技术文小白亚历山大 只是告诉你苹果iPad Air有多强(超多图)

【A7处理器架构再探:竟有“三级缓存”】

自从iPad 2之后,这是苹果第一次在三款设备内使用同样的处理器、协处理器,A7、M7横跨了iPhone 5S、iPad Air、iPad mini 2,编号均为S5L8960X,无论CPU核心、GPU核心、内存带宽都是一样一样的。

A7是第一颗64位的移动处理器,架构代号“Cyclone”(苹果基于ARMv8指令集自行开发而来),集成两个CPU核心,每个核心64KB一级指令缓存、64KB一级数据缓存,两个核心共享2MB二级缓存。

从A6 Swift开始,苹果就基于ARM指令集自行设计CPU架构,而且出手就表现不凡,那么这一次,A7 Cyclone又是怎么设计的呢?遗憾的是,苹果从来不公开这方面的细节,A7仍然蒙着神秘的面纱。一度我们认为它不过是A6 Swift(苹果的ARMv7)的进化版而已,毕竟你设计了一个CPU,没必要马上抛弃重新来过。

但我们再次低估了苹果。

iPad Air完全技术评测:最强平板 没有之一

首先我们想知道的是,A7 CPU的发射宽度是多少?A6的时候,可以从苹果公开的LLVM文档中轻易获悉三宽度的信息,不过呢,尽管每个时钟周期都可以解码、发射、收回最多三个指令,大多数情况下更像是双发射的,浮点、整数代码混合的时候甚至像1.5发射。事实证明,A6的架构设计很成功,面对高通Krait 300也不落于下风。

A7呢?就目前看来,峰值发射宽度达到了六!也就是相当于A6、Krait的两倍,混合不同指令的时候更是能有三倍。

浮点、整数的共同发射局限也基本不存在了,可以并行发射最多四个整数加法、两个浮点加法。每个时钟周期还可以执行最多两个载入或者存储。

执行端口的数量和分布仍不清楚,但是看上去A7已经是最宽的ARM架构了,甚至比高通Krait 400、ARM Cortex-A15都要宽。 

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之前的分析曾经提到A7大大缩短的内存延迟、大大提高的内存带宽,但还有更重要的一点:更大的系统级缓存。

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这是Chipworks是公布的A7内核模块分布图,注意右侧的SRAM。它的容量有4MB,最初以为是给ISP(图像信号处理器)用的,但结果发现不止如此,某种程度上可以视为“三级缓存”。

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这是单个核心情况下的内存延迟、传输尺寸对比图。注意看,1-4MB区间的延迟不高也不低,再考虑到A7的二级缓存还是1MB,这就很明显了,4MB SRAM充当了缓存的角色,虽然赶不上二级缓存,但总比主内存快得多。

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这是内存带宽和传输尺寸的对比图,1-4MB区间内同样是个比较高的水平,甚至超过了10GB/s,iPad 4此时已经完全是主内存的事儿了,只有不到5GB/s。

上边说的还是单个核心的情况,而A7是双核心的,所以1-4MB期间的实际内存带宽能有20GB/s,而峰值可以达到80GB/s!迄今为止,还没有其它ARM架构处理器能做到这一点,只有Intel可以。

不过,这毕竟不是“专业”的三级缓存,比如在其间的查询就不是和主内存请求并行的,并不能完全解救内存延迟。

另外,它对GPU访问的影响还在研究之中,不过至少可以释放更多的内存通道给GPU,而且看上去某些图形请求也能在这里缓存,并支持根据运行应用类型的不同进行智能分配。

 

【A7 CPU运行频率;平台功耗】

尽管都是A7,但毕竟设备环境不同,iPad Air、iPhone 5S里的A7仍有一些明显地差异,首先就是主频从1.3GHz提升到了1.4GHz,也就是加高了7.7%,这很好理解。

但是不知为何,iPad Air A7所能实时处理的指令也要比iPhone 5S里的多出来超过20%,反复测试均是如此。怀疑苹果在固件、微代码上的设置有所不同,甚至可能是不同的内核修订版本?

第三,也是变化最大的。平板的散热空间自然要大于手机,实际运行频率也要更高。以下是在同样条件下对iPad Air、iPhone 5S的拷机测试结果:

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iPhone 5S最初两分钟的实际频率在1.4-1.5GHz之间,之后就跌落到900MHz-1GHz左右,基本就在这个档次上徘徊。别小瞧了头两分钟,拷机测试里能这么久坚持高频率运行对手机来说是非常不容易的,因此在日常使用中,iPhone 5S完全可以一直跑满1.3GHz。

iPad Air就放开得多了,最初就有1.5-1.6GHz,之后虽然不断慢慢下降但很不明显,直到十几分钟后依然跑在1.4GHz左右,测试结束的时候也有大约1.2GHz,此时性能可以领先iPhone 5S 40%之多

电池续航能力是对平台功耗的最直接反应,不过在那之前,我们要来看具体会耗多少电,虽然只是初步的粗略测试。

一方面,A7使用了新的28nm工艺(A6 32nm);另一方面,新的CPU、GPU无疑功耗都会更高。究竟哪方面影响更大呢?当然,这不仅仅涉及处理器,还有其它零部件,尤其是屏幕。

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测试启动之前就开始记录了,好顺便看看待机功耗,结果iPad Air只相当于iPad 4 72%左右。

而在测试负载期间,iPad Air、iPad 4的功耗都在7W左右,不过前者性能强得多,只用不到后者一般的时间便完成了测试,结果自然能省电很多。

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不过在最大功耗方面,iPad Air已经接近了12W,iPad 4则还不到8W,当然这是一种极限情况,尤其是CPU跑满的时候,实际应用、游戏里没这么高。事实上,跑图形要求最高的GFXBench 2.7 T-Rex HD,平台功耗也才大约6W,《无尽之剑3》等游戏里更是不到5W。

 

【CPU性能实测:天下无敌 Intel也拜服】

以下成绩就不一一解释了,总而言之一句话:ARM架构的处理器世界里,A7的性能绝对是卓尔不群的,只有T4偶尔能靠近一下;Intel新架构的Bay Trail-T同样也完全不是对手。

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作者:丨丶灬折腾ゝ

要在这行混,有些话必定不方便直说,我用过的平板哪款感觉比哪款好,心里有底。希望大家可以理解有些很隐秘的词,选购平板不要盯着广告和价格。

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