我們總是希望掌中的智能手機(jī)和平板電腦可以流暢地顯示動(dòng)畫(huà)特效、迅速地對(duì)用戶(hù)的操作做出反饋。實(shí)現(xiàn)它的前提條件是擁有一顆性能強(qiáng)勁的CPU，但是很多Android平板電腦卻無(wú)法滿(mǎn)足條件，不管是安裝了Android 3.0或者4.0系統(tǒng)，在使用過(guò)程中我們總是會(huì)明顯地感受到操作延遲和界面不平滑的過(guò)渡。不得不承認(rèn)，ARM是移動(dòng)處理器領(lǐng)域事實(shí)上的壟斷者，當(dāng)前幾乎每臺(tái)主流移動(dòng)設(shè)備都采用了ARM提供的CPU設(shè)計(jì)方案。從蘋(píng)果、英偉達(dá)到三星、高通和德州儀器（TI），所有的芯片制造商都需要從ARM公司獲得CPU設(shè)計(jì)授權(quán)。近兩年來(lái)，雖然SoC芯片層出不窮，但是CPU設(shè)計(jì)架構(gòu)并未升級(jí)，一直是基于ARM的Cortex-A9架構(gòu)。

與此相對(duì)的是，移動(dòng)設(shè)備的性能需求卻不斷提高，現(xiàn)在它們需要驅(qū)動(dòng)顯示分辨率更高的屏幕、播放碼流更高的高清電影以及運(yùn)行更復(fù)雜的游戲。ARM的新架構(gòu)設(shè)計(jì)——Cortex-A15將會(huì)滿(mǎn)足這些需求。從下半年開(kāi)始，大部分芯片制造商都會(huì)量產(chǎn)基于Cortex-A15的SoC芯片。在新的Cortex-A15架構(gòu)上，ARM打破了一些Cortex-A9遇到的瓶頸，例如由于更強(qiáng)大的浮點(diǎn)運(yùn)算被集成到了Cortex-A15的流水線中（見(jiàn)左圖，在上一代的產(chǎn)品中浮點(diǎn)運(yùn)算的單元是可選的），所以動(dòng)畫(huà)中的丟幀現(xiàn)象將成為歷史。

高主頻和長(zhǎng)流水線

流水線長(zhǎng)度是每個(gè)處理器架構(gòu)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵，它決定了每一個(gè)運(yùn)算周期內(nèi)CPU可以處理的操作類(lèi)型和數(shù)量。Cortex-A15的流水線提高到了最大24級(jí)，在數(shù)量上是A9架構(gòu)的兩倍。同時(shí)時(shí)鐘頻率最高可支持2.5GHz，從而保證了延長(zhǎng)的流水線可以更高效、快速地執(zhí)行運(yùn)算。這種加速隨著芯片制造商將CPU工藝從40nm提升到28nm而成為可能。在更小的體積下，制造商可以在保持功耗不變的情況下提升芯片的時(shí)鐘頻率。流水線的長(zhǎng)度決定了從加載（Ioading）和解碼（decoding）到運(yùn)行一條命令所執(zhí)行的操作數(shù)量。如果一個(gè)CPU在更長(zhǎng)的流水線上執(zhí)行更高效，就能支持更多的并行命令數(shù)?，F(xiàn)在，Cortex-A15的最少流水線是15級(jí)，這就意味著在全負(fù)荷的情況下，它在每個(gè)時(shí)鐘周期至少可以運(yùn)行15條不同的命令。

ARM開(kāi)發(fā)的Cortex-A15是個(gè)高性能、低功耗的處理器架構(gòu)。在40nm制作工藝下，與28nm工藝的A9具有同樣的功耗。ARM提供了一些進(jìn)一步降低功耗的建議，其具體內(nèi)容可以在ARM提供的新架構(gòu)說(shuō)明文檔中找到。

挑戰(zhàn)PC處理器

擁有2.5GHz的頻率，Cortex-A15的算術(shù)運(yùn)算性能不限于僅僅滿(mǎn)足智能手機(jī)和平板電腦的需求。盡管它無(wú)法與英特爾的移動(dòng)版Ivy Bridge甚至Sandy Bridge處理器相抗衡，但是它足以驅(qū)動(dòng)中低端的筆記本電腦。而且ARM架構(gòu)的處理器有更低的功耗，每個(gè)核心功耗約為1.0W～1.6W?；贑ortex-A15芯片的筆記本電腦可以實(shí)現(xiàn)與主流平板電腦相當(dāng)?shù)碾姵乩m(xù)航時(shí)間，比同體積采用英特爾或AMD處理器的機(jī)器多出幾個(gè)小時(shí)。同樣，在微型服務(wù)器領(lǐng)域，處理器并不需要執(zhí)行過(guò)多的密集型運(yùn)算。Cortex-A15核心支持ARM開(kāi)發(fā)的高級(jí)微控制器總線架構(gòu)協(xié)議（Advanced Microcontroller Bus Architecture，AMBA），總線寬度為128位，是A9架構(gòu)的兩倍。這保證了處理器核心之間能實(shí)現(xiàn)更直接和快速的數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，由于A9架構(gòu)僅支持最大32位的地址總線長(zhǎng)度，所以最多只能支持4GB的內(nèi)存，就像32位的Windows系統(tǒng)一樣。但是Cortex-A15支持40位的地址總線，最大支持1TB的內(nèi)存。不難發(fā)現(xiàn)，新ARM芯片的性能已經(jīng)可以滿(mǎn)足微型處理器的需求，應(yīng)用在中低端的上網(wǎng)本上自然也不在話(huà)下。

Cortex-A15架構(gòu)的藍(lán)圖

幾乎在目前市面上所有的智能手機(jī)和平板電腦中都可以找到采用ARM架構(gòu)的CPU。芯片制造商例如三星和英偉達(dá)需要獲得ARM的授權(quán)才能進(jìn)行移動(dòng)處理器的制造。目前，旨在取代現(xiàn)在的Cortex-A9架構(gòu)平臺(tái)的Cortex-A15平臺(tái)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。

新一代移動(dòng)處理器

高通的驍龍（Snapdragon）S4處理器是第一款基于Cortex-A15架構(gòu)的產(chǎn)品，HTC One S手機(jī)中采用了這款處理器。德州儀器（TI）的OMAP 5和三星的Exynos 5250也將在2012年下半年正式上市。英偉達(dá)將在2013年用Cortex-A15架構(gòu)的Tegra 4取代目前的Tegra 3，另外，蘋(píng)果也將在新一代的iOS設(shè)備中采用基于Cortex-A15架構(gòu)的A6處理器。

全新架構(gòu)

Cortex-A15的時(shí)鐘頻率將增加到1.5GHz～2.5GHz。因此就需要更長(zhǎng)、更靈活的流水線來(lái)處理命令。因?yàn)榱魉€的長(zhǎng)度決定了每個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行的并行操作數(shù)量（見(jiàn)右側(cè)示意圖）。

代碼加載更快速

在流水線的前半部分，命令會(huì)按照加載時(shí)的次序進(jìn)行順序處理。解碼器將長(zhǎng)命令分割為短的指令。Cortex-A15可以發(fā)送3個(gè)并行指令，而A9為兩個(gè)。另外，A9缺少循環(huán)緩沖模塊。總之，A9的流水線6級(jí)可用，Cortex-A15為12級(jí)。通常一條指令會(huì)占用一級(jí)流水線，然而也有很多指令需要占用多級(jí)流水線，例如Fetch指令。

并行計(jì)算

完成調(diào)度之后，流水線將會(huì)進(jìn)入亂序執(zhí)行狀態(tài)。處理器可以重新分配命令的優(yōu)先級(jí)，保證更高的執(zhí)行效率。Cortex-A15支持8個(gè)并行的算術(shù)運(yùn)算，這是A9的兩倍。此外，在新架構(gòu)中浮點(diǎn)運(yùn)算不再是可選項(xiàng)，而是集成在處理器架構(gòu)內(nèi)部，并且性能翻倍。