ARM公司Cortex A15相比Cortex A9核心 到底强在哪里？

　　ARM公司Cortex A15核心

　　目前，智能手机已经向四核心靠拢，但同样是四核，手机性能却是千差万别。从去年就开始崭露头角的高通Krait系列架构四核外，ARM家族的Cortex A15也正式登上四核的历史舞台。例如三星的Exynos 5 Octa、NVIDIA 的Tegra 4均采用Cortex A15架构。同时，智能移动设备iPad3的处理器传言也会用上全新的ARM Cortex A15架构处理器。虽然苹果iPad3处理器较A5X还是A6，使用Cortex-A15架构可能性非常大。我们可以从TI、三星、高通发布的产品对于Cortex A15架构做整体水平全面的了解。

　　ARM Cortex-A15 架构示意图

　　Cortex-A15核心，与Cortex-A9一样，同样基于ARMv7-A架构，定位上是Cortex-A9的替代品，但架构上有较大变化，对多核心的效率和管理上有重要意义。而在浮点运算单元上，也有升级。我们简单来看看Cortex-A15的变化。

　　ARM Cortex-A9 架构示意图

　　ARM Cortex-A9 工作流程示意图

　　首先，我们看到ARM公司官方提供的两张处理器的原理架构图。我们发现，在Cortex-A9处理器的工作流程中，多核心中断控制与分配是放在最后一层的，而在Cortex-A15中，这一部分的工作是放在核心运算之前的。在NVIDIA的Tegra3技术文档中曾经谈到，Android下，多核心在不同核心运行于不同频率时，整体效率会受到最低频率的核心的限制，所以Tegra3在多核心的控制管理上有所优化。也许这与ARM Cortex-A9多核心原始设计有关。而在Cortex-A15上，架构上有了很大变化，也许多核心处理的效率会更高。

　　从浮点运算单元来看，Cortex-A15核心每个核心内建VFPv4浮点单元。VFPv4是Vector Floating-Point version 4，而在Cortex-A9上是Version 3，Cortex-A8是Version 2。此次VFPv4是ARM处理器的浮点运算首次完全支持IEEE 754标准。在以往，ARM处理器的浮点运算性能一直是短板，尤其是在ARMv7之前，此次VFPv4会对浮点运算带来怎样改进?

　　除此之外，Cortex-A15的缓存管理也略有改进。每个核心将都分别具有32KB的数据与指令L1 Cache，L2 Cache二级缓存被多个核心共享，目前官方提供数据支持512KB、1MB、2MB、4MB等标准，二级缓存的控制机制延迟要比Cortex-A9时有所进步。

　　最后，Cortex-A15从设计之初并不仅仅定位于移动设备，它支持40bit Large Physical Address Extensions, LPAE，内存寻址高达1TB，同时，它开始完全支持硬件虚拟化。这些应用，甚至瞄准的是多颗ARM处理器打造的高性能运算平台。

　　TI、三星、高通的Cortex A-15核心产品

　　TI OMAP5系列：OMAP 5430/5432是号称业界首款Cortex-A15核心的产品。TI公司在2011年底发布了OMAP5 SoC芯片的详细架构示意图，并大概公布了相关效能，我们从OMAP5来看看Cortex-A15的表现。

　　TI OMAP 5430处理器架构示意图

　　TI OMAP 5430/5432主要参数

　　OMAP 5430与5432在大体架构上没有区别，只是封装尺寸，外部I/O因为定位不同稍有不同。OMAP 5430仍然定位于智能手机、平板电脑等，而OMAP 5432可能偏重于尺寸稍大一些的设备，例如类似笔记本电脑的产品。所以，我们先来看一张OMAP 5430的架构图。从架构图中，我们看到，它使用了两个Cortex-A15核心，最高频率可达2GHz。为了保证低负荷下系统更低功耗，OMAP 5430还使用了两个Cortex-M4核心。在视频、2D图像部分，都有专门DSP单元负责，电源管理与音频管理模块与OMAP4系列没有不同。在周边I/O模块上，各种全新的标准一应俱全。SD3.0、eMMC存储接口，SATA 2.0接口[为SSD设计]，USB 3.0 OTG接口，USB2.0接口，HDMI 1.4a标准等等。当然，OMAP5430还搭配了PowerVR SGX544图形处理单元，这要比之前OMAP4系列有不小的提升。

　　TI OMAP5 平台性能示意图

　　TI还大概描述了OMAP5系列和Cortex-A15的效能提升，同时在2012年1月展示了使用OMAP5的成品设备。大体来说，28nm工艺制造的Cortex-A15与40nm工艺的Cortex-A9相比，单线程运算效能提升1.5倍，浮点运算性能提升1.6倍。全新的多核心管理架构让它的多核心处理分配更为智能，可按需分配[Cortex-A9明显更低效]。另外，TI在OMAP 5上使用SmartReflex 3能源管理技术，它可以使OMAP 5处理器在达到与指定OMAP 4处理器一样性能的情况下，只需要OMAP 4处理器60%的能耗。换个角度，如果用OMAP 4所需的同样能耗，那么OMAP 5 只需要60%的时间就可以完成所需要做的工作。

　　TI没有更多介绍OMAP 5中PowerVR SGX544的性能，但除去运行频率带来的差异不可估计外，我们知道SONY PS Vita上使用的是PowerVR SGX543 MP4+[同样是四核心]，而苹果A5处理器使用的是PowerVR SGX543MP2，前者为4个核心，后者为2个核心。相对OMAP4系列[除去4470外]的PowerVR SGX540，性能有5倍提升[官方数据]。

　　三星 Exynos 5250：2011年11月30日，三星发布Exynos 5250处理器，它同样使用Cortex-A15双核心，不过使用的是32nm High-k工艺生产。从三星提供的数字来看，2.0GHz的双核心Exynos 5250的运算性能可以达到1.5GHz Cortex-A9核心处理器的两倍，效能显然有很大提高。Exynos 5250还支持EDP接口，支持DispalyPort的输出，最高支持2560x1600的分辨率，同时支持3D立体输出，至于图形单元的具体性能，官方消息中没有透露。

　　高通Snapdragon S4：高通公司同样在2011年底发布了Snapdragon的S4平台，在即将开幕的MWC 2012上，使用S4平台的高通手机就会展出。国外网站AnandTech在21日刚刚发布了，S4平台的性能测试。Snapdragon S4平台，同样使用Cortex-A15架构，不同高通命名为"Krait"，芯片组代号MSM8960，它采用28nm工艺制造，双核心运行主频1.5GHz。显示单元从Adreno 220升级至Adreno 225。从测试结果来看，与高通S3平台，即MSM8260/8660相比，单线程Linpac浮点运算性能提升1倍，多线程浮点运算性能提升120%。不要忘记MSM8260只是VFPv2浮点单元，即ARMv7-A架构，Cortex-A8核心的改进版本，所以测试结果领先的幅度较大。从SunSpider的JAVA性能测试来看，S4平台性能提升54%，比iPhone 4S即苹果A5核心，性能提升46%。BrowserMar的成绩，较S3平台提升23.5%。Adreno225的3D性能，相比Adreno，也有100%左右的提升。

　　从TI的OMAP 5系列，三星的Exynos 5250，高通Snapdragon S4，我们已经可以看到Cortex-A15核心以及采用该核心新一代产品的大致性能。无论从半导体制造工艺、核心架构更新、图形单元的同步升级等各个方面，在性能上都有明显提升。而从相对细致一些的TI的官方数据来看，它的能耗也有所降低，效能提升十分明显。