ARM的A/R/M设计目标：适合的处理器来执行对应的任务

　　*Cortex-A73是继今年Cortex-A72之后的ARM旗舰级的产品，之前旗舰级从Cortex-A15到Cortex-A57到Cortex-A72都是Austin(奥斯汀)架构，Cortex-A73是采用了和Cortex-A12、Cortex-A17一样的Sofia(索非亚)架构，这是为什么，是否意味着Austin到了性能极限?

　　其实，ARM有很多设计中心，比如在奥斯汀、索非亚，还有剑桥，还有法国，还有其他地方很多的设计中心。处理器这块我们确实是有一些分工的，所有的小核都是在剑桥设计的，在大核这边，我们是由奥斯汀和索非亚两个团队分别设计的，他们之间有很多共享的团队交流，所以不存在极限这一说法。

　　* 未来Cortex-A73在10nm的工艺下会突破3GHz吗?

　　理论上是没有问题的。但是我们现在看到客户做到2G，至于客户会不会从2G一直往上提升到3G，甚至超过3G，还是要看客户的设计。

　　* 对于数据中心，ARM如何看待的?

　　实际上一直有在做，海思、NXP等有非常多基于Cortex-A72的产品出来。在数据中心这块更多地是看计算密度。在服务器里，在流水线的升级里面，能够放更多处理能力的核。此外，数据中心考虑更多的是功耗，在同样的功耗范围内ARM有更多的核和更好的处理能力。在数据中心，现在可以做到48核左右。

　　以前在数据中心有准入门槛，或者是很困难的，主要困难在软件即生态系统这部分。现在ARM在服务器、软件上的生产已经非常成熟了，现在这个限制已经不存在了。

　　* 对于数据中心，现在Cortex-A72比Cortex-A73更有优势?

　　答案是肯定的。因为首先Cortex-A73没有AMBA5 CHI，不支持更多的Cluster。还有一点是Cortex-A73里面不支持ECC，ECC在服务器的标准里面，在可靠性方面也是非常重要的。

Cortex-R关注实时

　　Cortex-R处理器从架构上看也有非常丰富的指令集的，包括处理器浮点运算SIMD(NEON)。Cortex-R处理器现在只是支持AArch32，并没有支持AArch64。Cortex-R处理器和Cortex-A处理器不一样，并没有极致地追求单线程性能，而是关注实时性，以及能够执行、完成安全性的一些特定功能。

　　Cortex-R处理器主要集中在代码密度的优化上。在Cortex-R里有很大一部分性能跟I/O以及flash相关，在这方面也是做了很多的优化。同时，Cortex-R也支持紧耦合的缓存，这对实时性也非常有帮助。

　　跟Cortex-A处理器的很多应用不一样，Cortex-R处理器侧重于实时性以及安全性，更多地应用在IoT、基带的调制解码器、存储、汽车以及工业控制等方面。Cortex-R的确定性执行、实时性以及安全性的特征，都非常适合这些领域。

　　Cortex-R8是今年(2016年)发布的一款处理器R8(图5)，相信不久之后会看到基于Cortex-R8的基带芯片。

　　跟Cortex-A系列不同的是，Cortex-R有很多针对存储的优化。比如TCM的，在外设接口这边，有AXI-S和AXI-M接口以及低延迟外设接口，以及低延时的内存接口。

　　Cortex-R8还支持紧耦合缓存。TCM对确定性的执行有非常大的帮助的，也保证了实时性。

　　Cortex-R8可以支持到4核的，它是超标量乱序执行的处理器，它有11阶流水线，并且有浮点运算单元，支持单精度和双精度的浮点。和Cortex-A不太一样的是，Cortex-R集中在确定性的执行以及实时性方面。

Cortex-M及热门问题

　　跟Cortex-A和R不一样的是，M系列主要是面向代码密度以及低功耗的微控制器市场(如图7)，所以并没有像Cortex-A和R那样有丰富的指令集。所有Cortex-M系列的处理器都是面向最低功耗的，都是按序完成的流水线。Cortex-M处理器也有非常丰富的可配置性，有些处理器可选浮点运算单元。作为可选，能够达到好的功耗以及好的面积。

　　Cortex-M系列的处理器可以实现超高的能效比，应用于超低功耗的IoT的MCU，也可以用于移动市场sensor hub这样需要很高性能的市场。

　　以Cortex-M7为例，Cortex-M7甚至比Cortex-R有更丰富的接口，所有刚才指的这些都是可配置的。如果你需要，就可以把它放到那里，不需要就可以把它移掉，像一些TCM等配件。也可以根据需求做到最优化的Cortex-M的处理器。

　　Cortex-M7是M系列里性能最高的处理器(如图7)，也支持缓存的TCM等。当然也可以把这些去掉，得到更好的面积和功耗。Cortex-M系列也支持比较高的安全性功能，这边可以看到ECC就是来支持安全性功能。

　　一些热点问题如下。

　　* Cortex-M7比Cortex-M4功能强多少?

　　实际上，Cortex-M7比Cortex-M4的性能有大概40%的提升。DSP是双倍的性能提升。

　　* 很多MCU厂商认为今年的市场Cortex-M4会是主流，从ARM角度看，Cortex-M7什么时候会成熟?

　　ARM认为现在Cortex-M主要还是在中低端的市场，但我们看到市场会对DSP有很高的需求，当有高性能需求的时候，Cortex-M7市场会有一个比较大的增长，比如高频音频和视频市场的增长。

A/R/M热门问题

　　*A系列(SW managed interrupts)和R系列(Determinisitic SW managed)是属于软件的关联的部分，M系列(HW managed interrupt)是面向硬件的管理，为什么会有这样的差别?

　　因为Cortex-A的软件管理意味着你在操作系统的层面上更好的管理，你可以管理这些终端的硬件，Cortex-M系列所有这些事情都是自动完成的。

　　*经过这么多年，ARM架构一直在提升性能，降低功耗，架构的每次创新功能都持续的改进，未来持续的创新最高级别能到什么程度?可能需要几年?这个架构会有什么新的改变?

　　目前还没有看到这样一个极限。从生产工厂这块来看，在未来5年还是在不断演进的，它的工艺目前也是从10nm到7nm不断的演进。借助这样的工艺条件，我们的处理器也可以有更多的空间提升它的性能，做更多的优化。从另外一个角度来讲，我们也可以看到会有一些新的功能、新的要求在里面，前面已经讲到了，在架构这方面，我们从ARMv8.0到8.1以及8.2，以及还会看到更多的架构上的演进。另外还有系统上的优化，其实ARM有很多系统级的优化，所以多方面综合来看，还有很多事情可以做，我们也会一直持续地做创新以及优化。

　　*ARM有很多产品，定义一个IP的时候是基于什么考虑?

　　一个原因是市场扩展的需求，例如以前看到了64位市场是很大;另外面向新市场，比如网络市场、企业级市场。再有，从功能角度也会有一些提升，要看这个提升是较大还是较小，会据此决定是否需要新的设计。还有一个原因是在性能方面的提升，根据这个市场上的用户体验是否对这个性能有较大的需求，会在性能上做一些优化。还有就是在新特性上，如果有比较多的新特征，ARM会针对新特性做新的处理器，举个例子，面向ADAS市场，它对安全性的需求非常高，需要满足ASL标准，为了支持更多核的方式，ARM也会有一些新的设计。

小结

　　ARM处理器的主要目的就是对正确的任务设计正确的处理器，在每个架构里面都有一些独特的处理器来覆盖这样的一些市场。(注：本文根据ARM Tech Day上录音整理，未经讲演者确认。该活动由ARM公司主办，2016年6月16日，北京)

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第7期第30页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。