轻松读懂“应用处理器”微架构2013版01-09.docVIP

轻松读懂“应用处理器”微架构 2013 版 第1页：什么是应用处理器？ 对不起，你被标题欺骗了，实际上对许多读者来说要读懂本文并不是那么轻松:p 随着半导体工艺的日趋先进，智能手机（Smartphone 或者 Superphone）、平板电脑（Tablet 或者 Pad）已经成为许多网友最常使用、最多关注、更新最快的电子消费产品，高度便携性是这类产品的最关键成功原因。 所谓便携性自然是指产品必须足够轻便而且需要有足够的续航能力，因此这就要求产品的原件必须足够省电，只有这样才能减少散热和电池体积这两个最占体积和重量的问题。 要达到这个目标，肯定要做功能和性能上的妥协，至少相对个头更大的笔记本电脑、台式机而言，像降低吞吐率或者增加时延，从实测性能而言，目前智能手机或者平板电脑的 CPU、图形处理器性能基本上相当于 6 到 10 年前台式电脑的水准。 举个简单的例子，在俄罗斯网站 ixbt 的讨论区上，有这样的一条帖子，一位名为 ssvb 的网友采用 origenboard.org 的一片 Samsung Exynos 4210 开发板（配有 Exynos 4210 处理器具备两个 ARM Cortex-A9 处理器内核）跑出来的 High Performance Linpack （HPL）性能是 1.307 GFLOPS，同贴中还有 Intel Atom N450（Pineview 架构，45nm，单核） 1.66GHz 的测试结果——0.944 GFLOPS 以及 Cortex-A15 1.7GHz 双核 HPL 为 4.3 GFLOPS。 NVIDIA 官网上的一份 SC011 文件也表明 Tegra 2（ARM Cortex-A9 双核 1GHz，理论双精度浮点性能 2GFLOPS）的 HPL 性能为 1.15GFLOPS（ 57% 效率，200MFLOPS/瓦） 。 这都是一个什么概念？我曾经在 06 年的时候用 Pentium D 820 2.8GHz 跑出来的 HPL 性能为 10.12 GFLOPS，Athlon64X2 2.6GHz 为 9.158 GFLOPS。 那么现在台式机的 HPL 性能状况如何？ 在去年我用 Core i7 2600K 3.4GHz 配合未支持 AVX 指令的 GotoBLAS（数学库）上得到的 HPL 性能为 51.18 GFLOPS 左右，后来又用支持 AVX 的 OpenBLAS（原 GotoBLAS 开发者停止更新后的其中一个后续开源社区版）得出的 HPL 性能为 99.38 GFLOPS，到 2013 年支持 AVX2 指令集的 Haswell 架构出来后，这个测试结果应该还能接近再翻番，达到 200 GFLOPS 级别。 也许你会说手机、平板要双精度干啥呢？请不要忘记在 30 年前的 x86 处理器根本没有集成任何硬件浮点单元，现在的情况又如何？曾经做出号称最强 x87 协处理器的 Cyrix 后来一头扎进整数为王的产品策略后现在影都没了。 “干啥”这个问题往往是硬件具备并达到一定性能条件后就会有答案的，台式机上的性能测试软件和方案会随着手机、平板性能日益强大而变得在这类设备上运行也理所应当，除了上面说的 HPL 外，各类 PC 上流行的测试工具例如 SPEC CPU20xx、3DMark 等也会是如此。 传统的 CPU 性能测试的确不能完全适用于手机、平板的 SoC 芯片（人们把可以在移动操作系统上跑应用软件的 SOC 称作应用处理器，简称 AP），但是请注意我说这句话是因为 SoC 并不仅仅有 CPU，还有 GPU、音视频编解码器、存储控制器、非易失性存储单元、数模/模数转换器以及各种输入输出周边等，这使得我们要单纯评价一款 SoC 是否最佳的时候可能会感到颇为伤神。 话虽如此，不过总的来说，SoC 中和性能最密切相关的依然是 CPU、GPU，因为智能设备里几乎所有程序的运行都必须依仗两者来执行，与用户的使用感受有直接关系（请注意，我们这里说的只是指 SoC 芯片中，而非手机或者平板电脑整体）。因此，纵然手机、平板处理器型号各异并且内中千头万绪，我们还是应该从大家最关心的 CPU、GPU 着手来了解。 现在情况简单多了，按照 ISA（指令集架构）划分，因为目前的手机、平板 CPU 无非是 ARM、Intel/AMD 两大阵营，潜在的还有 MIPS，不过目前 MIPS 似乎在这个领域还成不了气候，更像是一个备胎。? 如果你对计算机科学还不是很了解的话，对 ISA 这个词可能也不会很了解，虽然它经常出现在一些时髦的技术文章中。 电脑显然并不能直接明白 C、Java、Basic 这样的高级语言（虽然有人尝试过开发高级语言处理器，但是无不失败告终），搭建在高级语言和 CPU 本机代