輕松讀懂移動處理器 CPU微架構全解析

上圖是高通 2012 年 11 月于分析者日會議上公布的 AP 產品路線圖
雖然 2012 年年初的時候 NVIDIA Tegra 3 大放異彩,但是到了臨近年末的時候,高通的 Snapdragon 4 Pro APQ8064 卻已經是成為了幾乎所有性能導向新 Android 手機的主角,其中一個重要原因就是它采用的 Krait 微架構能提供對手不具備的特性。
Krait 微架構是高通第四代 Snapdragon(驍龍)處理器所搭配的 CPU 內核微架構,是 ARMv7 架構的實現,屬于高通的 ARM 架構級授權、自行研發的處理器內核微架構。
Krait 的前身是 Scorpion,在產品布局上它和 Scorpion 有些類似,例如 Scorpion 定位于 Cortex-A8 和 Cortex-A9,而 Krait 的定位也是類似,即 Cortex-A9 和 Cortex-A15 之間,具備一些 Cortex-A15 的特征。
例如 L0 cache(Cortex-A15 上有類似作用的 loop buffer,相當于 L0 I-cache,指令調度器無需經過解碼器就能抓到小循環的微操作指令)、三路超標量、VFP4 浮點單元、128-bit SIMD 處理能力(高通稱 SIMD 單元為 VeNum,ARM 自己則稱之為 NEON)以及基于 A15 同級的半導體制程節點。至于有人說 Krait 是 A9 的改進版,這樣的觀點我很難認同,它和 Scorpion 都類似于當年 DEC 獲得 ARMv4 ISA 授權而自行研發的微架構。
不過另一方面,Krait 的亂序執行要遜色于 Cortex-A15,后者具備八個指令發射端口和八個執行端口,每一個執行端口都對應一個(準)保留站(有些類似于 AMD K7-K10),而 Krait 只有四個指令發射端口和七個執行端口,并且采用的是類似 Cortex-A9 或者說 Pentitum Pro 方式的單個大規模指令發射隊列單元。
| 微架構對比 ARM vs 高通 | ||||||
| ARM11 | ARM Cortex A8 | ARM Cortex A9 | ARM Cortex A15 | Qualcomm Scorpion | Qualcomm Krait | |
| 解碼能力 | 單路 | 雙路 | 雙路 | 三路 | 雙路 | 三路 |
| 整數流水線 | 8 級 | 13 級 | 8 級 | 15 級 | 10 級 | 11 級 |
| 亂序執行 | 否 | 否 | 是 | 是 | 部分 | 是 |
| 浮點單元 | VFP11 (流水線式) |
VFPv3 (非流水線式) |
可選 VFPv3 (流水線式) |
VFPv4 (流水線式) |
VFPv3 (流水線式) |
VFPv4 (流水線式) |
| SIMD(NEON) | 不具備 | 具備 (64-bit) |
可選 MPE (64-bit) |
具備 (128-bit) |
具備 (128-bit) |
具備 (128-bit) |
| 半導體制程 | 90nm | 65nm/45nm | 40nm | 32nm | 40nm | 28nm |
| 典型頻率 | 412MHz | 600MHz/1GHz | 1.2GHz | 2GHz | 1GHz | 1.5GHz |
在現實測試中,Krait 的表現和它的微架構一樣,提供了比 Cortex-A9 更強的性能,在對單線程性能較高的應用中,即使是雙核版的 Karit 都可以比四核 Cortex-A9 更快。
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