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蘋(píng)果公司在上周正式在美國推出了第二款平板電腦「iPad 2」。首先就是CPU和GPU的核心數量均提升了2倍，同時(shí)產(chǎn)品重量下降，厚度減少了3成，從而實(shí)現了產(chǎn)品的輕薄化以及性能的提升。蘋(píng)果公司在圣弗蘭西斯科市召開(kāi)的游戲者開(kāi)發(fā)大會(huì )「GDC(Game Developers Conference)」的主題演講上宣布了產(chǎn)品的推出日期。從iPad升級至iPad 2，首先就是CPU由單核心ARM Cortex-A8變成了雙核心ARM Cortex-A9。除了CPU核心數量提升了2倍以外，每個(gè)核心的容許量也2倍以上的性能提升。根據ARM公司的介紹，Cortex-A8頻率性能為2 DMIPS (Dhrystone MIPS)/MHz，而Cortex-A9為2.5 DMIPS/MHz。 至于CPU架構也發(fā)生變化的原因只有一個(gè)，這就是Cortex-A8只支持單核心設計，因此如果不想開(kāi)發(fā)特殊的總線(xiàn)，同時(shí)又想獲得相同的性能，因此可以選擇的方案也只有Cortex-A9。Cortex-A9最大可支持四核心設計，并且同樣支持AMBA 3 AXI協(xié)議。 
Cortex-A系列架構 ●核心數量與性能的提升 蘋(píng)果公司將第一代iPad的A4處理器交由三星公司代工，而A5則變成了TSMC。這聽(tīng)說(shuō)主要是由于三星公司已經(jīng)成為蘋(píng)果公司智能手機和平板電腦最強有力的競爭者。 至于生產(chǎn)工藝，由于A(yíng)4使用的是三星公司的45nm工藝，因此普便認為A5同樣也基于的是45nm工藝。如果基于相同的工藝情況下，核心數量提升2倍，那么會(huì )由于電路的增加導致核心面積的提升，從而導致生產(chǎn)成本的提升。而根據市場(chǎng)調研公司iSuppli于3月13日發(fā)布的報道「iPad 2 Carries Bill of Materials of $326.60, IHS iSuppli Teardown Analysis Shows」，蘋(píng)果A5芯片的成本相對于A(yíng)4提升了約75％。如果核心面積提升2倍的話(huà)，那么這種程序的成本提升也是與猜測相對應的。因此A4升級至A5，核心尺寸的增加也是可以理解的。 不過(guò)iSuppli估計A5芯片的成本大約為14美元。因此雖然核心面積的增加(A4 53平方毫米)，導致了成本的增加，但是其帶來(lái)的影響并不大，其影響甚至還不如功耗變化的影響大。 按照邏輯來(lái)說(shuō)，A5峰值功耗應該會(huì )增加，因此在進(jìn)行高負荷處理如游戲應用時(shí)會(huì )對電池續航時(shí)間產(chǎn)生影響。不過(guò)蘋(píng)果同樣考慮到了這點(diǎn)，也對此進(jìn)行了平衡。 ●進(jìn)化的CPU架構 除了核心數量提升了2倍，A5 Cortex-A9 CPU架構也出現了變化。Cortex-A8采用的是雙指令解碼管線(xiàn)，程序指令采用的是順序In-Order執行。如果以Intel CPU對比，差不多相當于其Pentium時(shí)代產(chǎn)品。而Cortex-A9雖然同樣采用的是雙指令解碼，但是其指令執行順序為Out-of-Order。容許量方面相差25％。
Cortex-A9 block diagram 這個(gè)所帶來(lái)的影響程序，可以通過(guò)Cortex-A9所占據的核心區域來(lái)了解。通過(guò)ARM公司在去年(2010年)的「CMP Conference」所進(jìn)行的演示，在使用TSMC 40nm工藝的雙核心Cortex-A9的核心面積約在6.7平方毫米，其頻率目標為2GHz,1.9W，這里還包括了L1緩存和總線(xiàn)接口。 順便介紹一下的是X86架構雙指令Out-of-OrderBobcat核心基于40nm工藝時(shí)，單核心面積在5平方毫米以上，因此Cortex-A9核心的大小與X86核心相比的話(huà)就可以很明了了。 因此可以估計如果采用三星45nm工藝的話(huà)，其面積會(huì )比TSMC 40nm要大，同時(shí)以1GHz頻率為目標的A5 Cortex-A9核心可以推定已接近TSMC的電力設計的最優(yōu)化。
Cortex-A9的特性 ●GPU核心數量同樣翻倍 iPad 2上GPU核心數量也由以前的1個(gè)變成了2個(gè)。GPU核心架構為Imagination Technologies的PowerVR SGX5,不過(guò)根據介紹其性能同樣也提升了2倍以上。PowerVR SGX的晶體管數量提升是肯定的，因此其雙核心華對于A(yíng)5的核心面積以及功耗影響也是很大的。 PowerVR SGX架構并不是SIMD(Single Instruction, Multiple Data)架構，應該說(shuō)其設計與NVIDIA架構設計很相似，與AMD的VLIW(Very Long Instruction Word)架構設計存在差異。 當前的PowerVR SGX架構單個(gè)核心最多可擁有16個(gè)scalar處理器。一般認為iPad的PowerVR Core最多核心數量同樣為16個(gè)，由于iPad 2 核心數量成為了2個(gè)，因此處理器數量也提升至32個(gè)。這個(gè)構成其處理器數大大超過(guò)了Tegra 2(G70架構1Vertex Shader+1Pixel Shader的構成)。 另外就是scalar處理器共計32個(gè)，這個(gè)數字與NVIDIA GF100系列Fermi建架構的單個(gè)SM(Streaming Multiprocessor)相等。當然實(shí)際的性能影響因素是多種多樣的。而且我們可以看到顯存帶來(lái)與核心頻率也有很大差異。在iPad 2發(fā)布的時(shí)候，蘋(píng)果CEO的Steve Jobs先生曾提到圖形性能將提升9倍的言論，這個(gè)數字的來(lái)源根據目前仍然不清楚。 ●因iPad/iPhone開(kāi)始繁榮的3D游戲 iPad 2性能的提升，受益最大的當然就是游戲。Apple的電腦產(chǎn)品每年都會(huì )進(jìn)行硬件的升級，對于電腦而言同樣也需要3D圖形性能的提升。去年在推出iPad后，Epic Games和id Software的2大FPS(First Person Shooter)游戲廠(chǎng)商均為其量身定制了FPS游戲，包括有Epic Games旗下Chair Entertainment推出的「Infinity Blade」以及id Software的「RAGE HD」。 總之，讓iPad/iPhone游戲發(fā)展就是要實(shí)現與PC游戲一樣的世代迭替，當然其相關(guān)游戲的目標并不僅僅只包括蘋(píng)果平臺，而是面向的更為廣泛的移動(dòng)平臺，支持撐其發(fā)展的就是每年移動(dòng)產(chǎn)品日益提升的性能。 ●NGP與iPad 2的對比 從游戲的角度來(lái)審視iPad 2Apple A5構成的話(huà)，以處理器數量來(lái)說(shuō)，其數量為索尼電腦娛樂(lè )(SCE)下代掌機「NGP(Next Generation Portable)」的一半。NGP將會(huì )基于四核心ARM Cortex-A9處理器核心，PowerVR SGX5核心。PowerVR核心將會(huì )由每個(gè)擁有16個(gè)scalar處理器核心組成，這樣總數量則達到了64個(gè)。 根據推測，NGP最初配備的芯片將會(huì )基于45～40nm工藝，其目標最終會(huì )提升至32～28nm�？傊に嚨奶嵘殡S而來(lái)的就是成本的下降。NGP（PSP2）在設計的中途提升了核心數量，這應該是由于工藝提升的原因。 而這也意味著(zhù)在進(jìn)入32～28nm時(shí)代之后，其它高性能便攜產(chǎn)品也將會(huì )配備四核GPU，而四核心GPU也將會(huì )帶來(lái)更高的圖形性能。實(shí)際上NVIDIA公司是計劃28nm工藝在第三代Tegra「Kal-El」上應用，將ARM Cortex-A9提升至四核心設計，同時(shí)流處理器數量也會(huì )大幅提升。 因此在這種多核心發(fā)展的背景下，除了生產(chǎn)工藝以外，多核心化也會(huì )成為CPU廠(chǎng)商的發(fā)展戰略。比如ARM的發(fā)展計劃為Cortex-A8→Cortex-A9→Cortex-A15，將會(huì )著(zhù)重提升單線(xiàn)程和矢量處理性能，同時(shí)實(shí)現多核心。
Cortex-A9家族和目標市場(chǎng) ●32nm～28nm時(shí)代四核心發(fā)展 多核心化的發(fā)展由于同樣適合移動(dòng)產(chǎn)品，因此已經(jīng)成為業(yè)界的發(fā)展趨勢。而關(guān)于蘋(píng)果公司四核化的發(fā)展也在計劃中。如果通過(guò)45nm工藝實(shí)現雙ARM核心以及雙PowerVR，這樣在實(shí)現的成本上會(huì )更加經(jīng)濟。而這也與之后32～28nm工藝下的四核心CPU和四核心GPU在經(jīng)濟線(xiàn)上實(shí)現對稱(chēng)。從45nm升級至32nm，相同的核心面積情況下晶體管數量將可提升約2倍。如果蘋(píng)果以A5相同的核心面積來(lái)設計A6，那么明年蘋(píng)果iPad將可能實(shí)現四核化。 這里對于蘋(píng)果公司的產(chǎn)品戰略會(huì )產(chǎn)生一個(gè)疑問(wèn)，這就是如何持續使用，iPad和iPhone目前都是使用的相同的處理器，將來(lái)是否還會(huì )如此呢？比如將來(lái)是否有可能iPad使用四核心處理器，而iPone使用雙核心處理器。這里將核心數量發(fā)展區分開(kāi)來(lái)是很有必要的，四核心處理器帶來(lái)的就是峰值功耗的提升。 從實(shí)際情況而言，在運行游戲的時(shí)候，功耗必然會(huì )提升。因此在核心數量翻倍的情況下，很有可能會(huì )出現峰值功耗提升的情況。在這個(gè)時(shí)候工作電壓與工藝沒(méi)有提升，而同時(shí)平板電腦的電池設計存在空間，而智能手機則沒(méi)有，因此兩種產(chǎn)品的核心提升采用不同的策略的可能性還是存在的。 實(shí)際上CPU廠(chǎng)商也有采用不同發(fā)展策略的打算。比如ARM的Cortex-A15戰略中，智能手機產(chǎn)品就是1～2個(gè)核心，而平板電腦則采用2～4核心的建議。
Cortex-A15的可擴展性 如果這種想法得以實(shí)現，那么2012到2013年，平板電腦會(huì )使用四核心配置，而智能手機則主要使用雙核心設計。當然產(chǎn)品低價(jià)化的趨勢將會(huì )越來(lái)越明顯，比如低價(jià)平板電腦和智能手機會(huì )分別采用雙核心和單核心處理器。當然當工藝進(jìn)一步提升至22～20nm時(shí)，四核心平板電腦和雙核心智能手機將會(huì )成為流行，而iPad/iPhone發(fā)展也應該也會(huì )跟隨這個(gè)趨勢。 |
