X86靠边站 big.LITTLE佐证ARM更适合手机

    ARM公司在刚刚过去的10月份，发布了有史以来功耗效率最高的应用处理器ARM Cortex-A7，同时发布的还有big.LITTLE processing（处理），一个重新定义传统功耗-性能关系的灵活的解决方案。big.LITTLE是什么？跟Cortex-A7有什么关系？比Cortex-A15强大吗？ARM作为与Intel X86抗争的移动芯片领域灵魂，用实际行动再一次证明：只有ARM架构解决方案，才是更加适合移动智能终端设备的，Intel X86架构想要分食这块蛋糕，妄想！

X86靠边站 big.LITTLE佐证ARM更适合手机

    首先我们来看看，big.LITTLE processing到底是什么东西。2010年的智能手机市场，平板还不盛行，Android为了与iPhone抗争，不断地提升硬件配置以弥补软件的缺陷，于是到了2011年底，双核终于替代了单核。2012年，四核CPU顺理成章地出现了，但是尽管也有不少四核Android智能手机上市，但无论从理论芯片架构还是实际用户体现来说，Cortex-A9架构的四核处理器并没有比同架构的双核处理器表现出太多优势，另一方面，28纳米的高通骁龙S4 Pro芯片业受限于产能问题，迟迟不能满足供货，反倒是同样基于Krait内核、28纳米工艺打造的MSM8x30，以及入门级Cortex-A5内核骁龙S4 Play系列快速普及。

ARM架构经典/嵌入式/Cortex系列芯片（图片截取自ARM官网）

    这说明了什么问题？这说明从双核升级到四核并不存在技术壁垒，但是真正的Cortex-A15内核四核处理器并不适合于智能手机或平板，ARM在想办法解决尤其带来的功耗问题，所有ARM阵营的合作伙伴都在等待。

    终于，在所有人都期盼Cortex-A15四核处理器的时候，三星新款Chromebook却带给了我们双核Cortex-A15处理器，而且还不是智能手机。就在大家将希望寄托在明年CES2013、MWC2013的时候，ARM的新思路给了我们新的启发，它就是big.LITTLE。

big.LITTLE处理令六核、八核变得有意义（图片来自pocketnow）

    big.LITTLE处理解决了当今行业面临的一个难题：如何创建既有高性能又有极佳节能效果的片上系统 (SoC) 以延长电池使用寿命。big.LITTLE将ARM Cortex-A15 处理器的性能与Cortex-A7处理器的节能效果结合在一起，使同一应用程序软件在二者之间无缝切换。通过为每个任务选择最佳处理器，big.LITTLE可以使电池的使用寿命延长高达70%。这就是big.LITTLE processing（处理），“大big+小LITTLE”的组合。

2012年年度双核手机横评投票——MTK双核

    是不是有点疑惑，为什么ARM没有将四核直接升级到六核、甚至八核，而是间接地将两组不同内核的处理器结合在一起？我想，促成big.LITTLE processing（处理）的最关键因素，应该就是难以克服的功耗问题了。

Cortex-A7/A15之间可以高效无缝地切换工作负载（图片截取自ARM官网）

    big.LITTLE处理的设计旨在为适当的作业分配恰当的处理器。Cortex-A15处理器是目前已开发的性能最高的低功耗ARM处理器，而Cortex-A7处理器是目前已开发的最节能的ARM应用程序处理器。可以利用Cortex-A15处理器的性能来承担繁重的工作负载，而Cortex-A7可以最有效地处理智能手机的大部分工作负载。这些操作包括操作系统活动、用户界面和其他持续运行、始终连接的任务。换句话说，big.LITTLE有点类似于NVIDIA Tegra3的“4+1核”方案，是更加智能的CPU。

    很多朋友可能会想：为什么是Cortex-A7？Cortex-A7够强吗？

Cortex-A7注重能效表现/Cortex-A15适合繁重负载（图片截取自ARM官网）

    ARM Cortex-A7处理器是ARM迄今为止开发的最有效的应用处理器，它显著扩展了ARM在未来入门级智能手机、平板电脑以及其它高级移动设备方面的低功耗领先地位。Cortex-A7处理器的体系结构和功能集与Cortex-A15处理器完全相同，不同之处在于，Cortex-A7处理器的微体系结构侧重于提供最佳能效，因此这两种处理器可在 big.LITTLE配置中协同工作，从而提供高性能与超低功耗的终极组合。

Cortex-A7体系结构和功能集与Cortex-A15完全相同（图片截取自ARM官网）

    ARM Cortex-A7处理器同样基于28纳米工艺制造，同样规格（单核1GHz）的Cotex-A7与Cortex-A8（45纳米）内核处理器，Cotex-A7能够提供非常显著的能效表现。Cotex-A7与Cotex-A15支持相同的ARMv7指令集，big.LITTLE处理能够将两个不同但相互兼容的处理器结合在同一个的片上系统，并允许功耗管理软件来为每项任务选择最匹配的单个或多个处理器。而从应用软件的角度看，不同的处理器之间并无区别。两个处理器之间高效无缝地切换工作负载，是通过开发高级ARM系统IP实现的，这样可以确保Cortex-A15和Cortex-A7处理器之间完全的高速缓存、I/O的一致性。

Cortex-A7与Cortex-A15各自拥有独立的二级缓存（图片截取自ARM官网）

    Cortex-A15代表高性能，承担繁重的工作负载，却用小写字母“big”标注；Cortex-A7代表高能效，负责大部分工作负载，却用大写字母“LITTLE”突出。“大”核“小”用、“小”核“大”用这一思想的传达，是在电池问题得不到根本解决的局面下，ARM的“曲线救国”之策。

    芯片厂商的战争从来都不是兵戎相见，而是借由他人之手“借刀杀人”。ARM阵营之所以越来越兴盛，不是因为没有竞争，而是因为内部的竞争是良性的。ARM其实就像一个大管家，Cortex-A7也好、Cortex-A15也罢，都只是这个大家庭里面每个人都需要遵守的生活法则，所有的法则由大管家统一颁布。高通、联发科、TI德州仪器、三星、NVIDIA等家庭成员是比较出色的，因为他们能够在不违反法则的前提下，做得事情比别人更优秀。但这些出色的家庭成员又各有特色，高通整合能力最强、联发科性价比突出、三星优化到位......所有人的目标都令ARM这个大家庭繁荣昌盛。

目前Cortex-A7处理器已授权多家合作伙伴（图片截取自ARM官网）

    偏偏这个时候，PC领域的老大Intel（英特尔）插过来一脚，X86架构Atom处理器非要跟ARM架构的双核、四核一较高下，也许Intel可以说并非用单核去拼性能，但你无法阻止消费者有这样的行为。于是比较之下，Atom Z2460纵然有超线程、睿频这样只有在PC机上才能被提及的字眼，但实际表现并不理想，尤其是手机续航时间与官方宣传大相径庭。沉寂一段时间后，Intel再次搬出Atom Z2480处理器，依旧是X86架构，单核心主频提升至2GHz，性能跑分干掉市售所有ARM架构双核手机。Intel峥嵘显露，ARM以big.LITTLE应战。

未来的ARM架构处理器支持64位运算也是有可能的（图片截取自ARM官网）

    ARM与Intel的发展策略并就不同，前者一直专注在移动芯片领域，性能并不是终极目标，能效控制是ARM阵营每一位成员都会优先考虑的事情。与ARM不同，DIY发烧友习惯了家用220伏交流电，习惯了水冷、超频，移动设备首先要考虑的并不是性能有多强，而是在保证性能够用的前提下，电池续航有多久。Intel在CPU设计、制造方面有自己的优势，各种技术也能保证期芯片水平，所以Intel想做单核2GHz、双核2Ghz、四核2GHz都是有可能的。可ARM不同，这个大管家只颁布规则、只有交叉授权、仅仅提供参考设计，芯片最终的好坏要看各家的水准以及代工厂的流水线成品率高低，这跟Intel的“一条龙”服务确实没法比。

相比ARM来说，Intel在移动芯片领域还是靠边儿站吧！

    智能手机、平板会不会继续发展到六核、八核？ARM已经给了我们答案：是的。但big.LITTLE处理技术并没有限定必须是四核+四核的组合，大双核+小双核、大四核+小双核、大双核+小四核理论上都是可行的。ARM没有在增加核心数的大方向上动摇，更加合理地释放多核CPU的性能是ARM的选择。相比之下，2013年的Intel能够带给我们什么？双核2GHz处理器还是四核2GHz处理器？相比ARM来说，Intel在移动芯片领域还是靠边儿站吧！