Cortex-A15架构解析：探索强劲性能的秘密（二）

有采用四核Cortex-A15手机了吗？

　　这个问题其实来自于一些人的猜测，我们看见一些文章认为Cortex-A15的性能高但是功耗大，并不一定适用于手机。

　　这个问题放在一年前的话可能会有各种不同的答案，但是现在是2013年8月下旬，答案已经非常清晰：已经有采用四核Cortex-A15的手机上市，而且会有更多的采用Cortex-A15的手机上市，这也为Cortex-A15是否适用于手机的争论画上了一个句号。目前，明确可用于手机的Cortex-A15架构的四核移动处理器主要有两种，一种是三星的Exynos Octa，另外一种是NVIDIA Tegra 4。

　　三星公司在4月27日上市的Galaxy S4有多个型号，但是从处理器来分，就分为两种机型：高通Snapdragon 600和三星Exynos 5410。

　　S600其实类似于去年大红大紫的APQ8064，CPU微架构为Krait 300，相对APQ8064的Krait微架构来说，它增加了硬件数据预取器，能预先将数据从内存中抓到L2 cache里。除此以外Krait 300还改善了分支预测的准确度，这些变化能改善Krait 300的IPC（每周期指令）大约15%，加上最高频率提升至1.9GHz（取决于手机厂商，像HTC One就选择了较低的或者说和APQ8064上限一样的1.7GHz），因此可以认为S600的CPU性能比之前的S4 Pro最多提升了大约28.5%左右，更接近于Cortex-A15的性能，不过它使用的制程和S4 Pro一样依然是28nm LP，这个制程没有在漏电流上作优化，因此在耗电方面S600比S4 Pro更大。

　　为什么三星不选择单一型号处理器的方式呢？首先三星肯定要支持自家研发的处理器，这是毫无疑问的，因此基于Cortex-A15的E5410自然成了配置之一;其次是三星作为一家韩国公司，同时也是一家跨国公司，产品需要卖向全球，有些的确已经迈向了4G LTE，有些则还是3G时代，面对世界各地的通信制式、合作运营商的要求以及全球行销的潜规则，高通方面的产品是不得不考量的，因此在这里也把定位比较接近的S600作为另一种配置以支持LTE。

　　三星Galaxy S4 GT-I9500主电路板正面

　　三星Exynos 5410管芯图，深色部分是四核A15区域，粉红色部分是四核A7区域

　　在国际版的GT-I9500（以及中国大陆区的联通版、电信版）采用的三星Exynos 5 Octa内部型号为Exynos 5410，CPU部分是一组四核Cortex-A15加另一组四核 Cortex-A7的搭配方式。不过Exynos 5410只支持big.LITTLE模式里的IKS（核内切换器），不支持GTS（全局任务调度）模式，因此看上去虽然有物理上的八个内核，但是本质上同一时间内最多只能实现同时使用四核A15或同时使用四核A7，如何切换则是由根据当前任务的负荷性质决定。

　　NVIDIA Tegra 4推出多个月后，除了自家的SHIELD和HP、华硕以及东芝等厂商的笔记本电脑外，还会被用于一些手机里面，目前已经公布的有中兴的U988S，据闻还会有更重量级的手机随后出来。

　　NVIDIA Tegra 4管芯图，橙色区为4+1Cortex-A15核心，绿色小方块区域为GPU

　　Tegra 4和三星Exynos 5410的主CPU都采用了四核Cortex-A15，不过NVIDIA没有采用ARM的big.LITTLE结构，而是采用自己4+1核的结构，4+1 中的“1”被称作伴侣核。

　　“伴侣核”是一个采用省电设计、运行在较低频率下的Cortex-A15内核，用于处理负载较轻的任务以达到省电的目的，一旦负载较重就会切换到主CPU核上。

　　和Cortex-A15+Cortex-A7的big.LITTLE相比，这样的设计据称有两个好处：

　　首先，是由于“伴侣核”与主CPU核心架构完全一样，CPU切换时（或者说程序执行的现场切换）的时间比Cortex-A15切换到Cortex-A7的方式快很多，这是因为不用进行复杂的映射;

　　其次，Cortex-A15的单核性能比Cortex-A7高很多，因此大多数一般的应用中并不需要频繁切换到主CPU，从而达到更省电的目的。当然，具体的耗电情况需要等到设备出来后进行详细测试。

　　在商业社会里衡量一款产品是否成功，关键的指标之一自然是出货量。按照Digitimes援引TrendForce（集邦科技）在今年七月末的一份研究报告，三星Galaxy S4的出货量将会达到2300万部的总出货量，而在更早之前已经有媒体报道指出三星Galaxy S4的出货量“已经”达到两千万台。

　　如果只是靠品牌知名度和好不好看的话，任何产品也不可能做到快速的大量出货，Galaxy S4作为旗舰级产品，它的规格配置在吸引力方面起到了很大的作用，四核Cortex-A15或者四核S600的采用是它成功的关键因素之一，这些成功反过来也会对人们的品牌认受度产生正面印象。

　　上图就是我们前面提及的预期购买手机品牌调查百分比，可以看到在三星发布了Galaxy S4第一季度到第二季度变化值是呈上升态势，而苹果方面则是依然不断地下滑。

　　所以从这一小节中我们可以得出结论，市场上已经有四核Cortex-A15手机上市，而且从市场趋势来看这样的产品已经获得了实质性的认可。

　　不同型号的Cortex-A15芯片设计是否一样呢？

　　ARM的实验室里虽然也有自己开发的处理器实体，但是这些处理器是作为研发之用，不会拿出来卖给最终消费者的，市场上的“ARM”处理器都是ARM透过架构授权或者内核授权的方式由第三方厂商开发或者拼凑而成。

　　因此在市场上你会看到五花八门、各式各样的ARM处理器，它们来自不同的芯片设计公司、不同的制造厂商，由于设计技术水平、经验以及制造厂的制程不同，实际上出来的芯片在一些指标、功能上会有不可忽视的区别。

　　就譬如我们这里提到过三星Exynos 5410和NVIDIA Tegra 4，CPU都采用了四核Cortex-A15，但是两者的区别其实多，例如：

　　1、Exynos 5410采用三星的28nm LP HKMG制程，最高频率设定是1.6GHz，Tegra 4采用台积电的28nm HPL制程，最高设定频率为1.9GHz;

　　2、Exynos 5410采用了A15*4 + A7*4的设计，Tegra 4 采用了高频A15*4+低频（700~800MHz）低耗电A15*1的设计;

　　3、两者的GPU截然不同，Exynos 5410采用了ImgTec授权的PowerVR SGX544MP3 （tri-core） @480MHz，Tegra 4 采用的是NVIDIA自己开发的GPU架构，几何单元为单精度浮点，像素单元为20位浮点，这应该是吸取了当年GeForce FX世代受挫的经验而特别炮制的平衡设计。

　　4、两者的die size（管芯尺寸）不一样，Exynos 5410按照EDN的说法应该是122mm^2，而Tegra 4大约是80mm^2，后者比前者小了大约33%，Tegra 4的设计目标更偏向于性能、耗电、成本三者的平衡，而三星由于采用的PowerVR是属于分块式延后渲染器（TBDR），因此片上需要有TBDR独有的电路，这些电路会增加不少面积。

　　从这一小节我们可以看出，同样是采用四核A15的处理器，在很多方面都是完全不一样的，这将对处理器的功能、性能、耗电构成不少的影响，最终反映到终端设备——手机、平板电脑上的表现也会有一定的差别。