4K顯示和VR技術(shù)必然是智能手機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，然而現(xiàn)有的移動(dòng)處理器技術(shù)卻難以駕馭這些新特性。為此，ARM祭出了Cortex A73處理器和Mali G71 GPU兩大殺器，它們的結(jié)合將為4K和VR鋪平道路。

未來(lái)是4K和VR的時(shí)代

2015年，索尼Xperia Z5 Premium第一次開(kāi)始了4K分辨率的嘗鮮（圖1），可惜4K屏幕實(shí)在太過(guò)耗電，成本也是相當(dāng)昂貴，所以并沒(méi)有廠商敢于跟進(jìn)。2016年則是VR大爆發(fā)的時(shí)節(jié)（圖2），只是目前的移動(dòng)VR眼鏡（將手機(jī)作為屏幕和計(jì)算單元的設(shè)備）都存在兩個(gè)問(wèn)題：畫(huà)面存在顆粒感，眩暈感嚴(yán)重。顆粒感是因?yàn)槠聊环直媛侍停灨袆t是畫(huà)面刷新率不夠（涉及到LCD自身的刷新率低，和手機(jī)性能無(wú)法渲染出更高刷新率的畫(huà)面）。

那么，如何讓手機(jī)可以完美駕馭未來(lái)的4K和VR趨勢(shì)？更快的CPU運(yùn)算能力，更強(qiáng)的3D渲染水平，這二者缺一不可。為此，ARM帶來(lái)了可提供“極致的VR體驗(yàn)”的全新CPU和GPU技術(shù)，并已獲得了包括華為海思、三星電子、聯(lián)發(fā)科、Marvell等在內(nèi)的九家芯片廠商的捧場(chǎng)（和ARM簽署了技術(shù)授權(quán)協(xié)議）。那么，ARM的新技術(shù)究竟有何過(guò)人之處？

重溫ARM的三大血脈

在PC領(lǐng)域，英特爾將處理器劃分為了Core（酷睿）和Atom（凌動(dòng)）兩個(gè)大的架構(gòu)，分別用于高性能和低功耗計(jì)算。在移動(dòng)處理器領(lǐng)域，ARM則提供了Cambridge（劍橋）、Austin（奧斯?。┖蚐ophia（索菲亞）三大血脈平臺(tái)（表1）。

我們熟悉的Cortex A7、Cortex A53隸屬于ARM旗下的Cambridge家族，它們的共性就是功耗小、發(fā)熱低;Cortex A15、Cortex A57和Cortex A72則隸屬于Austin家族，它們的特色就是性能強(qiáng)得一塌糊涂，但卻因功耗高、發(fā)熱量大而無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。為了彌補(bǔ)Cambridge性能不足、Austin過(guò)于熱情的缺陷，ARM推出了名為“big.LITTLE”（大小核）的技術(shù)，可將A15（大）與A7（小）、A57（大）與A53（小）、A72（大）與A53（?。┗旌洗钆洌▓D3），從而兼顧了多核處理器的性能與功耗。

所謂“知子莫若父”，ARM在很早以前就意識(shí)到Cambridge和Austin的缺陷和不足，所以才有了Sophia家族的誕生。可惜，Sophia的歷史就是一部活生生的悲劇。

搭載聯(lián)發(fā)科MT6595處理器的魅族MX4

作為Sophia家族的首批成員，Cortex-A12的性能介于當(dāng)時(shí)Cortex-A9和Cortex-A15之間，但功耗卻比Cortex-A15低了很多，曾一度被視為最均衡的移動(dòng)之芯。然而，A12在設(shè)計(jì)上卻出現(xiàn)了失策：缺乏必要的一致性總線(xiàn)，因此不支持big.LITTLE，無(wú)法搭配“小核心”的Cortex-A7，最終“出師未捷身先死”，直接被后輩Cortex-A17所取代（圖4）。而Cortex-A17的表現(xiàn)也不負(fù)眾望，性能幾乎和Cortex-A15一樣，但核心面積更小、功耗更低。

令人遺憾的是，Cortex-A17也“生不逢時(shí)”，好不容易才有了瑞芯微RK3288和聯(lián)發(fā)科MT6595（都是四核Cortex-A17+四核Cortex-A7）兩顆八核處理器加盟（圖5），但卻趕上了移動(dòng)處理器從32位時(shí)代向64位時(shí)代（ARMv8 64位指令集）的轉(zhuǎn)型期。于是，Cortex-A17和Cortex-A7同時(shí)被64位的Cortex-A57和Cortex-A53所取代。

ARM此次推出的全新CPU技術(shù)，就是Sophia家族的最新血脈：Cortex-A73，它的最高主頻可達(dá)2.8GHz，功耗最多可降低30%。那么，它又是如何做到的呢？

架構(gòu)層面有優(yōu)化

由于隸屬于Sophia家族，所以雖然Cortex-A73從型號(hào)上與Cortex-A72接近，但二者在架構(gòu)層面的差異卻是非常明顯，Cortex-A73反而與Cortex-A17有著更多的“血緣關(guān)系”。比如，它們都非常重視流水線(xiàn)（A72流水線(xiàn)為15級(jí)，A73則僅有11級(jí)）、注重資源和接口的優(yōu)化（圖6），以求在最低功耗下獲得最大性能。

具體來(lái)說(shuō)，Cortex-A73基于64位ARMv8-A構(gòu)架設(shè)計(jì)（圖7），是早期Cortex-A57架構(gòu)計(jì)算速度的2倍，Cortex-A15的3.5倍。它所支持的CPU簇依舊為4個(gè)，理論上一顆處理器內(nèi)可以塞進(jìn)2組共計(jì)八核Cortex-A72和2組八核Cortex-A53從而構(gòu)成16核心處理器。

由于Cortex-A73只是針對(duì)消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)，所以它較Cortex-A72精簡(jiǎn)了AMBA5 CHI接口，一級(jí)緩存也不再支持ECC。此外，Cortex-A73還將數(shù)據(jù)緩存尋址機(jī)制從PIPT（物理索引物理標(biāo)簽）升級(jí)到了VIPT（虛擬索引物理標(biāo)簽），優(yōu)化后的一級(jí)和二級(jí)緩存預(yù)取器也令外部?jī)?nèi)存帶寬大幅提升。

總之，Cortex-A73和其他前輩相比，在性能、功耗及核心面積這三個(gè)方面都做了全面的改善，這也是半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的三個(gè)重要指標(biāo)。按照ARM官方的數(shù)據(jù)顯示，和Cortex-A72相比，Cortex-A73典型移動(dòng)應(yīng)用性能提升10%，SIMD媒體和計(jì)算性能提升5%，內(nèi)存吞吐能力提升15%（圖8）;整數(shù)應(yīng)用功耗節(jié)省最多30%，浮點(diǎn)和二級(jí)緩存應(yīng)用節(jié)省最多25%，同等工藝頻率下至少節(jié)省20%（圖9）。

一切都要以10nm為前提

Cortex-A73看起來(lái)很厲害？那是因?yàn)樗募夹g(shù)門(mén)檻非常之高，需要使用10nm FinFET工藝設(shè)計(jì)制造。要知道，這個(gè)工藝要到2017年才能大規(guī)模量產(chǎn)。實(shí)際上，用10nm的Cortex-A73和14nm/16nm的Cortex-A72等前輩們對(duì)比多少有些不公平，當(dāng)后者應(yīng)用10nm工藝時(shí)也能運(yùn)行在更高頻率且能明顯降低能耗。然而，世界上沒(méi)有絕對(duì)的公平，Cortex-A73的起點(diǎn)就是高……

對(duì)處理器廠商而言，10nm工藝可以減少處理器核心的硅圓使用面積，在提高性能的同時(shí)降低SoC和設(shè)備的成本。比如，Cortex-A73在同等性能的基礎(chǔ)上，芯片封裝面積可以比Cortex-A72減少25%（圖10），雙核Cortex-A73的尺寸和四核Cortex-A53持平。這意味著今后會(huì)出現(xiàn)很多雙核Cortex-A73+四核Cortex-A53的六核處理器，取代現(xiàn)有的四核Cortex-A53+四核Cortex-A53的八核處理器。根據(jù)ARM的數(shù)據(jù)顯示，前者可以在核心面積相同的情況下，比后者的性能提升30%，最佳響應(yīng)時(shí)間提升90%。

全新GPU助力VR

實(shí)際上，對(duì)4K和VR而言CPU性能并非最關(guān)鍵的因素，GPU圖形渲染能力才是提高刷新率、降低VR體驗(yàn)延遲的大殺器。此外，當(dāng)我們遇到手機(jī)玩游戲卡頓的現(xiàn)象時(shí)，99%的情況下并非CPU性能不夠，同樣是受了GPU性能不足的拖累。聯(lián)發(fā)科Helio X20、麒麟955等處理器雖然CPU多核性能遠(yuǎn)勝驍龍820，但游戲流暢度卻被后者完虐，就是因?yàn)樗鼈兗傻腗ail-T880MP4 GPU不夠給力造成的。隨著Cortex-A73的出現(xiàn)，給了其他芯片廠商（在游戲性能方面）逆襲高通驍龍、體驗(yàn)更佳VR效果的機(jī)會(huì)。

為了與Cortex-A73搭配，ARM同步推出了與其相配套的新款GPU——Mali-G71。這款GPU的目標(biāo)非常明確：滿(mǎn)足大型3D游戲和未來(lái)移動(dòng)VR體驗(yàn)的需求。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Mali-G71的核心數(shù)量可在1個(gè)～32個(gè)之間調(diào)節(jié)（上代Mail-T880最多可配備16個(gè)核心，即Mail-T880MP16）（圖11），性能比Mali-T880可提升最多40%，而且在能耗方面的表現(xiàn)更優(yōu)。同時(shí)，Mali-G71還全面支持OpenGL ES 3.2、OpenCL 2.0、DirectX 11.2等API接口，其綜合性能甚至可以媲美筆記本領(lǐng)域的中端獨(dú)立顯卡（圖12）。

當(dāng)然，想獲得媲美筆記本獨(dú)顯的性能，就需要Mali-G71搭配32個(gè)核心，而實(shí)際應(yīng)用中卻受限于工藝、發(fā)熱和耗電量等因素的制約，手機(jī)處理器不可能搭配滿(mǎn)血的Mali-G71，而我們則希望聯(lián)發(fā)科Helio和麒麟的下代芯片可以更給力一些，至少也要搭配Mali-G71 MP8或Mali-G71 MP12的GPU規(guī)格吧？

小 結(jié)

ARM此次發(fā)布Cortex A73處理器和Mali G71 GPU算是給我們畫(huà)了一張大餅，表面看起來(lái)光鮮無(wú)比，但它們卻存在著很多不確定性。比如，10nm工藝能否在預(yù)計(jì)的時(shí)間內(nèi)投入量產(chǎn)？如果不能，讓Cortex A73與主流的16nm/14nm工藝搭配還能釋放幾分動(dòng)力？此外，Mali-G71是否強(qiáng)悍取決于計(jì)算核心的數(shù)量。Mali-T880原本也夠強(qiáng)悍，但架不住手機(jī)處理器廠商只為其搭配4個(gè)核心??？要知道，三星Exynos 8890處理器同樣集成Mali-T880 GPU，但憑借12個(gè)核心的優(yōu)勢(shì)，在3D性能上足以媲美驍龍820。

總之，Cortex A73的出現(xiàn)會(huì)進(jìn)一步刺激智能手機(jī)領(lǐng)域的軍備競(jìng)賽，未來(lái)一個(gè)時(shí)期內(nèi)你會(huì)看到2K屏幕滿(mǎn)天飛，4K屏幕不稀奇，高刷新率屏幕到處跑，六核、八核、十核處理器共存的格局，屆時(shí)手機(jī)端的VR體驗(yàn)也會(huì)因它而提高到新的層面，讓我們共同期待吧。