苹果A7处理器是怎样用双核击败八核的

实际上，苹果A7处理器选择的是消耗Cortex A15两倍的资源，去实现一个单线程好于Cortex A15 50%-70%的设计。这样的选择是基于IOS系统的需要——iOS是一个对于后台任务限制很严格的系统，同时也是一个高度私有化、高度优化的封闭体系，在这样的体系里苹果认为单线程性能更加重要一些，因此作出了这样的选择。

　　而Android是一个允许后台程序随意执行和切换的开放系统，在这样的系统下对于并行度的需求要明显高过IOS，所以Android走上了多核心 之路，而IOS坚持大核心战略。这样不同的需求决定了不同的设计风格，自然也导致了在不同的测试条件下拥有不一样的表现，而这一切本质上都是正常的：在相 同的半导体工艺环境下，没有任何人用更少的代价实现了更多的性能，这一切只是取舍。

　　那么，谁的设计更先进，或者说代表了谁的思路更正确？要回答这个问题，你可以假想自己是一个建筑设计师。你手头有100吨混凝土，你是用它去造两间80平米的大客厅，还是用它去造10个20平米的小居室？答案当然是“取决于要求”。

　　如果是土豪拿来当家庭影院，显然你要把房间造得大一点；如果你要将房子出租给大学生，房间自然是小一些、多一些为妙。嗯，现在我是甲方，我命令你在这两个设计中选择一个更“高级”，更“先进”，或者更“正确”的进行设计，你的答案是啥

Susie花开 发表于 2013-9-25 15:08
坐等苹果消失那一天 紧紧因为果粉的各种表现

Exynos 5 Octa：哪儿来的八个核心？

在这个PC都没普及八核心的年代，手机和平板居然闹着 要上八核心，这的确是一件让人匪夷所思的事情。真有那么大的性能需求，让手机连四个核心都不够用，非要上八个？当然不是这样。Exynos 5 Octa虽然号称八核心，但实际上是由两组四核处理器组成的，一组是四核Cortex A15，一组是四核Cortex A7，利用ARM最新发布的CCI-400连在一起工作。为什么要这么费劲，归根到底一句话，Cortex A15实在是太太太太费电了。其实费电倒不是什么问题，降频就是了，问题是Cortex A15吃掉的电力远远大于输出的性能：在32nm HKMG工艺下一颗1.5GHz的Cortex A9只需要大约450mW的功耗，但是Cortex A15一下子蹦到了2W左右，足足翻了四倍还不止——性能提升可远远没这么多，充其量也就是两倍了不得了。这样的东西别说给手机用，即便是给平板都显得很 没竞争力，别忘了那厢的Intel可虎视眈眈呢，SoC化的Atom在能耗比上居然已经超越了曾经以省电著称的ARM，配上X86架构兼容和30年来海量 的应用资源（跑步跑得动另说），Cortex A15可谓鸭梨山大，平板不够强，手机不够省。所以ARM才捣鼓出这么一个叫big.LITTLE的技术，额外设计一个性能差但是很省电、架构又完全兼容 的Cortex A7，把它和Cortex A15两两配对，需要高性能的时候开启A15，不需要的时候开启A7，取长补短，又强大又省电，看起来忒厉害。Exynos 5 Octa就是第一个实现了这个技术的处理器。

那这能叫八核处理器嘛！

说的也是，高负载开A15，低负载开 A7，这就像干活用电脑，上网用平板，两个东西又不能结合起来用，叫双核不是拿人开涮吗？别急，在这点上可以说三星也没完全忽悠我们。虽然 big.LITTLE技术主要的设计目的是在不同的负荷下启用不同的核心组，实现功耗和性能的最优化配置，但是这个技术还有第二个工作模式，那就是让两组 处理器同时开启，用异步非对称多处理器模式组成一个整体，让比如说轻负载的线程跑在A7上，重计算的线程跑在A15上。怎么样，这就是货真价实的八核了 吧？虽然必须承认的是，这种模式很显然是不可能在手机上用的（两组核心加起来功耗铁定破10W，哪怕电池撑得住，外壳也受不了），所以虽然八核心不算是胡 扯，但至少也是个大忽悠。高通可能就是看不爽这一点才嘲讽的。

那这就是个完美的设计咯？

商业世界，你要是相信 厂家的PPT，年可是都会过错的。换了你你也会拼命吹嘘技术美好的地方，之于不怎么美好的地方嘛……反正只要让你掏了钱，剩下的就不重要了。 big.LITTLE技术的实际远不如看起来那么美好，问题的关键就在于切换这个过程上。把正在运行的系统和程序从一个CPU完整的转移到另外一个 CPU，不是一个想象中那么简单的事情，这涉及到处理器电源状态的切换、内部所有私有状态的复制和转移、部分内存数据的更新，有可能还要涉及到中断系统， 而且还不太方便做到对上层代码透明。在ARM的设计中，大小组的切换需要用到额外的指令，需要系统告诉CPU“该切换了”才可以执行（似乎nVIDIA的 vSMP就可以做到全透明，但好像代价是两组处理器必须完全一样），这需要对系统核心做出修改才能实现。而且一个CPU不论是打开还是关闭，都需要时间， 这也就必然会导致切换指令发出以后，需要等待另一个CPU就绪才可以开始切换，这会导致不小的开销。当然，设计这套系统的ARM不可能不考虑这些问题，因 此在一个CPU收到切换指令以后，实际上并不会立刻把自己冻结，而是再发一个指令告诉即将切换的那个CPU首先启动，然后一边运行代码，一边等待另外一个 CPU就绪，当一切搞定以后，再进行状态复制等操作。因此，ARM声称，一次切换的时间损失在频率为1GHz的时候大约只有20微秒，这足以让两组CPU 在一秒内切换1000次以上，依然无法让用户察觉。

到现在为止一切看起来都还很美好，但残酷的现实来了：状态切换不包括L2数据的复制，而 由于L2缓存在A15和A7的系统中都是紧密耦合的，因此不可能做到共享，那么只有两个选择：在切换的时候通过CCI400将L2数据复制一次，或者干脆 丢弃所有的L2内容。第二种看起来显然不是什么好主意，但可惜的是第一种也不是：如果我没记错，复制一次L2缓存耗时大约20毫秒——比切换开销大了3个 数量级。这就意味着如果这套系统真要在实际工作中发挥出应有的效能，那么就必须要频繁切换，而频繁切换的结果是L2缓存成为废物，结局就是性能一塌糊涂。

所以……

可 以这么说，与普通的四核Cortex A15处理器相比，big.LITTLE的引入的确让Exynos 5 Octa可以塞进手机，只是不出意外它会彻底变成一颗四核A7产品——MTK6598么？不过对于一些人和绝大多数厂家而言，这样也就够了，毕竟它们需要 的只是八核的幌子。而面对用户的质疑，它们会说“我这是为了你的用户体验，你希望手机和锅炉一样吗？”于是用户掏了四核A15的钱卖到了四核A7的产品， 厂家又卖掉了大把大把的硅片，皆大欢喜，皆大欢喜，不是吗？

好吧，那看来还是高通好。

看过了三星，你可能会觉 得雅各布说的果然没错嘛，高通果然还是很站在用户角度思考的啊，三星你这完全就是坑爹，手机要那么多核心干什么？我还是买高通好了，那么强大的 Krait，四个核心还不费电，真不错这下我可以开3个QQ和美女聊天了……如果你这么想，恭喜你，你又被高通忽悠了。虽然嘴上高通嘲讽三星嘲讽地头头是 道，但实际上高通做的也没比三星更高明多少，或者说，这几年来最大的忽悠一直是高通。

问问你：手机要多核心干啥？

这还不简单吗？当然是为了多任务啊！君不见Android身为一个真·多任务的系统，无时无刻都有好几个程序在前台后台的跑，至于IOS什么的@＃@￥＃￥％！＃￥……

没 错。我们要多核处理器，自然是为了多任务的，毕竟谁没事干成天用手机去算Linpack或者折叠蛋白质呢？于是最大的问题就来了，高通的多核心处理器，真 的有对应的多任务性能吗？这就必须再一次把高通“引以为豪”的异步多核心架构拿出来再鞭一次尸了。众所周知异步电路的好处就是可以跑不同的频率，但是问题 来了：高通的异步架构，随着核心数量的增加，提升的只是CPU的绝对运算性能，并不会同比提升CPU的吞吐量，这就导致了一个问题，如果运行的都是没有多 少计算量，而偏重于IO的任务，那么不论有多少个核心，性能都和一个核心没什么两样——不幸的是，手机里恰好几乎都是轻计算重IO的任务，除了 Benchmark以外。

所以很多购买了高通CPU手机的人都会感觉，为什么我手机跑分那么高，世界第一，用起来却还是不太流畅，尤其是在 多个APP之间切换或者游戏载入呢？很简单：虽然你有四个核心的运算量，但只有一个核心的吞吐能力，要知道不是所有的内存操作都可以用DMA完成，这时候 的瓶颈就是吞吐量，有多少个核心都白搭——得不到数据，CPU只能等待，流水线只能空转，虽然高通的异步技术可以让这个时候的CPU降频使用，但这实在是 让人觉得像是先打你一巴掌再给你揉揉——搞个四核当单核用，这不是有必应（误）那是有啥？

光说不练自然不行，好在已经有测试可以验证了。兔 子跑分在一项没有公开的测试中使用了Nexus 4和Nexus 10进行对比，结果是在纯粹的计算性能上，拥有四个Krait核心的高通APQ8064，性能完胜拥有两个Cortex A15核心的Exynos 5 Dual，领先幅度大约有5成：



但是在多任务测试中，情况却完全逆转，拥有四个核心的Nexus 4居然只比拥有两个核心的Nexus 10的一半快一点：



四核只比双核的一半快一点是什么意思？那就是说四核Krait的多任务性能也就只比单核A15强一点而已。这就回到了第一个问题：如果四核的多任务性能只有单核水平，那我要四核干什么，我又不是职业跑测试的对不对。

至 于Krait核心自己，一开始高通各种暗示是Cortex A15级的产品，后来忽悠不过去了就绝口不提了，事实上Krait除了vFPv4带来的浮点性能领先以外，并没有比Cortex A9强多少，最多强三成，但是功耗却几乎是Cortex A9的两倍——虽然这是因为工艺烂，但谁叫你有好工艺不用呢？毕竟我们看的是产品。所以这次虽然在CES 2013上带来了号称性能提升75％的新Krait 800系列，但只要高通一天不解决异步吞吐问题，再强也就是个单核。

写在最后

虽 然高通讽刺三星看起来大义凛然，但实际上两家都没做到站在体验上说话。一个做的是四核性能的八核，另一个做的是单核性能的四核，可谓天下乌鸦一般黑，谁都 没好到哪儿去。那么到底怎样才是站在用户角度说话呢？很简单，让用户付出的每一分钱都能得到对应的体验，这才是站在用户角度。用户不需要最高的跑分，用户 只需要最流畅的使用；用户希望做到以前做不到的事情，用户不希望手机像个火炉一样用两小时就没电。手机产业的核战争，看起来轰轰烈烈，现在走在大街上没个 四核手机都不好意思说自己是发烧友，但究竟有多少四核手机的性能是用户能用上，敢用上的呢？这个问题恐怕绝大多数消费者都没想过。其实，如果你现在的手机 里有因为功耗或者续航或者架构原因而用不到的性能，那么这部分性能就永远也用不到——别认为虽然用不到，但今天购买一个四核手机可以让我三年不淘汰，等到 三年后真需要用到四核的性能了，看到人家1x纳米工艺的新手机轻松跑出你两倍的性能还只有你一半的耗电，你难道还认为自己三年前的那笔投资物有所值吗？

好好想想吧，核战争、性能战争、配置战争，究竟有几个是真正有意义的，我们为产品内每一个部分付出的每一分钱，究竟有哪些是真正能感受到的？只有想通这个问题，这个可以说变态的时代才有救。