ARM Cortex-A 移动处理器发展概览

的出现，ARM 一直在定义专门针对上述三个级别市场的不同处理器。cortex-a12 是采用全新微架构的一个全新处理器，专门面向快速发展的中端移动市常下图显示了这些细分市场的规模，以及面向这些细分市场的 ARM Cortex-A 产品：

　　Cortex-A12 的设计面向中端移动 SoC，以满足这一细分市场对于芯片面积和功耗的要求。它使用无序双执行流水线，其性能比当前在许多中端移动 SoC 中使用的 Cortex-A9 高出 40%。Cortex-A12 在 2013 年中推向市场，有望在 2014 投入量产。它是一款 32 位处理器，具有与 Cortex-A15 相同的物理地址扩展和相关的架构特性。

　　Cortex-A12 能够在很多（但并非全部）用例中提供接近 Cortex-A15 的性能。Cortex-A12 还针对中端移动设计进行了优化，取消了一些企业功能，使用略微简单的流水线，因此在横跨多个市场的高端设备上都可以找到Cortex-A15的身影，而 Cortex-A12 则专门面向中端移动设计。

　　Cortex-A57

　　cortex-a57 是 ARM 针对 2013 年、2014 年和 2015 年设计起点的 CPU 产品系列的旗舰级 CPU，它采用 armv8-a 架构，提供 64 位功能，而且通过 Aarch32 执行状态，保持与 ARMv7 架构的完全后向兼容性。在高于 4GB 的内存广泛使用之前，64 位并不是移动系统真正必需的，即便到那时也可以使用扩展物理寻址技术来解决，但尽早推出 64 位，可以实现更长、更顺畅的软件迁移，让高性能应用程序能够充分利用更大虚拟地址范围来运行内容创建应用程序，例如视频编辑、照片编辑和增强现实。新架构可以运行 64 位操作系统，并在操作系统上无缝混合运行 32 位和 64 位应用程序。ARMv8 架构可以实现状态之间的轻松转换。

　　除了 ARMv8 的架构优势之外，Cortex-A57 还提高了单个时钟周期性能，比高性能 的Cortex-A15 CPU 高出了 20% 至 40%。它还改进了二级高速缓存的的设计以及内存系统的其他组件，极大的提高了能效。Cortex-A57 将为移动系统提供前所未有的高能效性能水平，而借助 big.LITTLE，SoC 能以很低的平均功耗做到这一点。

　　高效率产品线：Cortex-A5、Cortex-A7、Cortex-A53

　　随着智能手机市场的崛起，最先出现的市场是入门级市场。在新兴市场，移动设备没有获得无线运营商的补贴，因此用户必须支付全价来购买移动设备，并且按月支付合约的服务费用。新兴市场的价格范围在 150 美元以下，并将很快降至 75 美元以下 – 我们需要一种不同类型的 SoC 设计来满足这些市场的需求。在 Cortex-A9 发布之后不久，ARM 试图开发一款处理器来满足这一市场需求：这款产品的尺寸和功耗与旧款 ARM926 等功能性手机处理器大致相同，但性能高于在第一代智能手机中使用的 arm11 系列。2009 年，我们发布了 Cortex-A5，该设计通过有序单执行 8 级流水线实现了上述目标。利用这种简单流水线设计，我们可将功耗保持在非常低的水平。而简化的功能集，造就了ARM 有史以来最高效的（每 mW 性能）应用处理器。

　　在 cortex-a5 取得成功的基础上ARM又设计了目前已在入门级智能手机中得到大量应用cortex-a7 处理器，形成了一个充满活力的智能手机处理器细分市场。随着 Cortex-A5 取得成功，下一个目标是开发能够匹配 Cortex-A15 的架构功能集的类似处理器，从而在 big.LITTLE 配对中将其与 Cortex-A15 结合使用。同时，该款处理器还应该在 Cortex-A5 的基础上提升性能，并具有与之相同的功效、和相似的功耗以及芯片大小。Cortex-A7 通过添加部分双执行，增加TLB 和内存结构，同时集成二级高速缓存，将单时钟周期性能提高了 20%。

　　高能效 CPU 产品线的最新成员利用了相同的 8 级有序流水线，但通过多种方式显著提升了性能，包括完全双执行流水线、更宽的内部总线、增强浮点和 SIMD 吞吐容量、更大的TLB，以及其他对存储器系统的改进。cortex-a53 包括可选 内部RAM ECC 保护，还提供外部总线选项，使得该处理器在移动和企业应用中都可以部署。

　　除了微架构性能改进之外，Cortex-A53 还增加了对 ARMv8 架构的支持，为独立入门级移动芯片设计，和包含多个 Cortex-A53 集群的可扩展企业应用引入 64 位功能，同时在高端移动系统中，将Cortex-A53和性能更强的Cortex-A57在big.LITTLE系统设计中配对使用。

下图显示了连续几代高能效Cortex-A CPU 的性能对比。因为采用最新的设计 Cortex-A53 能够提供比仅仅几年前的旗舰级 CPU （Cortex-A9）出色的多性能。下图显示的性能比较测试是在相同频率下进行的。在物理实现中，Cortex-A53、Cortex-A7 和 Cort