ARM A35 A53

今天凌晨ARM在自家的技术大会中，发布了超低功耗的处理器构架Cortex-A35（代号水星）。厂商可以根据性能和功耗需求，对它的构架进行再设计，将其用在不同的领域。

Cortex-A系列分为高性能、低功耗和超低功耗3类：

• 高性能系列的代表当然是ARM的大核构架Cortex A57和A72（还有在慢慢退市的A15和A17）；

• 低功耗系列的代表是高效能比的A53，根据需求，它可以以多核，或者 big.LITTLE大小核的形式工作；

• 而超低功耗系列，在A5和A7之后，现在新增了A35。

虽然看起来有点反直觉，但A35和A53不是一个系列，A35是A7/A5的继任者（ARM的产品数字增长得真快……）。

在Exynos 5433测试中，我们发现作为升级版A7的A53，照样维持不了A7的功耗水平，它更像是把A7的效能曲线延长的产品，就是说A53的性能功耗比并没有多少提升。但因为A53普遍更高频，所以它在性能端可以走得更远。而A35这次主推能耗比，其实是在给当年吹过能耗比的A53打脸。

不过从战略意义上说，A35带来的最重要改变，是让Cortex-A系列上中下三路产品，都用上了64位的ARMv8构架。在A5/A7等老构架退休后，它就可以完成“全家64位”的宏愿了。此外，A35也可以和A72/A57/A53等核心组成big.LITTLE 大小核结构的SoC，可以让厂商根据需求，搞出各种大小核的组合产品，夸张一点，甚至可以搞出A35+A53+A72的三核心簇的SoC。

 

构架改进

A35和A7/A53一样，依旧是顺序执行的双发射构架。8级流水线长度，也和之前的构架设计没什么分别。ARM主要通过改进独立分区（individual blocks）来提升能效比。

• 重点改善的是核心的前端效率，重新设计的指令预取单元，更强的分支预测性能。为了平衡性能和功耗，指令预取带宽也跟随队列长度的变短而做出了调整。

• 对比A7，A35在缓存速度上有了明显的提升。A35套用了很多A53的缓存结构，一级缓存可以用作指令和数据缓存，加入了多线程的数据预测和写入侦查能力，根据需求可以定在8-64KB之间。二级缓存可以定在128KB-1BM之间。在提升写入效率，引入附着优化功能以降低占用的同时，也提升了资源共享的性能。

• 另外一个大改进是 NEON/FP流水线，除了改善存储性能外，新的单元全流水线支持双精度乘法计算。流水线同样为了提升局部效率而进行了改进，这也是A35芯片面积可以比A53小的重要原因。

• 在电源管理方面，A35也很像A53，它为CPU和NEON流水线（独立的电源供应区域）增加了状态保留功能（在休眠时，让核心保持原来的状态，类似iOS的墓碑模式），它多了个硬件来控制CPU进出保留状态。厂商很少使用这个功能，暂时确认有引入这个功能的是骁龙810，但或许因为发热问题，它也在随后的软件更新中禁用了这个功能，让在CPU闲置的时候直接关闭核心了。

 

低功耗/可定制化/超小芯片面积

A35盯准的功耗区间是125mW以下，这也是A7和A5通常的功耗范围。为了方便我们脑补，ARM表示，用28nm制程的1GHz主频A35处理器，其功耗只有90mW。当然，就像现在不同SoC里的A53，因为核心数、主频和工艺节点不同，A35核心的功耗也会很大的波动（例如用14/16nm制程，或者把主频推上2GHz）。

而A35也是ARM可定制化最高的构架，厂商能选择的不再只有核心数，他们可以选择是否加入NEON, Crypto（加密）和ACP（解析） 单元，甚至是否加入二级缓存都可以自行选择。这让A35可能成为下一代手机中应用最广的核心构架，我们也很可能会在可穿戴设备和嵌入式平台上，看到一大堆为IoT（物联网）定制的A35处理器。

对比32KB一级缓存，1MB 二级缓存，有NEON/Crypto加密模块的4核A53，剔除其他部分的乞丐版单核A35（8KB一级缓存，没有二级缓存），即使用28nm制程也能把芯片面积控制在0.4平方毫米一下（1*0.4mm，这可比米粒要小多了），这让它非常适合做成物联网芯片。

性能提升

在相同的核心数和频率下，A35构架宣称功耗比A7低10%，而且性能要高6-40%。在整数运算（SPECint2006测试）中，可以提升6% ；浮点运算（SPECfp2000测试）中提升更大，可达36%。

根据需求，A35可以做到A53 80-100%性能。在浏览器负载测试中，A35和A53的差距最大，A35最多只能提供A53 80%的性能；整数运算负载测试中，A35可以达到A53 84-85%的性能；而对于提升最大的缓存性能，反映在需要缓存性能的负载测试中，则可以有接近A53的性能表现。

A35的芯片面积只有A53的75%，而功耗则只有A53的68%。ARM宣称他们可以同时使用，甚至和A53做成大小核构架的SoC。

A35只要把频率提升，就能补上和A53的性能差距。即使再最差的方案中，高频A35会吃掉自己在功耗上的优势，但厂商依旧可以换来更小的芯片面积，照样可以省下一大笔费用。

如果正如PPT所说，无论是单独组成多核SoC，还是和A72等大核组成大小核结构的场合，都已经没什么必要使用A53构架了，A35很可能会代替A53。

ARM预计首批A35设备会在2016年末出货，因为用途和适应性奇广，它毫无疑问会成为之后数年里，ARM系列中最重要的的核心构架之一。

这么一想，A35在接下A5/A7的工作之后，顺便也让A53领便当了……

不过作为跑分党，笔者更关心高性能核心A72的表现，毕竟要同时抗衡苹果的A9、高通的Kryo和三星的猫鼬，一不小心就得领便当了。