ARM处理器事业部行销策略副总裁：Cortex处理器路线图

    日前，ARM处理器事业部行销策略副总裁Nandan Nayampally日前介绍了ARM Cortex处理器近几年的演进，以及最新的Cortex-A73性能概要。Nandan的发言如下：

    对于不同的计算应用和能耗要求，ARM提供不同架构的CPU支持。包括Cortex-A，Cortex-R以及Cortex-M。

    对于产品形态来说，A系列是提供给一些需要高效能和一些高阶的系统，像安卓、Linux类似的高效能的作业系统的移动性。R系列是提供给一些需要及时运算的部分，比如车用的部分，或者是一些在实时应用部分；M系列是需要比较快的反应和需要长时间在操作的状态下的一些应用上，比较多的会在一些微处理器上面。

    对于操作系统来说，A是给一些比较高的作业系统，像Linux或者是安卓OS；R和M是比较及时的，所以配的都是real time OS；在指令集的部分，A是同时支持32位和64位，R就是30位和Thumb ISA，Cortex基本上就是32位Thumb ISA。在中断的部分，A基本上就是用软件的方式去做的，R也是用软件的方式做的，只是可以先被预测的，M就是用整个硬件的部分去做中断；在CPU存储，Cortex-A有不同的level，Cortex-R的包括了TCM，Cortex-M也是TCM。在安全上，Cortex-A在ASIL B，Cortex-M是ASIL D，这对安全性是有一些关键考量的。

   
    
Cortex-A

    现在给大家介绍一个更全面的Cortex-A的产品。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。
   

    去年我们发表了A72的CPU，主要用于最高效能的市场上，包括手机、通讯和一些服务器市场。我们这边非常讲究高效能的，同时我们也可以把整个晶片的面积缩小，在功耗这边也可以尽量做到最低。

    在我们去年发表A72的时候大概一年有超过10个license，今年更多，去年年底华为就发布了它的Mate8，还有今年年初的P9，这些都体现了ARM Cortex-A72在整个高效能方面的表现是非常好的。

    我们希望A72是达到一个高效能，在功耗部分尽量降到最低，所以今年我们在A73上也把功耗降到了很低，在性能上有了更高的提升，这就是我们今年推出的A73和去年A72相比起来的差异。
   

    我们的A7和A5到目前为止出货了30亿套，这指的是我们芯片的部分，在A9的部分给一些高效率的CPU，目前为止我们的合作伙伴出货大概在20亿套。总的来说，整个ARM的A系列可以支持对高效有要求的市场，我们在深嵌入式市场拥有超过70%的市占率。

    在技术演进上，A5和A7大家都比较清楚了，我们针对的一些比较入门的手机部分。A32和A35是去年大概10月的时候发布的，最主要的是可以支持到我们V8-A的部分。在2015年，我们看到50%出货的智能手机是基于V8-A架构的，我们以后会有更多这样的产品出现。

    在A32上，我们希望我们可以把A7的高效率带到V8，而整个晶片的面积和功耗会做得非常低，所以我们的产品线在技术方面可以做更多的演进。

    从整个效能来看，我们可以对A5、A7和A32做一个比较。大家可以看到在不同的应用中，看到A5、A7和A32的效能是怎样的。在一些多媒体的应用，包括从云端下载一些东西，同时做一些播放或者安全性的事情时，它需要的运算能力是相对比较高的， A32都有非常好的表现。

   

    A32我们针对的是一些32位的应用。在整个功耗预算的情况下，在相等的功耗下，和A7的相比，有25%以上的表现，和A5相比是30%，和A35相比也可以超过10%，所以A32是一个非常好的CPU，不需要到64位，但同时可以有更好的表现。

    A32的部分在1.0 GHz时功耗可以控制在小于75mW，但是在我们有新的POP演进之后，在1.0 GHz时功耗可以达到62mW以下，对很多我们穿戴式的市场或者是物联网的部分有非常好的表现的。

Cortex-M

    现在我们来说一下Cortex-M，在过去大概8到9年，Cortex-M的出货量累计突破189亿了，在2015年已经有64亿的出货量了，型号超过3600种，和我们签约的合作伙伴大约有378个。未来，预计会有更多的微处理器从4和8位提升到32位。

   

    我们如果来看整个M系列产品线，2014年发布的M7是我们在Cortex-M这个系列里比较高效能的一个CPU；在中阶的M3、M4在市场大概已经有6年的时间；最下面的M0是我们最低功耗的，整个面积也是小的，价钱也是最低的。除此之外，我们还有一些安全功能内核（如SC300，SC000），这两个CPU主要是给一些安全性非常高的应用，例如智能卡等等。

    刚才提到Cortex-M7是M系列里面性能最高的。它的效率会比M4、M3更好，在信号处理DSP上，它的效能是非常好的，最主要是针对一些需要长时间互联、同时需要一些高效能的市场，像刚才提到的手表、可穿戴产品或者车载产品，以及之后的商用无人机应用等。我们希望不断能把微处理器的高效能发挥到极致。

    在一些早期的健康可穿戴设备中，用的都是我们的Cortex-M4，或者M3。大家可以看到现在已经有越来越多的健康可穿戴产品需要有更大的屏幕、更多的功能，但对于功耗仍希望能够基本上维持在微处理器的水平。M7在方面就可以提升更多的效能，在功耗上可以达到这样的水平。

    刚才提到很多可穿戴产品对安全性有越来越高的需求，我们也看到每个穿戴设备都有自己的安全的机制，所以我们希望可以提供一些比较通用的解决方案，在整个API的层面，而不仅仅是在CPU的硬件部分。

    在去年10月，我们也发布了TrustZone用在v8-M，TrustZone在业界也很久了，大概8到10年的时间，之前都是在我们Cortex-A的部分，这部分我们把它移到了我们v8-M的部分，就在Cortex-M的CPU上面。TrustZone的主要目标是将安全状态从不安全状态中分离出来。我们现在提供基于硬件的安全状态和不安全状态的切换，但同时允许在API的层面上编写 Secure Apps。所以整个安全的机制，在于不会让黑客黑到最安全的部分，换句话说，就是把安全的东西放在安全的状态下，把一些不那么重要的部分放在不那么安全的状态下。

    此外，我们有TrustZone安全附加中间件能够提供给一些软件公司额外的价值。它可以移到不同的处理器上，这使得客户在他们的商业模式或者是可支持的处理器上都有更多的弹性，让他们同时可以处理更多的订单。

    我们可以让TrustZone使用者一直更新，在不同的安全机制上，每3个月或者6个月可以做一次更新，依照个人的弹性来使用。

Cortex-R

    现在，我们来谈一下另外一个系列Cortex-R处理器。R系列出货过超过25亿套，被用在例如HDD和SSD储存、3G、4G modems、车载、工控、网络通信、或者是手机上需要的实时控制器等方面。

   

    Cortex-R系列主要有两个级别的产品，一个是专注于实时性能表现的R7和R8，另一个是讲求实时功耗的R4和R5。Cortex-R系列主要是针对一些对可靠性、安全性和对实时性有较高要求的应用。

    Cortex-R8在Cortex-R里面是最高等级的CPU，是针对5G modem的处理器中是最主要的CPU，它非常可靠，有配置弹性（1到4核）。实时响应性能非常高，延迟最少的。它也可以做一些载波聚合的东西，在4G和5G的需求方面它是非常适合的一个CPU。重申一下，Cortex-R8是ARM现在针对modem和HD存储器的第一CPU架构选择，它也是R系列中效率最高的，并且是推动未来5G modem和高端实时应用的一款强大处理器。

    Cortex-R8也有支持v8-R架构，针对一些需要实时性、功能性和安全性的应用，比如工业、工控或者是车载，在v8-R架构我们也加入了很多可以及时避免错误的指令的产生。

Cortex-A73

    接下来我们讨论一下Cortex-A73，我们希望A73能在更小的die size上提升效能。这里我们针对A73和A72在相同CPU核配置下进行了一个比较，可以看到在同样power envelope的情况下，A73比A72能提供30%更高效能，同时单核面积小于0.65mm2。

   

    针对功耗我们可以进一步做一些比较。在单核功耗预算内，A73的整体表现和A57相比是有2.1倍的提升，和A72相比大概有1.3倍的提升。下面解释一下，大家可以看到图中比较深色的部分是可持续的性能，浅色的部分是指在有些需要高性能时可以实现的超预算性能（peak performance）。A57和A72都有peak部分，而A73的持续性能基本上已经达到了peak性能，也就是说A73在平常运作的时候就已经跟它的peak性能基本上是一样的，同时可以把整个功耗维持在非常低。所以在VR和AR等应用需要做一些超效能的预算， A73拥有非常大的优势。

    在整个高端手机来看，除了有A73提供新的支持，我们还有新的Mali-G71 GPU，刚才提到CPU方面大概有30%的效能提升，在GPU上有50%的提升。

    我们提供了一个连接IP的系统，包括A73、A53和Mali-G71，同时结合Assertive Camera Imaging和Video等子系统。在POP解决方案中，我们提供了 Artisan POP，能够在功耗和效能方面可以达到最佳的优化的效果。

    大家知道ARM这个生态系统有非常多的伙伴，例如有做Apps、操作系统、Firmware和电源管理的，还有做工具的生态系统伙伴。

技术与趋势

    我想再次强调一下未来市场的一些趋势，也是我们整个产品规划的依据。首先，为什么性能和功耗是非常重要的。我们这边有三大块应用，第一个是我们常常提到的移动和消费市场，需要在一个便携式设备里提供更多的功能，同时降低功耗；其次是车用市场，你可以看到越来越多的电子车，你不需要再用汽油。这对处理功效提出了更高要求，在功耗的部分，尤其是在散热的部分，比如车子在大热天一直长时间的运作，散热对电子设备来说是非常重要的，这部分ARM的低功耗也可以帮助到这部分；最后是在服务器和基础设施市场。在网络和基设上，我们对于带宽和处理器的需求量会越来越多，但是数据中心的规模和功耗由于预算限制无法依照这个速度增加，所以性能密度必须提高。ARM可以在同样的密度上提高效能，这对很多服务器的开发商是一个非常好的帮助。

    除了CPU以外，ARM还非常重视在安全性上的投入。因为我们觉得物联网的发展在今后会越来越重视安全性，所以我们在v8-M机构也推出了TrustZone，以便更好地服务于物联网市场。我们还将继续在这块的投入。

    第三个趋势是功能安全。像刚才提到了在车用的部分，汽车SoCs需要更多的安全性，会有更多的应用有这方面的需求。例如工业、机器人，functional safety都会变得越来越有必要。所以ARM在作产品规划时，也会将这些需求考虑在内，提供更有效和低功耗的解决方案。

    在Functional Safety的标准和应用上，我们的CPU拿到了整个工业界的认证，比如ISO26262，所以A、R、M系列适用的不同应用，包括计算自动化、传感、通讯和控制等。

    这里给大家一个更完整的介绍和总结，我们的Cortex 处理器基本上按照v6、v7、v8来分的，从下往上，从Cortex-M、Cortex-R、Cortex-A，在每个CPU里面也有细分，针对高效能和功耗的不同需求。这边可以看到ARM在不同的CPU需求和不同的应用市场都有相对应的产品，所以我们的产品规划是非常完整的。

    最后，ARM的产品线是非常完整的，高性能、高效能方面我们都有不同的产品，如果需要实时性的运算，我们也有对应的产品。此外，ARM针对未来的技术趋势，在安全性、性能和功耗上都提供了解决方案。