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

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。