要參數

　　OMAP 5430與5432在大體架構上沒有區別，只是封裝尺寸，外部I/O因為定位不同稍有不同。OMAP 5430仍然定位于智能手機、平板電腦等，而OMAP 5432可能偏重于尺寸稍大一些的設備，例如類似筆記本電腦的產品。所以，我們先來看一張OMAP 5430的架構圖。從架構圖中，我們看到，它使用了兩個Cortex-A15核心，最高頻率可達2GHz。為了保證低負荷下系統更低功耗，OMAP 5430還使用了兩個Cortex-M4核心。在視頻、2D圖像部分，都有專門DSP單元負責，電源管理與音頻管理模塊與OMAP4系列沒有不同。在周邊I/O模塊上，各種全新的標準一應俱全。SD3.0、eMMC存儲接口，SATA 2.0接口[為SSD設計]，USB 3.0 OTG接口，USB2.0接口，HDMI 1.4a標準等等。當然，OMAP5430還搭配了PowerVR SGX544圖形處理單元，這要比之前OMAP4系列有不小的提升。

　　TI OMAP5 平臺性能示意圖

　　TI還大概描述了OMAP5系列和Cortex-A15的效能提升，同時在2012年1月展示了使用OMAP5的成品設備。大體來說，28nm工藝制造的Cortex-A15與40nm工藝的Cortex-A9相比，單線程運算效能提升1.5倍，浮點運算性能提升1.6倍。全新的多核心管理架構讓它的多核心處理分配更為智能，可按需分配[Cortex-A9明顯更低效]。另外，TI在OMAP 5上使用SmartReflex 3能源管理技術，它可以使OMAP 5處理器在達到與指定OMAP 4處理器一樣性能的情況下，只需要OMAP 4處理器60%的能耗。換個角度，如果用OMAP 4所需的同樣能耗，那么OMAP 5 只需要60%的時間就可以完成所需要做的工作。

　　TI沒有更多介紹OMAP 5中PowerVR SGX544的性能，但除去運行頻率帶來的差異不可估計外，我們知道SONY PS Vita上使用的是PowerVR SGX543 MP4+[同樣是四核心]，而蘋果A5處理器使用的是PowerVR SGX543MP2，前者為4個核心，后者為2個核心。相對OMAP4系列[除去4470外]的PowerVR SGX540，性能有5倍提升[官方數據]。

　　三星 Exynos 5250：2011年11月30日，三星發布Exynos 5250處理器，它同樣使用Cortex-A15雙核心，不過使用的是32nm High-k工藝生產。從三星提供的數字來看，2.0GHz的雙核心Exynos 5250的運算性能可以達到1.5GHz Cortex-A9核心處理器的兩倍，效能顯然有很大提高。Exynos 5250還支持EDP接口，支持DispalyPort的輸出，最高支持2560x1600的分辨率，同時支持3D立體輸出，至于圖形單元的具體性能，官方消息中沒有透露。

　　高通Snapdragon S4：高通公司同樣在2011年底發布了Snapdragon的S4平臺，在即將開幕的MWC 2012上，使用S4平臺的高通手機就會展出。國外網站AnandTech在21日剛剛發布了，S4平臺的性能測試。Snapdragon S4平臺，同樣使用Cortex-A15架構，不同高通命名為"Krait"，芯片組代號MSM8960，它采用28nm工藝制造，雙核心運行主頻1.5GHz。顯示單元從Adreno 220升級至Adreno 225。從測試結果來看，與高通S3平臺，即MSM8260/8660相比，單線程Linpac浮點運算性能提升1倍，多線程浮點運算性能提升120%。不要忘記MSM8260只是VFPv2浮點單元，即ARMv7-A架構，Cortex-A8核心的改進版本，所以測試結果領先的幅度較大。從SunSpider的JAVA性能測試來看，S4平臺性能提升54%，比iPhone 4S即蘋果A5核心，性能提升46%。BrowserMar的成績，較S3平臺提升23.5%。Adreno225的3D性能，相比Adreno，也有100%左右的提升。

　　從TI的OMAP 5系列，三星的Exynos 5250，高通Snapdragon S4，我們已經可以看到Cortex-A15核心以及采用該核心新一代產品的大致性能。無論從半導體制造工藝、核心架構更新、圖形單元的同步升級等各個方面，在性能上都有明顯提升。而從相對細致一些的TI的官方數據來看，它的能耗也有所降低，效能提升十分明顯。