ARM Cortex-A Series Processors

ARM Cortex A53 Versus CortexA15

The Cortex A53 uses the ARMv8-A architecture to support 32-bit ARMv7 code and 64-bit AArch64 execution state. The Cortex-A53 processor architecture was released in 2012 designed for reduced power consumption and improved energy efficiency. It offers better performance than the Cortex-A7 processor and can be used as a stand-alone major application processor, or with the Cortex-A57 processor to form a big.LITTLE configuration. The Cortex-A53 offers higher performance than the Cortex-A9 at the same frequency.

The Cortex-A15 was first released in 2010 and is based on the 32-bit ARMv7-A architecture. The Cortex-A15 has 32 KB of Instruction and Data Cache respectively. The Cortex-A15 has a pipeline depth of 15 whereas the Cortex-A53 has only 8, making the A15 faster. The ARM Cortex A15 was the next generation processor that ended up in a huge number of devices in 2013. The 249$ Chromebook and the Nexus 10 were both powered by Cortex A15-based SoCs.

ARM Cortex A53 Versus Cortex A15 Benchmark

ARM Cortex A53 Versus Other Cortex-A Series Processors

Dhrystone MIPS (Million Instructions Per Second)
The speed of a given CPU depends on many factors, such as the type of instructions being executed, the execution order etc. The MIPS (million instructions per second) value can be useful when comparing performance between processors made with similar architecture, However, MIPS doesn’t make sense when processors are based on different architecture. For this reason, DMIPS / MHz (Dhrystone MIPS) is considered whilst estimating the performance of CPUs, wherein DMIPS result is divided by CPU frequency to enable easy comparison of CPUs running at different clock rates.

DMIPS is a sort of a simple benchmark without I/O tests. The Dhrystone benchmark provides a measure of integer performance (no floating point instructions). The DMIPS/Mhz (Dhrystone MIPS/Megahertz) values are sourced from multiple websites. The DMIPS value for Cortex-A75 and Cortex-A55 are estimated using the performance increase as claimed by ARM. As claimed, “Cortex-A55 delivers significantly higher performance than the Cortex-A53 across the board, including integer (+18%)” and “Cortex-A75 processor provides a significant boost in single-thread performance using a fully out-of-order, variable-length, and symmetrical three-way superscalar pipeline. With over 20% more integer core performance”.

在如今這個電子產品氾濫的年代，僅僅靠品牌或是外觀已經不足以辨別產品的優劣，其內建的處理器自然也就成為了分辨產品是否高階的標準之一。那麼我們今天就不妨好好了解一下近幾年來電子產品中較為主流的RAM處理器。



　　在這之前讓我們先簡單認識一下處理器的架構。所謂處理器架構是CPU廠商給屬於同一系列的CPU產品定的一個規範，主要目的是為了區分不同型別CPU的重要標示。目前市面上的CPU指令集分類主要分有兩大陣營，一個是intel、AMD為首的複雜指令集CPU，另一個是以IBM、ARM為首的精簡指令集CPU。不同品牌的CPU，其產品的架構也不相同，例如，Intel、AMD的CPU是X86架構的，而IBM公司的CPU是PowerPC架構，ARM公司是ARM架構。

　　下面我們將詳細瞭解近年來ARM公司釋出的數款A系列處理器。ARM公司的Cortex-A系列處理器適用於具有高計算要求、執行豐富作業系統以及提供互動媒體和圖形體驗的應用領域。

　　Cortex-A73



　　這是ARM 2016年釋出的最新A系列處理器，Cortex-A73支援全尺寸ARMv8-A構架，ARMv8-A是ARM公司的首款支援64位指令集的處理器架構，包括ARM TrustZone技術、NEON、虛擬化和加密技術。所以無論是32位還是64位，Cortex-A73都可以提供適應性最強的移動應用生態開發環境。Cortex-A73包括128位 AMBR 4 ACE介面和ARM的big.LITTLE系統一體化介面，採用了目前最先進的10nm技術製造，可以提供比Cortex-A72高出30%的持續處理能力，非常適合移動裝置和消費級裝置使用。預計今年晚些時候到2017年，Cortex-A73處理器將會逐漸覆蓋到我們合作伙伴的高階智慧手機、平板電腦、翻蓋式移動裝置、數字電視等一系列消費電子裝置。

　　Cortex-A72



　　Cortex-A72最早釋出於2015年年初，也是基於ARMv8-A架構，採用臺積電16nm FinFET製造工藝，Cortex-A72可在晶片上單獨實現效能，也可以搭配Cortex-A53處理器與ARMCoreLinkTMCCI快取記憶體一致性互連（CacheCoherentInterconnect）構成ARMbig.LITTLETM配置，進一步提升能效。在相同的移動裝置電池壽命限制下，Cortex-A72能相較基於Cortex-A15的裝置提供3.5倍的效能表現，相比於Cortex-A57也有約1.8倍的效能提升，展現出了優異的整體功耗效率。Cortex-A72是目前基於ARMv8-A架構處理器中使用最廣泛的處理器之一，主要其應用市場包括高階智慧手機、大螢幕的移動裝置、企業網路裝置、伺服器、無線基臺、數字電視。

　　Cortex-A57



　　Cortex-A57是ARM針對2013年、2014年和2015年設計起點的CPU產品系列的旗艦級CPU，它也是ARM首次採用64位ARMv8-A架構CPU，而且通過Aarch32執行狀態，保持與ARMv7架構的完全後向相容性。除了ARMv8的架構優勢之外，Cortex-A57還提高了單個時鐘週期性能，比高效能的Cortex-A15 CPU高出了20%至40%。它還改進了二級快取記憶體的的設計以及記憶體系統的其他元件，極大的提高了能效。Cortex-A57將為移動系統提供超高能的效能，而藉助big.LITTLE，SoC能以很低的平均功耗做到這一點。其主要面對的是中高階電腦，平板電腦以及伺服器產品。

　　Cortex-A53



　　Cortex-A53同樣是採取了ARMv8-A架構，能夠支援32位的ARMv7程式碼和64位程式碼的AArch64執行狀態。A53架構特點是功耗降低、能效提高。其目標是28nm HPM製造工藝下、執行SPECint2000測試時，單個核心的功耗不超過0.13W。它提供的效能比Cortex-A7處理器的功率效率更高，並能夠作為一個獨立的主要的應用處理器，或者搭配Cortex-A57處理器構成big.LITTLE配置。Cortex-A53在相同的頻率下，能提供比Cortex-A9更高的效能。其主要面對的是中高階電腦，平板電腦，機頂盒，數字電視等。

　　Cortex-A35



　　Cortex-A35是基於ARMv8-A 64位架構設計的一款低功耗CPU，其目的是為了取代此前32位Cortex-A7和Cortex-A5兩顆老核心，採用和A53/A7類似的順序有限雙發射設計，同時融入了A72的一些新特性，並在前端重新設計了指令預取單元，提升了分支預測精度。此外，A35還採用了A53的快取、記憶體架構，可配置8-64KB一級指令和資料快取、128KB-1MB二級快取，加入了NEON/FP單元，改進了儲存效能，支援完整流水線的雙精度乘法，還為CPU核心、NEON流水線都配備了硬體保留狀態(獨立電源域)以提升電源管理效率。在同樣的工藝、頻率下，A35的功耗比A7低大約10%，同時效能提升6-40%。而對比A53，它可以保留80-100%的效能，但是功耗降低32%、面積縮小25%，能效提升25%。A35還可以和A53、A57、A72等大核心搭配，組成big.LITTLE混合架構系統，進一步提升系統能效。其主要定位於低功耗的低端手機、可穿戴、物聯網等領域。

　　Cortex-A32



　　這是ARM 新一代構架中，唯一一個 32 位（ARMv7-A ）架構的處理器，但 A32 就像是 32 位版的 A35，目標很明顯，就是在效能比本來就逆天的 A35 的基礎上進一步控制功耗。A32 架構主打芯片面積、功耗控制和能耗比，其停留在 32 位（ARMv7-A 指令集），指令預取單元針對效率進行了重新設計，一、二級暫存、浮點和 DSP 操作效能則針對速度進行了改進，並引入了新的電源管理特性。其支援 TrustZone 安全加密、NEON SIMD 指令集、DSP / SIMD 擴充套件、VFPv4 浮點計算、虛擬硬體等。A32 可以在 32 位下提供和 A35 一樣的效能。但更低功耗，讓它的效能比（單位電能產出的效能）比 A35 還要高 10%、比 A5 高 30%、比 A7 高 25%。A35 可以透過提升頻率達到 A53 80-100% 效能，也就是說，A32 也可以在 32 位下達到同樣的效能等級，這時候的芯片面積只有 A53 的 68%，而功耗則只有 A53 的 61%。

　　在 64 位之下，A35 都有代替 A53 架構的實力，而在 32 位中，A32 就已經是完勝所有人的境界了，而且比起 64 位的 A35 架構，32 位的 A32 更適合用在穿戴裝置和物聯網產品上。

　　Cortex-A17



　　A17仍然基於32位ARMv7-A指令集，初期會採用28nm工藝，後期進化到20nm。本質架構和A12一樣都是雙寬度、亂序發射，僅僅是改進了外部互聯，引入了新的一致性匯流排AMBA4 ACE，可以更快速地連線記憶體控制器，從而改善效能和能效。得益於這個新的匯流排，A17可以支援多核心SoC的完整記憶體一致性操作，能夠參與big.LITTLE雙架構混合方案，在特定頻率、工藝、記憶體條件下，A17的效能比A12提升大約40%。在某些特定的環境中，A17的效能已經可以和A15處於一個檔次了，但是功耗更低、能效更高。雖然在命名上排在Cortex-A15之上，但其定位中端，而不是高階。

　　Cortex-A15



　　Cortex-A15最早在2010年釋出，基於32位ARMv7-A架構。A15和A9同樣具備亂序執行，但是Cortex-A15具備（兩倍）的指令發射埠和執行資源，指令解碼能力也要高出50%，動態分支預測能力更強（採用了多層級分支表快取），指令拾取頻寬更強（128 bit vs 64 bit），這些都能讓A15的流水線執行具備更高的效率。除此以外，A15採用了VFPv4浮點單元設計，能執行FMA指令以及硬體除法指令，相較而言A9的峰值向量浮點效能基本上只有A15的一半。Cortex-A15處理器可以應用在智慧手機、平板電腦、移動計算、高階數字家電、伺服器和無線基礎結構等裝置上。

　　Cortex-A9



　　ARM Cortex-A9採用ARMv7-A架構，目前我們能見到的四核處理器大多都是屬於Cortex-A9系列。 Cortex-A9 處理器的設計旨在打造最先進的、高效率的、長度動態可變的、多指令執行超標量體系結構，提供採用亂序猜測方式執行的 8 階段管道處理器，憑藉範圍廣泛的消費類、網路、企業和移動應用中的前沿產品所需的功能，它可以兼具高效能和高能效。Cortex-A9 微體系結構既可用於可伸縮的多核處理器（Cortex-A9 MPCore多核處理器），也可用於更傳統的處理器（Cortex-A9單核處理器）。可伸縮的多核處理器和單核處理器支援 16、32 或 64KB 4 路關聯的 L1 快取記憶體配置，對於可選的 L2 快取記憶體控制器，最多支援 8MB 的 L2 快取記憶體配置，它們具有極高的靈活性，均適用於特定應用領域和市場。

　　Cortex-A8



　　ARM Cortex-A8處理器，基於ARMv7-A架構，是目前使用的單核手機中最為常見的產品。Cortex-A8處理器是首款基於ARMv7體系結構的產品，能夠將速度從600MHz提高到1GHz以上。Cortex-A8處理器可以滿足需要在300mW以下執行的移動裝置的功率優化要求；以及需要2000 Dhrystone MIPS的消費類應用領域的效能優化要求。Cortex-A8 高效能處理器目前已經非常成熟，從手機到上網本、DTV、印表機和汽車資訊娛樂，Cortex-A8處理器都提供了可靠的高效能解決方案。

　　Cortex-A7



　　Cortex-A7採用ARMv7-A架構，它的特點是在保證效能的基礎上提供了出色的低功耗表現。Cortex-A7處理器的體系結構和功能集與Cortex-A15 處理器完全相同，不同這處在於，Cortex-A7 處理器的微體系結構側重於提供最佳能效，因此這兩種處理器可在big.LITTLE（大小核大小核心伴侶結構）配置中協同工作，從而提供高效能與超低功耗的終極組合。單個Cortex-A7處理器的能源效率是Cortex-A8處理器的5倍，效能提升50%，而尺寸僅為後者的五分之一。

　　Cortex-A5



　　Cortex-A5處理器同樣基於ARMv7-A架構，它是能效最高、成本最低的處理器，能夠向最廣泛的裝置提供最基礎的 Internet 訪問。Cortex-A5 處理器在指令以及功能方面與更高效能的 Cortex-A8、Cortex-A9 和 Cortex-A15 處理器完全相容 - 一直到作業系統級別。Cortex-A5 處理器還保持與經典 ARM 處理器（包括 ARM926EJ-S、ARM1176JZ-S 和 ARM7TDMI?）的向後應用程式相容性。其定位於從入門級智慧手機、低成本手機和智慧移動裝置以及基礎工業裝置。

　　為了給大家介紹一個更直觀的感受，請看下面這張圖


　　如圖所示，綠色的部分都是v7-A的架構，藍色的是v8-A架構，基本上綠色都是可以支援到32和64位的，除了A32，只支援到32位。在右邊的每個部分，比如說需要高效能的最上面的A15-A73這個部分是最高效的，接下來就是比較注重整個效率的部分了，中間那個部分是比較高效率的，最下面那欄的是效率最好的，在電池的效能方面達到了最好的標準。

　　如果非要給他們一個排序的話，從高到低大體上可排序為：Cortex-A73處理器、Cortex-A72處理器、Cortex-A57處理器、Cortex-A53處理器、Cortex-A35處理器、Cortex-A32處理器、Cortex-A17處理器、Cortex-A15處理器、Cortex-A7處理器、Cortex-A9處理器、Cortex-A8處理器、Cortex-A5處理器。



　　以上就是ARM Cortex-A系列處理器的基本資料，參照百度百科等多家網站整理總結，如有不妥之處歡迎指正。希望對您有所幫助。