A8 A9并非核心？ 小白必看平板处理器详解

    在平板产品智能化不断提升的过程中，我们早已弃用了主控芯片这种笼统而落后的说法对移动产品的嵌入式芯片进行称呼，随着性能的不断提升，移动设备的处理器早已不是当年那个以解码能力为衡量标准，搭载纯嵌入式系统的处理器，取而代之的是更加细化的芯片结构细分，高通，Ti，PowerGX等很多大型嵌入厂商也正式走上了芯片性能和结构分化的传统PC道路，而ARM公司更是从一家知名的商用和企业级嵌入式厂商一跃成为在移动领域能喝Intel比肩的民用电子巨头。

A8 A9也不是核心吗

    平板的发展速度很快，我们在很多文章中已经不只能看到很多对于产品功能和使用体验的详细评测，还有很多对平板处理器的性能已经核心解析，不过由于ARM架构在很多人眼中依旧是一个新概念，文章里对于处理器的介绍也是层出不穷，Cortex-A8核心，Cortex-A8架构，ARMv7架构，让我们在很多时候都颇为眼晕。

    那么这些主流的芯片以及处理器到底谁是谁呢？Cortex-A8以及A9到底是个什么东西？大家不用着急，这篇文章将会为您细细说来。

    堪比PC架构 平板处理器里到底有什么

    分久必合合久必分，IT产品界中，这句话恐怕是最能代表产品的发展趋势的了，在经过很长时间的发展之后，原本各项硬件独立的PC机和平板开始逐步走向整合化的道路，图形处理器，高级总线，甚至内存开始逐步被重新封装进CPU中，使得PC产品的机身能够变得更轻更薄，更加节能，操作系统也由原先的移动平台和桌面系统的风马牛不相及，走向了逐步全平台系统以及资源库和服务整合化的过程。

A4芯片算是比较老牌的细化独立芯片了

    然而，在移动处理器中，却呈现出了另一种景象，原先整体封装输出单一的移动芯片开始逐步细化，虽然封装依旧没有变，但是内部却逐渐形成了我们所说的片上系统，即和一块芯片上集成了整个平板设备运行以及处理计算所需要的全部硬件组成。

芯片中的结构逐渐趋向于PC

    那么一款平板处理器中究竟都有哪些部分组成呢？其实很简单，和目前的桌面PC相同，平板处理器需要负责的同样是平板的功能处理，所以平板处理器最重要的就是CPU和GPU两个部分，就是我们平常所说的中央处理单元和图形处理单元，分别负责图像和主要的数据和进程处理，即使其中的这两者的架构以及性能再如何变化，这两者都是始终是处理器中比不可少的部分，因为中央处理器的需要，大部分芯片会为其设置二级缓存以提升处理器数据交换的以及指令交换的速度。

外部的协核心同样重要

    除了CPU和GPU以外，由于多媒体功能也是平板功能中非常重要的一部分，很多平板还独立设置了高清视频解码单元以及独立音频处理单元，也就是很多人所称为的协核心，他们的主要作用就是为高清编码以及音频解码提供硬解以带来更加流畅的图像效果和更加出色的音质。

有些内存芯片已经被整合进了芯片中

    最后，有些处理器会在处理器内部直接添加内存模块，将大容量内存也整合在芯片中，一来加强芯片整体的性能和稳定性，并省去了平板制造商们在主板上二次设计，提供了更加出色的整合方案，最后就是处理器的外部接口，负责连接主板上的硬件芯片以及平板的外部接口，从平板的构成上，我们可以看到目前的平板处理器已经能基本完成平板的所有功能，已经远远超过了我们对于传同处理器的概念。

    A8和A9到底是核心还是神马？

    下面来说说CPU的那点事儿，其实目前满足低功耗的散热的高性能处理器架构有两种，一个就是Intel的凌动Atom x86架构中央处理器，一个就是我们最近时常听到的ARMv7架构的Cortex-A系列中央处理器，由于Atom处理器的诸多缺陷以及Intel没有即使推出新的移动处理器技术，虽然在制作工艺以及流水架构上有很大的优势，但却仍然没有挡住熟悉嵌入式设备特性以及同样有强大研发能力的ARM，让这个一直埋没在嵌入式深处的公司为很多人所熟悉。

整个A系列都是智能的

    我们目前所使用的大多数平板都采用了ARM Cortex-A系列的处理器解决方案，这套处理器方案共有5个处理器分别是A5，A7，A8，A9以及A15，由于其中A7，A9以及A15都是目前十分流行的多核解决方案，但是由于受到了苹果风潮的影响，当下最为流行的只是其中的A8和A9解决方案，而性能超高的A15方案处理器尚在研发之中。

A8和A9是主推方案

    其实如果从传统意义上来说的话，A8，A9就是芯片的处理核心了，但是和Intel自己开发核心自己制造自己推出产品不同，ARM采用了和Android类似的开放式推广，当然，ARM的核心并非免费的午餐，但他的开放却给了用户很高的自由度，ARM负责给用户提供A8或是A9的架构或是标准成品，用户可以凭借自身的技术水品生产出不同性能的处理器以占领平板平台。

明确说明NEON可选

    芯片厂商可以自由选择是否采用ARM官方提供的NEON多媒体处理引擎，可以改变处理器的制程，降低芯片的功耗提升主频，可以自由配置处理单元的2级甚至3级缓存，加快的处理器的数据交换速度，甚至为处理单元和协核心之间搭建高速通道提供了接口。而在多核方面只要芯片厂商有实力，可以自由组建A9核心的多核架构，制造出性能强大的多核芯片，而更有甚者甚至改变了A8本身的工作方式，增加新的指令执行方式创造出了新的A8双核处理器。

A9多核架构提供了无限可能

    所以从以上的情况来看，ARM向芯片厂商所真正提供的只有A8和A9两种核心的单个完整处理单元，芯片厂商有足够的空间在两种单元上自由发挥，或是选择ARM提供好的成套的成品方案，所以对于厂商来说A8和A9更像是两种可行的微架构，他们的性能究竟能发挥多少，是由各个芯片厂商后期的硬件改动以及固件所决定的，这就是为什么采用了同样核心的芯片产品会有完全不同的性能表现，而我们平常所看到的A8，A9核心以及他们的性能介绍，大多都是这两种核心的单核方案的特性以及性能基数。

    重新认识你的Cortex A8 A9

    通过刚才的介绍，我想很多人已经了解Cortex A8和A9处理器到底是核心还是架构了，虽然各个厂商所推出的产品各不相同，但是ARM当然也有自己的核心标准技术方案，下面我们就一起来看看，这两款核心究竟有何特点。
    
    Cortex-A8核心：作为ARMv7架构的首款芯片产品，为了得到性能上的实际提升，A8处理器采用了Thumb-2技术，更加合理地分配功耗和性能，同时采用了NEONTM信号处理扩展集对H.264和MP3这样的多媒体解码提供了硬件加速，同时支持了Jazelle-RCT Java等多种代码加速，对进程调用和代码的编译过程进行了优化，以大幅减少所占用的内存空间，并加入了版权保护和IEM低功耗管理功能。

Cortex-A8核心结构

    性能特点：

    顺序，双发射，超标量微处理器内核，13级主整数流水线:

　  10级NEON媒体流水线 10-stage NEON media pipeline
　 
    专用的L2缓存，带有可编程的等待状态
　 
    基于全局历史的分支预测

　  结合功率优化的加载存储流水线，为功率敏感型应用提供2.0 DMIPS/MHz的速率 遵从ARMv7架构规范，其中包括:

　  用于实现更高的性能、能量效率和代码密度的Thumb-2技术

　  NEON™信号处理扩展，用于加速H.264和MP3等媒体编解码器

　  Jazelle RCT Java-加速技术，用于最优化即时（JIT）编译和动态自适应编译(DAC)，并将存储器尺寸减小了多达3倍
　 
    TrustZone技术，用于安全交易和数字权限管理（DRM）

　  集成的L2缓存：使用标准编译的ARM建立而成，64K到2MB的可配置容量，可编程的延迟
　 　　
    优化的L1缓存：经过性能和功耗的优化，结合最小访问延迟和散列确定方式，以便将性能最大化，将功耗最小化。
　 　　
    动态分支预测：通过分支目标和全局历史缓冲区实现，按照行业基准，达到95%的准确率。　重放机制，以实现预测失败代价的最小化
　  
    存储器系统：访问L1缓存导致的单周期加载使用代价，L1缓存的散列数组使得只有在可能需要时才会启用存储器。　集成的、可配置L2缓存和用于数据流的NEON媒体单元之间的直连接口　Bank化的L2缓存设计，每次只设计1个Bank，支持多项与L3存储器之间的未完成事务，以充分利用CPU。

    Cortex-A9核心：Cortex-A9处理器提供了相较A8更加强大的高性能和高能效，从而使其成为需要在低功耗、成本敏感、基于单核处理器的设备中提供高性能的所有设计的理想解决方案。使用便利的可合成流和 IP 成品，Cortex-A9 处理器可为基于 ARM11™ 处理器的现有设计提供理想的升级途径，这类设计需要在相似的硅成本和电源预算基础上提供更高的性能和更高级别的能效，同时使软件环境保持兼容。

Cortex-A9核心结构

    此外，CortexA9核心还采用了支持乱序指令和同步处理的MPCore多核技术，简化了多核解决方案，并使其应用范围得到扩展。Cortex-A9 MPCore 处理器可提供史无前例的可扩展的最高性能，同时还支持灵活设计和新功能，从而进一步降低和控制处理器和系统级的能耗。借助 Cortex-A9 MPCore 处理器的定向实现，并通过性能伸缩实现最高性能的提升。

    性能特点：

    高效超标量流水线 ：性能独占鳌头，超过2.0 DMIPS/MHz，实现了前所未有的峰值 性能，同时维持了较低的功耗，延长了电池寿命，降低了封装 和操作成本

    NEON 媒体处理引擎：加快媒体和信号处理功能，提升了具体应用性能，更有应用软 件开发和支持相统一的便利

    浮点运算单元：显著提高了单精度及双精度标量浮点运算的速度。性能较原有 的ARM FPU提升了一倍，提供了行业领先的图像处理、图形和科学运算能力
 
    优化的一级缓存：优化了一级缓存的性能和功耗，结合了最低存取延时技术，不 但最大限度地提升了性能，而且将功耗降至最低。同时还为更 强大的处理器相互通信提供了高速缓存一致性；能够有力支持 具有丰富SMP功能的操作系统，从而简化多核软件开发。

    Thumb-2 技术：性能上能达到传统 ARM 代码的峰值水平，最多可将指令存储 所需内存减少30%
 
    TrustZone®技术：为包括数字版权管理和电子支付在内的安全应用提供了可靠的 实施方案。广受技术及行业合作伙伴的支持

    Jazelle®RCT和DBX技术：最多可将字节码语言的实时 (JIT) 和预先编译代码大小减少3 倍，同时支持直接执行Java指令的字节代码，提高了传统虚 拟机的速度

    二级缓存控制器：在高频设计或者需要降低片外内存存取功耗的设计中，能维持 较低的延时和较高的带宽存取，最高可配置2MB的缓存内存

    程序跟踪宏单元和 CoreSight TM 设计套件：这两个组件的结合使软件开发者能够轻松地跟踪多个处理器的执行历史并将之与带有时间标记的相关系数一起存储在片内缓冲器之中或通过标准跟踪接口传到芯片外面，从而增强了开发和调试的可视性。

    你的平板里用了什么？

    由于核心在不同厂商的制作工艺之下能够发挥不同的性能，所以虽然我们经常能看见A9双核或是A8单核但是实际上，无论从构成还是性能上，这些芯片都有很大的差异存在，也因此，各个芯片厂商都在不断尝试着不同方案的核心以及存储上的组合，以达到更加出色的性能，下面我们就通过几个目前十分热门的芯片带大家看看你的平板中的芯片是怎样的。

    英伟达Tegra2：

    Tegra2是目前市面上最强的双核芯片，芯片采用了ARM提供的Cortex-A9双核方案，整合最新的40nm制作工艺，单核主频达到1GHz，是目前的多数平板产品的方案首选。A9多核架构支持乱序指令以及同步处理等多种双核特性，支持双通道内存，性能表现出色。

NVIDIA Tegra2处理器

    Trgea2的图形部分名为Geforce ULP(Ultra Low Power 超低功耗)，由一组标准光栅化流水线组成，它包括4组Vertex Shader，4组Piexl Shader以及1组TMU单元，这里没有采用和SGX543一样的统一渲染器，虽然功耗会有所下降但是执行效率也随之下降。API方面则提供了Open GL ES2.0的完整支持。

    苹果A5：
    
    作为平板行业的巨头苹果A5芯片自然不得不提，A5芯片同样采用了Cortex A9双核架构，采用45nm制程，芯片面积巨大，可以承载大量的晶体管集成电路，芯片内部包含了1级缓存和总线接口，采用A9多核技术同样支持乱序指令和同步运行，并且支持2级缓存共享。

苹果A5芯片（图片来自于网络）

    苹果A5所采用的是POWERVR SGX543 MP2图形处理芯片，它支持多核并行，多路相联，采用最先进的可编程USSE2浮点单元,内部采用流处理器设计有完整的前端几何部分，shader单元及后端组成流水线。其中包括Geometry部分，CGS线程块调度单元，USSE2通用shader单元以及完整的Rasterization阵列，整条流水线通过内部总线共享多级cache，与桌面GPU常规的流水线过程相一致，性能十分出色。

    三星猎户座S5PV310B：

    三星猎户座S5PV310B主控芯片采用了ARM双核Cortex-A9架构，支持乱序指令，效能达到2.5DMIPS/MHz，相比A8或基于A8的改良核心（如高通双核）提升可达20-25%相比传统A8，而相对其他A9双核，内存带宽提升100%，因为它支持真正的双通道DDR2/DDR3，2×32bit位宽，提供6.4GB/s的PC级别内存带宽，为高负荷应用和3D加速提供了比其他双核处理器更高的性能。
 

猎户座芯片的总体架构

    目前猎户座上采用的四核Mali-400无疑是安卓平板上可见的最强GPU，领先传统的SGX540 GPU最高可达50%。需要指出的是，这仅是手机使用猎户座的成绩，GPU运行在267MHz，而平板使用的猎户座，三星将频率进一步解锁到400MHz，额外增加50%提升。

    德仪OMAP4430：

    德州仪器TI在移动处理器的研发上具有众多技术优势，其研发的移动处理器平台以稳定著称，其兼容性也是最强的。德州仪器TI OMAP4430和TI OMAP4460为市面上多见的双核处理器。OMAP 4430/4460搭载了Cortex A9MP架构的双核处理器，1MB二级缓存，45nm工艺。内存方面支持双通道LPDDR2 1066。

德仪OMAP4430芯片架构

    芯片GPU采用PowerVR SGX540，比起同样搭载了这款GPU的三星蜂鸟处理器，OMAP 4430将搭载的PowerVR SGX540的频率提高到了300MHz，而OMAP 4460的GPU频率则更是提高到了384MHz。

    高通MSM8260

    其实高通更为人们所知的应该算是MSM8255芯片，但是因为小米手机的火爆，这款8260的A8双核顿时成为了人们所热议的话题。高通MSM8260内置了两枚Scropion架构处理器（由Cortex-A8架构增加部分乱序执行，实现异步多核心功能），两个核心可以独立的调配任务，比一般的A9构架更省电。

高通Scorpion处理器发展线路图

    相比于传统ARM Cortex-A8架构，Scorpion架构改进了功耗水平，支持多核，并融入乱序执行等Cortex-A9特性，且大幅改进了Neon协处理器的运算性能，将传统Cortex-A8，A9标配的64bit Neon单精度浮点引擎升级为128bit，是A8和A9的两倍，能提供更强劲的浮点运算支持，并且在不需要的时候可以关闭一半变成64bit以节省能源。GPU为处理器自配的Adreno 220，它的性能数倍于之前的Adreno 205、Adreno 200两款图形处理芯片，三角形输出率：88M/s ，像素填充率：532M/s，在平常使用中足够满足我们的需求。

    写在最后

    随着平板性能的逐步提升，平板性能也将越来越接近目前的桌面PC，而随着今年Intel的重装上阵以及AMD的介入，平板的芯片也必将再次掀起一片乱战，如今win8消费者预览版已经发布，出色的用户体验，以及更加丰富和优秀的资源之下带来的必将是新一轮的硬件大战。

    虽然现在ARM和芯片厂商的复杂关系让我们对于A8，A9等芯片十分头晕，但是相信在不久之后，平台的硬件将逐步向PC平板的细分整合化靠拢，所有的硬件都会明确地各司其职，甚至是让我们迎来平板硬件定制化的时代。