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探索強(qiáng)勁性能的秘密(一)

作者: 時(shí)間:2013-09-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

今年的新手機(jī)趨勢無異是全面向四核靠攏,不過同樣是四核,在實(shí)際的性能上其實(shí)是千差萬別。例如針對入門級主流市場的四核手機(jī)普遍采用的都是Cortex-A7以及 Cortex-A9 級別的CPU內(nèi)核,這類內(nèi)核性能、成本以及發(fā)熱都會(huì)較低,因此在入門市場上大行其道。

  而在高端智能手機(jī)中則出現(xiàn)了一些新的變化,除了去年就已經(jīng)嶄露頭角的高通Krait系列架構(gòu)四核外,ARM正統(tǒng)的Cortex-A15也開始走上了四核手機(jī)的舞臺(tái),例如三星的Exynos 5 Octa、NVIDIA 的Tegra 4。

  Cortex-A15是ARM Cortex-A家族中目前最強(qiáng)勁的CPU內(nèi)核架構(gòu),發(fā)布時(shí)間為2010年,德州儀器是最早(2011年)投產(chǎn)基于該架構(gòu)處理器(型號為OMAP 5)的授權(quán)廠商。

探索強(qiáng)勁性能的秘密(一)

  和ARM的Cortex-A7、Cortex-A9等微架構(gòu)相比,Cortex-A15有很大的不同。

  A15和A9同樣具備亂序執(zhí)行,但是Cortex-A15具備(兩倍)的指令發(fā)射端口和執(zhí)行資源,指令解碼能力也要高出50%,動(dòng)態(tài)分支預(yù)測能力更強(qiáng)(采用了多層級分支表緩存),指令拾取帶寬更強(qiáng)(128 bit vs 64 bit),這些都能讓A15的流水線執(zhí)行具備更高的效率。除此以外,A15采用了VFPv4浮點(diǎn)單元設(shè)計(jì),能執(zhí)行FMA指令以及硬件除法指令,相較而言A9的峰值向量浮點(diǎn)性能基本上只有A15的一半。

  不過在現(xiàn)實(shí)中,A15 的對手應(yīng)該是高通自行設(shè)計(jì)的 ARMv7A 兼容處理器架構(gòu) Krait。高通對 Krait 的架構(gòu)細(xì)節(jié)透露并不是很多,大致上就是 3 個(gè)指令解碼端口(和 A15 一樣)、7個(gè)指令發(fā)射端口(A15 是8個(gè))、4個(gè)發(fā)射端口(A15 是8個(gè)),具備4KB+4KB的單周期時(shí)延L0 Cache設(shè)計(jì)。

  如果采用老掉牙的Dhrystone DMIPS/MHz作為性能衡量指標(biāo),Krait 是3.3,A9 是2.5,而A15則是3.5,從紙面上看Krait的確非常適合作為A15的對手。

  不過Dhrystone的缺點(diǎn)是顯而易見,它是完全可以塞進(jìn)CPU的L1 cache里執(zhí)行,這就意味著無法以此對L2 cache(A15是一體化設(shè)計(jì),Krait是分離式設(shè)計(jì),一體化設(shè)計(jì)可以減少內(nèi)存交換導(dǎo)致的大量時(shí)延)、亂序執(zhí)行的硬件效率/復(fù)雜性、內(nèi)存子系統(tǒng)單元(A15的內(nèi)存單元可以實(shí)現(xiàn)在一定條件下預(yù)執(zhí)行一條加載指令,而Krait能否具備這樣的能力尚不清楚)等諸多體系架構(gòu)區(qū)別對實(shí)際性能的影響作出有價(jià)值評估。

  當(dāng)然,ARM采用的DMIPS指標(biāo)實(shí)際上并非28年前的那個(gè)Dhrystone,而是來自EEBMC Coremark(其實(shí) Coremark 就是前者的改善版本,主要是為了減少預(yù)優(yōu)化、對測試有比較嚴(yán)格的規(guī)則),但是CoreMark同樣可以塞進(jìn)現(xiàn)今大多數(shù)處理器的L1 cache里,Dhrystone不能反映現(xiàn)今移動(dòng)設(shè)備真實(shí)應(yīng)用的問題在這里依然存在。

  由于應(yīng)用環(huán)境日趨復(fù)雜,要正確評估一個(gè)移動(dòng)設(shè)備處理器的性能變得越來越復(fù)雜,因?yàn)楝F(xiàn)在的移動(dòng)設(shè)備跑的網(wǎng)頁瀏覽、三維游戲、音視頻、人工智能等都不可能可以完全塞進(jìn)L1 Cache里,因?yàn)檫@些應(yīng)用牽涉到大量的數(shù)據(jù)處理。

  這時(shí)候,人們在臺(tái)式機(jī)性能評估上學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)和測試辦法就可以在移動(dòng)設(shè)備上采用了。對CPU測試來說,最合理的測試方式是采用多種計(jì)算規(guī)模的真實(shí)應(yīng)用源代碼以本機(jī)代碼進(jìn)行編譯再進(jìn)行測試,在這樣的情況下移動(dòng)設(shè)備的計(jì)算單元、內(nèi)存單元都得以充分考驗(yàn),測試結(jié)果最具參考價(jià)值。

  能夠獲得業(yè)界(計(jì)算機(jī)工業(yè)、學(xué)術(shù)科研)官方認(rèn)可的CPU測試當(dāng)屬SPEC.org的SPEC CPU,它就是采用源代碼方式,讓測試人員可以編譯為本機(jī)代碼來測試,許多處理器在研發(fā)伊始就采用SPEC CPU作為最重要的性能評估指標(biāo)。

  SPEC CPU的最新版本為CPU2006,但是CPU2006針對的是當(dāng)前的臺(tái)式機(jī)、工作站、服務(wù)器處理器應(yīng)用環(huán)境,內(nèi)存容量(CPU2006 支持多線程測試,因此要求的內(nèi)存容量相當(dāng)高,8線程處理器用16 GB內(nèi)存也是有點(diǎn)勉強(qiáng))和自身存儲(chǔ)空間(未編譯時(shí)就要數(shù)GB空間,編譯后就要占用1xGB了)要求都較高,因此采用CPU2006對目前的移動(dòng)設(shè)備來說是不太現(xiàn)實(shí)的。

  SPEC CPU是每隔幾年就更新一次,在CPU2006之前的舊版本為CPU2000,它的speed整數(shù)性能測試完全可以在1GB級別的移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行,在


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