ARM昨天發(fā)布了全新的旗艦級CPU Cortex-A73，代號Artemis，10nm FinFET工藝下面積還不到0.65平方毫米，而頻率可高達(dá)2.8GHz，峰值性能、持續(xù)性能都可比A72提升最多30％，華為海思、三星電子、聯(lián)發(fā)科、Marvell等都已經(jīng)簽署授權(quán)。

　　ARM高端CPU簡史：發(fā)熱是個大問題

　　在深入了解A73之前，我們先來回顧一下ARM這幾年的高端移動CPU，首先是A9。

　　A9可以說是里程碑式的產(chǎn)品，奠定了ARM今后多年的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也誕生了大量優(yōu)秀處理器芯片，比如蘋果A5、三星Exynos 4210/4412、德州儀器OMAP4430/4460。

　　之后是A15，IPC（每時鐘周期在指令數(shù)）提升是Cortex-A系列歷史上最大的，性能很猛，代價就是功耗也高了，三星的Exynos 5250/5410就備受困擾。

　　為了解決性能與功耗的平衡問題，ARM提出了big.LITTLE混合架構(gòu)，也誕生了海思麒麟920、三星Exynos 5422這樣一些成功產(chǎn)品。

　　A57是首個64位移動大核心，而在蘋果A7的刺激下，整合移動行業(yè)向64位飛奔，但是A57核心太大了，功耗和發(fā)熱難以控制，結(jié)果要么就是驍龍810這種硬上A75的因?yàn)檫^熱而陷入麻煩，要么就是麒麟930、聯(lián)發(fā)科Helio X10這樣只敢上A53小核心的性能還不如前輩。

　　三星此時異軍突起，Exynos 5433/7420成功控制了A57，再加上三星工藝的進(jìn)步，一時間霸氣側(cè)漏。

　　A72雖然只是A57的改良版，但效果很好，比如說驍龍650/652這樣的中端產(chǎn)品，已經(jīng)可以逼近甚至超越上代旗艦級的驍龍808/810。

　　A73身世揭秘：和A72無關(guān)

　　A15、A57、A72架構(gòu)上都屬于Austin（奧斯?。?，A5、A7、A53均屬于Cambridge（劍橋），A12、A17和今天的A73則都來自于Sophia（索菲亞）——位于法國南部風(fēng)景迷人地中海之濱的索菲亞科技園區(qū)（Sophia Antipolis），是歐洲最大的科技園區(qū)，ARM CPU的法國設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就在那兒。

　　從產(chǎn)品定位上看，A73顯然要取代A72，但是從技術(shù)層面講，它其實(shí)是A17的進(jìn)化版本，整體微架構(gòu)、流水線、寬度設(shè)計(jì)都與之類似，反而和A72差別很大。

　　最明顯的就是，A72采用了三發(fā)射設(shè)計(jì)，A73則是雙發(fā)射的，但加上其他改進(jìn)，結(jié)果就是性能高于A72、功耗低于A72。

　　顯然，ARM充分意識到了移動處理器能效的重要性，宣傳A73的時候也特別強(qiáng)調(diào)其持續(xù)性能，即能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行的表現(xiàn)。

　　A73架構(gòu)解析：性能與功耗兼得

　　為了便于理解A73的不同，我們先來看看A72的架構(gòu)圖：

　　15+級亂序流水線，128位預(yù)取，3寬度解碼，每時鐘周期可分派最多5個微操，滿足最多7個發(fā)射隊(duì)列，進(jìn)入8個執(zhí)行流水線。

　　A73十分類似A17，因?yàn)轫樞蚯岸说膬?yōu)化流水線短得多，預(yù)取階段也只有4級深度（A72 5級），整個流水線深度也才11-12級。

　　相比于A17，它將整體最大分配率從4個微操增加到了6個。NEON發(fā)射序列仍然是2個微操，但是整數(shù)部分翻番到了4個。

　　浮點(diǎn)流水線還是2條，預(yù)取監(jiān)視器也是1個，但是AGU部分可同時執(zhí)行載入和存儲操作。整數(shù)流水線則分成了2個復(fù)雜的ALU，分別負(fù)責(zé)乘法和除法。

　　A73繼承了A17的架構(gòu)理念，優(yōu)化流水線、資源和接口，以求在最低功耗下獲得最大性能，并且特別注意了32/64位架構(gòu)之間的平衡。

　　A73依然堅(jiān)持四核心理念，即每個簇可擁有1-4個核心，然后使用SCU單元互聯(lián)各個簇。二級緩存最多8MB，等同于A17而兩倍于A72，但相信多數(shù)芯片廠商都會選擇1-2MB。

　　A15/57/72還肩負(fù)著沖擊工業(yè)、大規(guī)模服務(wù)器系統(tǒng)的重任，A73就簡單了，只針對消費(fèi)級市場，這讓它輕松了不少，比如去掉了AMBA5 CHI接口，僅支持AMBA4 ACE，一級緩存也不再支持ECC。

　　內(nèi)存系統(tǒng)的變化也異常重要，雙發(fā)射載入/存儲單元扮演了大角色，提高了發(fā)射率。

　　數(shù)據(jù)緩存尋址機(jī)制從PIPT（物理索引物理標(biāo)簽）變成了VIPT（虛擬索引物理標(biāo)簽），數(shù)據(jù)緩存最大64KB，翻了一番，號稱僅此就能提升4％的性能。

　　一級和二級緩存的預(yù)取器也有了大幅改進(jìn)，再加上其他種種完善，號稱外部內(nèi)存帶寬可提升最多20％。

　　為功耗特別優(yōu)化的指令拾取

　　藝術(shù)級的分支預(yù)取

高性能優(yōu)化的數(shù)據(jù)路徑

　　更深入的架構(gòu)細(xì)節(jié)我們暫時就不談了，技術(shù)性太強(qiáng)，一般用戶也無需關(guān)心，只要知道A73的成果就行了：

　　相比A72，典型移動應(yīng)用性能提升10％，SIMD媒體和計(jì)算性能提升5％，內(nèi)存吞吐能力提升15％。

　　整數(shù)應(yīng)用功耗節(jié)省最多30％，浮點(diǎn)和二級緩存應(yīng)用節(jié)省最多25％。同等工藝頻率下至少節(jié)省20％。

　　迄今最小的高端核心，同等工藝、性能下比A72小最多25％。

　　擴(kuò)展性強(qiáng)，10nm FinFET工藝下再為性能優(yōu)化一番，如果是四核心、2.8GHz頻率、64KB/64KB一級緩存、2MB二級緩存，核心面積只需大約5平方毫米，功耗不到0.75W。

　　28nm HPC工藝下，雙核心、2.0GHz頻率、32KB/64KB一級緩存、1MB二級緩存，核心面積約6平方毫米。

　　看這樣子，16nm下A73核心就應(yīng)該能達(dá)到2.8GHz，10nm有望突破3GHz。

　　相比于四大A53四小A53的八核心，兩大A73四小53組成六核心后，可以在核心面積相同的情況下，性能提升30％，最佳響應(yīng)時間提升90％！