輕松讀懂移動處理器 CPU微架構全解析

正如我們前面提過的，蘋果公司在上世紀九零年代就已經和 ARM 合作并且提供了一些微架構設計上的修改方案，因此蘋果對 ARM 一點都不陌生甚至有非常豐富的經驗。

從 iPad、iPhone 4/iTouch 4、Apple TV 2 開始，蘋果開始真正介入 ARM 芯片設計，推出了名為 A4 的自行設計 ARM 處理器。A4 采用了 ARM 授權的 Cortex-A8 IP Core，但是蘋果找來了 Intrinsity 公司（已經被蘋果收購）和三星公司合作進行了一些調優，可以讓 A4 的頻率跑得比基于上一代制程的 Cortex-A8 更快。曾經有說法認為 A4 的 L2 cache 大小是 640KiB，但是后來確認修正為 512KiB（這是 ARM Cortex-A8 內核的可選配置方式之一）。

A5 系列依然是采用 ARM IP core，從 Cortex-A8 升級為 Cortex-A9 雙核，不過整個 A5 系列出現了三個版本，即 APL0498、APL2498、APL5498（A5X），三個版本的芯片面積各不一樣，其中 A5X 的 GPU 是四核 PowerVR 5 并且擁有 4 通道內存總線，定制化設計在這里體現得非常明顯。

真正的定制化設計是從 A6 開始，蘋果公司給 A6 搭配的 CPU 內核是完全有自己團隊開發的 Swift，不僅這樣，蘋果還提出了一個新的名字：ARMv7s。傳統上，ARMv7 是屬于 ISA 版本名稱，不過 ARMv7s 至今都并未出現在 ARM 官網的公開資料里，因此 ARMv7s 可能并非 ARM 的產物，而是蘋果自己在 ARMv7 基礎上做的一個架構優化定義，讓編譯器可以為 Swift 微架構匹配對應的調優，本質上 ISA 還是 ARMv7A。

那么 Swift 和以往的 Cortex-A9 相比有哪些改進呢？蘋果公司并未詳細說明，傳統上這家公司就是這樣，千方百計捂著，不過 Anandtech 利用一些自己編寫的微型基準測試程序進行了一些探測，以程序員的角度大致估量出了 Swift 的微架構是長得如何了。

在前端部分，Swift 具備三個指令解碼器，可以每個周期完成三條指令的解碼，而在指令分發器上，具備五個發射端口，浮點單元、整數單元各占兩個，還有一個專供 Load/Store 單元使用，具備亂序執行能力、整數流水線深度為 12 級，cache 子系統的時延比 Cortex-A9 低了差不多一半。

“ARMv7s”的設立估計就是讓編譯器獲知編譯執行對象是 Swift，這樣就能對各種指令順序進行一些預調度，確保盡可能低的 CPI。

簡而言之，A6 系列就是采用了比 A5 系列更先進制程和微架構的產物，其中的 CPU 內核則是蘋果首次真正完全執行開發的設計，未來是否會在 GPU 上也有類似的動靜將會是值得關注的。