跟上时代的步伐 ARM处理器迈入64位时代 - 全文

ARM公司日前宣布推出新款64位ARMv8架构ARM Cortex-A50处理器系列产品，率先推出的是Cortex-A53与Cortex-A57处理器，以及最新节能64位处理技术与现有32位处理技术的扩展升级，首批采用该架构的设备有望于2014年发货。目前，AMD、博通、Calxeda、海思（HiSilicon）、三星和意法半导体已获得Cortex-A50系列架构授权。

ARM有史以来最重要的发布

ARM首席商务官Mike Inglis在发布会上表示，“Cortex-A50处理器是ARM有史以来最重要的发布活动”。64位架构新产品的可扩展性将使ARM的合作伙伴能够针对智能手机、移动电脑、高性能服务器等各类不同市场需求开发系统级芯片。但最重要的是，Cortex-A50系列处理器所支持的ARMv8 架构还包括AArch32状态，这种执行状态完全向后兼容ARMv7架构，因而Cortex-A50系列仍然支持为ARMv7架构编写的所有软件。

整合64位技术使处理器可以更加高效地与存储芯片交互。英特尔此前已经提供这项技术，ARM也希望借此吸引更多数据中心用户的关注，并在2020年将基于ARM架构服务器的占比提升到20%。不久前，AMD正式宣布在原有X86架构处理器之外，开始设计面对多个市场的ARM架构处理器，首先供应的将是云服务器和数据中心服务器市场。产品预计2014年发货，命名为AMD Opteron，将集成AMD SeaMicroFreedom超级计算结构。

AMD、HP、Dell等主流厂商态度的转变为ARM进军服务器领域增强了信心。Mike Inglis称，Cortex-A57是ARM最先进、性能最高的应用处理器，Cortex-A53能提供与Cortex-A9相当的性能，但却是目前功耗效率最高、尺寸最小的64位处理器（比CortexA9尺寸缩小了40%）。这两款处理器可各自独立运作或整合为ARM big.LITTLE处理器架构，以结合高性能与高功耗效率的特点。而ARM的CoreLink 400与新推出CoreLink 500系列系统IP架构解决方案也支持这两款处理器。

ARM合作伙伴可借此将系统级芯片平台从单核及多核big.LITTLE移动解决方案，扩展为高性能并行企业解决方案，以优化产品灵活性及功耗效率。在此前推出的ARM Artisan物理IP及POP IP内核硬化加速技术、先进互补型场效应晶体管（CMOS）与鳍式场效应晶体管（FinFET）制程技术的支持下，Cortex-A57与Cortex-A53处理器可提供数GHz级别的性能。

按照ARM给出的产品规划，未来智能手机方案可采用2/4核A53，超级智能手机（以三星Galaxy SⅢ和iPhone 5为代表）/平板电脑（双核A57或2/4核A53），移动电脑（4核A57+4核A53），服务器可拓展至16核A57芯片。20nm A50系列产品2013年生产，FinFET产品2013年流片，由台积电（TSMC）提供早期实现帮助。

为什么需要64位？

“长远来看，从32位向64位演进，这个事情迟早都会发生。”Mike Inglis说，PC市场花了八年的时间从32位过渡到64位，他相信手机或者移动市场转变会快得多，但是也不会一蹴而就。在Mike Inglis看来，由于网络设备和网络应用领域传统是以64位进行开发，再加之智能手机内存的不断扩大也对64位提出了更多要求。另外一个原因来自于OEM厂商，“他们希望提供的产品能够覆盖到从手机、平板、普通电脑和服务器，并在其中实现软件的一致性和统一性，所以也会对64位有一个大的需求。”

ARM中国区总裁吴雄昂认为，ARM架构的独特之处在于能够横跨从微型传感器到大型基础设施设备的整个领域。ARMv8是在行业标准的32位ARM架构上进行开发的，将基于ARM处理器的解决方案延伸至对扩展虚拟地址和64位数据处理技术有更高要求的面向消费者和企业的应用领域。

配合ARMv8架构的推出，ARM与ARM合作伙伴社区（ARM Connected Community）成员正在努力确保一个强大的设计生态系统来支持64位指令集。自2011年10月ARMv8架构推出以来，ARM编译程序（ARM Compiler）与ARM快速模型（Fast Models）便开始对其提供支持，并在Cortex-A50处理器系列开放许可后获得了大量应用。目前，该功能又加入Development Studio 5（DS-5），使裸机与Linux纠错功能更加完整。此外，开源操作系统、应用程序与第三方工具也正在开发当中，这是对支持现有ARMv7架构设备的广泛生态系统的自然扩展。

更新换代太快，你跟得上吗？

移动行业发展步伐之快常常令人始料不及。18个月前，第一款基于双核ARM Cortex-A9处理器的智能手机正式发布，为智能手机性能带来了巨大的提升。随后，多核技术在所有智能手机和高端设备出货量中占据了超过 40% 的份额，而且四核解决方案已在部分最高性能平台上得到应用。同时，基于Cortex-A15处理器的移动设备（三星Chromebook、谷歌Nexus 10等）平板也陆续进入市场，将性能水准提升了一倍之多。明年，big.LITTLE处理技术将会问世，可为平台供应商提供一种帮助其提升性能和降低能耗的新工具。

会不会有客户抱怨ARM产品更新换代速度太快，导致自己完全跟不上行业发展的脚步？对此，吴雄昂解释说，尽管看起来我们推出新产品的速度比较快，但这个问题并不能这么简单的看。ARM有A、R、M三个完全不同的系列，以及图形产品Mali系列。从最流行的Cortex A系列来看，A9推出两年半之后推出了A15，完全符合手持类消费电子产品更新周期。

吴雄昂强调说，ARM推出尖端技术的节奏与合作伙伴的产品开发计划是完全吻合的。他特别提到了首次出现在ARM第一批授权名单里的海思半导体，“海思是个非常好的例证！从最初在机顶盒方面的合作，到现在的网络系统、数据中心产品，正是以海思为代表的合作伙伴多样化的产品需求，推动了ARM的产品研发。有时候，我们能够听到客户更多的抱怨反而是研发进度过慢而不是过快。”

ARM处理器部门负责Program Management的总监John Goodacre日前撰文称，正是AArch32和AArch64这两种处理器执行状态的融合，使得ARMv8成为倍受业界关注的架构。他解释称，从以往来看，当处理器架构要支持64位处理时，通常在以下两种演进方式中二选其一：创造一个全新架构，摒弃所有高效传统模式；或在现有32位架构的基础上添加64位处理功能，导致复杂性提高而且低效。而ARMv8的优势在于既可支持性能出众的传统模式，又采用全新64位设计，可以最大程度地提高两种状态的功效，同时还为软件提供渐进式路标图，从而按市场要求的步调采用新功能。

然而，操作系统“内存不足”很可能是移动设备在64位支持方面遇到的第一个问题。John Goodacre解释，ARMv8 架构采用了简易合理的方法，允许操作系统在AArch64的64位虚拟地址模式下运行，而用户应用仍可在AArch32状态下运行。这使解决方案能够做到两全其美：既可运行无限数量的完全性能32位用户应用，同时又能使操作系统在ARMv8设备上的AArch64位模式下高效运行。