ARM Cortex-A系列处理器性能分类比较

1万 · 2023-7-5 10:04

　在如今这个电子产品泛滥的年代，仅仅靠品牌或是外观已经不足以辨别产品的优劣，其内置的处理器自然也就成为了分辨产品是否高端的标准之一。那么我们今天就不妨好好了解一下近几年来电子产品中较为主流的RAM处理器。

　　在这之前让我们先简单认识一下处理器的架构。所谓处理器架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个规范，主要目的是为了区分不同类型CPU的重要标示。目前市面上的CPU指令集分类主要分有两大阵营，一个是intel、AMD为首的复杂指令集CPU，另一个是以IBM、ARM为首的精简指令集CPU。不同品牌的CPU，其产品的架构也不相同，例如，Intel、AMD的CPU是X86架构的，而IBM公司的CPU是PowerPC架构，ARM公司是ARM架构。

　　下面我们将详细了解近年来ARM公司发布的数款A系列处理器。ARM公司的Cortex-A系列处理器适用于具有高计算要求、运行丰富操作系统以及提供交互媒体和图形体验的应用领域。

　　Cortex-A73

　　这是ARM 2016年发布的最新A系列处理器，Cortex-A73支持全尺寸ARMv8-A构架，ARMv8-A是ARM公司的首款支持64位指令集的处理器架构，包括ARM TrustZone技术、NEON、虚拟化和加密技术。所以无论是32位还是64位，Cortex-A73都可以提供适应性最强的移动应用生态开发环境。Cortex-A73包括128位 AMBR 4 ACE接口和ARM的big.LITTLE系统一体化接口，采用了目前最先进的10nm技术制造，可以提供比Cortex-A72高出30%的持续处理能力，非常适合移动设备和消费级设备使用。预计今年晚些时候到2017年，Cortex-A73处理器将会逐渐覆盖到我们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。

1万 · 2023-7-5 10:05

Cortex-A72

　　Cortex-A72最早发布于2015年年初，也是基于ARMv8-A架构，采用台积电16nm FinFET制造工艺，Cortex-A72可在芯片上单独实现性能，也可以搭配Cortex-A53处理器与ARMCoreLinkTMCCI高速缓存一致性互连（CacheCoherentInterconnect）构成ARMbig.LITTLETM配置，进一步提升能效。在相同的移动设备电池寿命限制下，Cortex-A72能相较基于Cortex-A15的设备提供3.5倍的性能表现，相比于Cortex-A57也有约1.8倍的性能提升，展现出了优异的整体功耗效率。Cortex-A72是目前基于ARMv8-A架构处理器中使用最广泛的处理器之一，主要其应用市场包括高端智能手机、大屏幕的移动设备、企业网路设备、服务器、无线基台、数字电视。

　　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，它也是ARM首次采用64位ARMv8-A架构CPU，而且通过Aarch32执行状态，保持与ARMv7架构的完全后向兼容性。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将为移动系统提供超高能的性能，而借助big.LITTLE，SoC能以很低的平均功耗做到这一点。其主要面对的是中高端电脑，平板电脑以及服务器产品。

1万 · 2023-7-5 10:05

Cortex-A53

　　Cortex-A53同样是采取了ARMv8-A架构，能够支持32位的ARMv7代码和64位代码的AArch64执行状态。A53架构特点是功耗降低、能效提高。其目标是28nm HPM制造工艺下、运行SPECint2000测试时，单个核心的功耗不超过0.13W。它提供的性能比Cortex-A7处理器的功率效率更高，并能够作为一个独立的主要的应用处理器，或者搭配Cortex-A57处理器构成big.LITTLE配置。Cortex-A53在相同的频率下，能提供比Cortex-A9更高的效能。其主要面对的是中高端电脑，平板电脑，机顶盒，数字电视等。

　　Cortex-A35

　　Cortex-A35是基于ARMv8-A 64位架构设计的一款低功耗CPU，其目的是为了取代此前32位Cortex-A7和Cortex-A5两颗老核心，采用和A53/A7类似的顺序有限双发射设计，同时融入了A72的一些新特性，并在前端重新设计了指令预取单元，提升了分支预测精度。此外，A35还采用了A53的缓存、内存架构，可配置8-64KB一级指令和数据缓存、128KB-1MB二级缓存，加入了NEON/FP单元，改进了存储性能，支持完整流水线的双精度乘法，还为CPU核心、NEON流水线都配备了硬件保留状态(独立电源域)以提升电源管理效率。在同样的工艺、频率下，A35的功耗比A7低大约10%，同时性能提升6-40%。而对比A53，它可以保留80-100%的性能，但是功耗降低32%、面积缩小25%，能效提升25%。A35还可以和A53、A57、A72等大核心搭配，组成big.LITTLE混合架构系统，进一步提升系统能效。其主要定位于低功耗的低端手机、可穿戴、物联网等领域。

　　Cortex-A32

　　这是ARM 新一代构架中，唯一一个 32 位（ARMv7-A ）架构的处理器，但 A32 就像是 32 位版的 A35，目标很明显，就是在效能比本来就逆天的 A35 的基础上进一步控制功耗。A32 架构主打芯片面积、功耗控制和能耗比，其停留在 32 位（ARMv7-A 指令集），指令预取单元针对效率进行了重新设计，一、二级暂存、浮点和 DSP 操作性能则针对速度进行了改进，并引入了新的电源管理特性。其支持 TrustZone 安全加密、NEON SIMD 指令集、DSP / SIMD 扩展、VFPv4 浮点计算、虚拟硬件等。A32 可以在 32 位下提供和 A35 一样的性能。但更低功耗，让它的效能比（单位电能产出的性能）比 A35 还要高 10%、比 A5 高 30%、比 A7 高 25%。A35 可以透过提升频率达到 A53 80-100% 性能，也就是说，A32 也可以在 32 位下达到同样的性能等级，这时候的芯片面积只有 A53 的 68%，而功耗则只有 A53 的 61%。

　　在 64 位之下，A35 都有代替 A53 架构的实力，而在 32 位中，A32 就已经是完胜所有人的境界了，而且比起 64 位的 A35 架构，32 位的 A32 更适合用在穿戴设备和物联网产品上。

　　Cortex-A17

　　A17仍然基于32位ARMv7-A指令集，初期会采用28nm工艺，后期进化到20nm。本质架构和A12一样都是双宽度、乱序发射，仅仅是改进了外部互联，引入了新的一致性总线AMBA4 ACE，可以更快速地连接内存控制器，从而改善性能和能效。得益于这个新的总线，A17可以支持多核心SoC的完整内存一致性操作，能够参与big.LITTLE双架构混合方案，在特定频率、工艺、内存条件下，A17的性能比A12提升大约40%。在某些特定的环境中，A17的性能已经可以和A15处于一个档次了，但是功耗更低、能效更高。虽然在命名上排在Cortex-A15之上，但其定位中端，而不是高端

1万 · 2023-7-5 10:06

Cortex-A15

　　Cortex-A15最早在2010年发布，基于32位ARMv7-A架构。A15和A9同样具备乱序执行，但是Cortex-A15具备（两倍）的指令发射端口和执行资源，指令解码能力也要高出50%，动态分支预测能力更强（采用了多层级分支表缓存），指令拾取带宽更强（128 bit vs 64 bit），这些都能让A15的流水线执行具备更高的效率。除此以外，A15采用了VFPv4浮点单元设计，能执行FMA指令以及硬件除法指令，相较而言A9的峰值向量浮点性能基本上只有A15的一半。Cortex-A15处理器可以应用在智能手机、平板电脑、移动计算、高端数字家电、服务器和无线基础结构等设备上。

　　Cortex-A9

　　ARM Cortex-A9采用ARMv7-A架构，目前我们能见到的四核处理器大多都是属于Cortex-A9系列。 Cortex-A9 处理器的设计旨在打造最先进的、高效率的、长度动态可变的、多指令执行超标量体系结构，提供采用乱序猜测方式执行的 8 阶段管道处理器，凭借范围广泛的消费类、网络、企业和移动应用中的前沿产品所需的功能，它可以兼具高性能和高能效。Cortex-A9 微体系结构既可用于可伸缩的多核处理器（Cortex-A9 MPCore多核处理器），也可用于更传统的处理器（Cortex-A9单核处理器）。可伸缩的多核处理器和单核处理器支持 16、32 或 64KB 4 路关联的 L1 高速缓存配置，对于可选的 L2 高速缓存控制器，最多支持 8MB 的 L2 高速缓存配置，它们具有极高的灵活性，均适用于特定应用领域和市场。

　　Cortex-A8

　　ARM Cortex-A8处理器，基于ARMv7-A架构，是目前使用的单核手机中最为常见的产品。Cortex-A8处理器是首款基于ARMv7体系结构的产品，能够将速度从600MHz提高到1GHz以上。Cortex-A8处理器可以满足需要在300mW以下运行的移动设备的功率优化要求；以及需要2000 Dhrystone MIPS的消费类应用领域的性能优化要求。Cortex-A8 高性能处理器目前已经非常成熟，从手机到上网本、DTV、打印机和汽车信息娱乐，Cortex-A8处理器都提供了可靠的高性能解决方案。

　　Cortex-A7

　　Cortex-A7采用ARMv7-A架构，它的特点是在保证性能的基础上提供了出色的低功耗表现。Cortex-A7处理器的体系结构和功能集与Cortex-A15 处理器完全相同，不同这处在于，Cortex-A7 处理器的微体系结构侧重于提供最佳能效，因此这两种处理器可在big.LITTLE（大小核大小核心伴侣结构）配置中协同工作，从而提供高性能与超低功耗的终极组合。单个Cortex-A7处理器的能源效率是Cortex-A8处理器的5倍，性能提升50%，而尺寸仅为后者的五分之一。

　　Cortex-A5

　　Cortex-A5处理器同样基于ARMv7-A架构，它是能效最高、成本最低的处理器，能够向最广泛的设备提供最基础的 Internet 访问。Cortex-A5 处理器在指令以及功能方面与更高性能的 Cortex-A8、Cortex-A9 和 Cortex-A15 处理器完全兼容 - 一直到操作系统级别。Cortex-A5 处理器还保持与经典 ARM 处理器（包括 ARM926EJ-S、ARM1176JZ-S 和 ARM7TDMI?）的向后应用程序兼容性。其定位于从入门级智能手机、低成本手机和智能移动设备以及基础工业设备。

　　为了给大家介绍一个更直观的感受，请看下面这张图

　　如图所示，绿色的部分都是v7-A的架构，蓝色的是v8-A架构，基本上绿色都是可以支持到32和64位的，除了A32，只支持到32位。在右边的每个部分，比如说需要高效能的最上面的A15-A73这个部分是最高效的，接下来就是比较注重整个效率的部分了，中间那个部分是比较高效率的，最下面那栏的是效率最好的，在电池的效能方面达到了最好的标准。

　　如果非要给他们一个排序的话，从高到低大体上可排序为：Cortex-A73处理器、Cortex-A72处理器、Cortex-A57处理器、Cortex-A53处理器、Cortex-A35处理器、Cortex-A32处理器、Cortex-A17处理器、Cortex-A15处理器、Cortex-A7处理器、Cortex-A9处理器、Cortex-A8处理器、Cortex-A5处理器。