ARM Cortex A8A9以及高通Scorpion处理器详解.docx

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ARMCortexA8A9以及高通Scorpion处理器详解

1.一些背景介绍

1.1ARM核心

ARM核心是主控SOC中的重要部分，系统的日常应用都由ARM核心来完成，因此ARM核心的效能很大程度上跟用户体验有关。

ARM公司一般用DMIPS/MHz来标称ARM核心的性能。

DMIPS是DhrystoneMillionInstructionsexecutedPerSecond的缩写，反映核心的整数计算能力。

但Dhrystone算法代码本身比较叫，可以完全放到Cache中执行，因此反映的只是核心能力，并不能反映缓存、内存I/O性能。

SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器（或片外存储控制接口）集成在单一芯片上。

能支持智能系统的ARM核心有以下几类：

ARM9：

指令集ARMv5，5级流水线，1.1DMIPS/MHz

ARM10E：

指令集ARMv5，intel获得授权后发展的，如PXA270，PXA210系列，6/7级流水线，1.35DMIPS/MHz

ARM11：

指令集ARMv6，8级流水线，1.25DMIPS/MHz

Cortex-A8：

指令集ARMv7-A，13级整数流水线，超标量双发射，2.0DMIPS/MHz，标配Neon，不支持多核

Scorpion：

指令集ARMv7-A，高通获得指令集授权后在A8的基础上设计的。

13级整数流水线，超标量双发射，部分乱序执行，2.1DMIPS/MHz，标配Neon，支持多核

Cortex-A9：

指令集ARMv7-A，8级整数流水线，超标量双发射，乱序执行，2.5DMIPS/MHz，可选配Neon/VFPv3，支持多核

Cortex-A5：

指令集ARMv7-A，8级整数流水线，1.57DMIPS/MHz，可选配Neon/VFPv3，支持多核

Cortex-A15：

指令集ARMv7-A，超标量，乱序执行，可选配Neon/VFPv4，支持多核

×目前只有指令集ARMv7-A的核心才能在Android2.2上支持AdobeFlash。

×Neon是什么？

Neon是ARM核心附带的浮点SIMD引擎，可以把它当一个DSP用，可以把它理解为桌面CPU上的SSE，SSE2。

合理的利用可以增强处理器在游戏、多媒体中的表现，当然需要软件支持。

标准的Neon宽度是64bit。

A9的Neon相对A8略有升级。

如果不使用Neon，就只能有CPU自带的VFP进行浮点运算。

标准A8的VFP没有管线化，速度是比较低的。

A9的VFP管线化后，效能有明显提升，但还是不如Neon。

×超标量：

A8A9A15都是超标量结构，他们具有两条流水线，一个周期可以发射最多两条指令进行执行。

因此同频效能比ARM9ARM11等高的多。

×Cortex-A5是Cortex-A家族中的小弟，功耗较低，单位功耗的效能很高，用于代替ARM9和ARM11占据低端市场。

Cortex-A15是最新发布的，作为高端产品出现，目前资料不多。

×Scropion是高通根据Cortex-A8修改的。

关键的特点是同频下比A8节能30%，或者同功耗的频率高25%。

Scorpion具有部分A9的特性，如乱序执行，管线化的VFP，支持多核。

此外，Scorpion的NeonSIMD引擎（高通称之为VeNum）宽度为128bit，是A8和A9的两倍，能提供更强劲的浮点运算支持，并且在不需要的时候可以关闭一半变成64bit以节省能源。

总体上，Scorpion是具有部分A9特性的A8，高频率节能浮点加强版。

1.2工艺与频率、功耗

这三者是密切相关的，当然频率与SOC的后端设计也有很大关系。

根据参考文献，45nm工艺可以比65nm节省30%的能耗。

45nmScorpion在1.0GHz、1.2GHz和1.5GHz下的典型功耗是350mW、420mW和650mW，其中1.5GHz下已经需要加压，功耗上升更多。

根据以上信息我们可以推测出

Cortex-A8虽然性能强劲，但不是省油的灯。

于是新一代mid主控在45nm、55nm下动辄1.2GHz的主频，能耗有点让人担心。

当然，如果采用的GP工艺，可能会好些。

同样制程的工艺，可以分为LP和GP。

LP是LowPower，降低漏电，使得芯片在闲置状态下的能耗最低。

GP是GeneralPurpose，可以在相同的满载能耗下达到比LP更高的频率，但是闲置状态下功耗高。

国际大厂用于手机的SOC一般都采用LP工艺，以降低待机功耗，毕竟手机大部分时间都在待机。

1.3视频的“硬解”与“软解”

在Android下，个人认为硬解就是通过芯片自带的加速器进行解码，无论用的是DSP还是硬布线的解码器。

软解就是通过软件使用ARM核心进行解码，ARM作为一个通用核心做视频解码，自然效能不会太高，并且依赖软件的算法，一般普遍使用的就是FFMPEG对ARM进行优化，调用neon等。

不过就我个人的使用经验而言，1GHz的Cortex-A8处理器，使用rockplayer，vplayer等基于FFMPEG的软件解码，只能勉强解码480p的视频。

对于848×480，24分钟100M左右的RMVB视频，大部分时间都无法达到满帧，在遇到高码率的动态场景时，帧数降到个位数，会有很明显的卡顿掉帧。

在Tegra2的A9平台上表现稍好，仍不能满帧。

估计是播放软件无法完全利用2个核心，如果两个核心充分利用，解决480pRMVB应该没有问题。

总体而言，1GHzA8处理器软解RMVB基本是RK27MP4的水平。

如果你的眼睛比较挑剔，就要注意了。

一些A8软解720pRMVB流畅的说法，基本都是不实际的。

==========ARM11========================

VIAWM8650

猜测为65nm工艺

ARM11600MHz，300MHzDSP，支持720p硬件解码

256MDDR2，位宽未知

GPU未知

VIA的新一代芯片，WM8505的升级版。

ARM核心从ARM9300/400MHz升级到ARM11600MHz，并且能进一步提升到800MHz，性能基本达到RK2818和TCC8902的水平。

视频能力从基本没有提升到720p硬件解码，虽然相对TCC的1080p解码有差距，但也达到了RK28的水平。

软件方面，终于提供了Android2.1的支持，相比上一代的WM8505只能支持Android1.6有了进步。

但是在A8/A9主控搭载Android2.2/2.3逐渐普及的趋势下，这款方案又将过时，只能作为低端入门的选择。

据报道，售价将在550元以下。

==========Cortex-A8========================

65nm工艺，其中ARM核心为GP工艺，视频解码部分为LP工艺

Cortex-A8800MHz，256KL2Cache

512MDDR2，32bit

视频子系统：

硬解

多格式，H.264，VC-1,MPEG4，RV最高720p（大部分开发商都没做RV的硬解支持），实测可播放部分1080p视频

GPU：

Adreno200（AMDZ430）

三角形生产率：

27M

像素填充率：

166M

RockchipRK2908

本帖最后由seasky于2011-7-823:

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文章来源于网络，仅供参考。

1.一些背景介绍

1.1ARM核心

ARM核心是主控SOC中的重要部分，系统的日常应用都由ARM核心来完成，因此ARM核心的效能很大程度上跟用户体验有关。

ARM公司一般用DMIPS/MHz来标称ARM核心的性能。

DMIPS是DhrystoneMillionInstructionsexecutedPerSecond的缩写，反映核心的整数计算能力。

但Dhrystone算法代码本身比较叫，可以完全放到Cache中执行，因此反映的只是核心能力，并不能反映缓存、内存I/O性能。

能支持智能系统的ARM核心有以下几类：

ARM9：

指令集ARMv5，5级流水线，1.1DMIPS/MHz

ARM10E：

指令集ARMv5，intel获得授权后发展的，如PXA270，PXA210系列，6/7级流水线，1.35DMIPS/MHz

ARM11：

指令集ARMv6，8级流水线，1.25DMIPS/MHz

Cortex-A8：

指令集ARMv7-A，13级整数流水线，超标量双发射，2.0DMIPS/MHz，标配Neon，不支持多核

Scorpion：

指令集ARMv7-A，高通获得指令集授权后在A8的基础上设计的。

13级整数流水线，超标量双发射，部分乱序执行，2.1DMIPS/MHz，标配Neon，支持多核

Cortex-A9：

指令集ARMv7-A，8级整数流水线，超标量双发射，乱序执行，2.5DMIPS/MHz，可选配Neon/VFPv3，支持多核

Cortex-A5：

指令集ARMv7-A，8级整数流水线，1.57DMIPS/MHz，可选配Neon/VFPv3，支持多核

Cortex-A15：

指令集ARMv7-A，超标量，乱序执行，可选配Neon/VFPv4，支持多核

×目前只有指令集ARMv7-A的核心才能在Android2.2上支持AdobeFlash。

×Neon是什么？

Neon是ARM核心附带的浮点SIMD引擎，可以把它当一个DSP用，可以把它理解为桌面CPU上的SSE，SSE2。

合理的利用可以增强处理器在游戏、多媒体中的表现，当然需要软件支持。

标准的Neon宽度是64bit。

A9的Neon相对A8略有升级。

如果不使用Neon，就只能有CPU自带的VFP进行浮点运算。

标准A8的VFP没有管线化，速度是比较低的。

A9的VFP管线化后，效能有明显提升，但还是不如Neon。

×超标量：

A8A9A15都是超标量结构，他们具有两条流水线，一个周期可以发射最多两条指令进行执行。

因此同频效能比ARM9ARM11等高的多。

×Cortex-A5是Cortex-A家族中的小弟，功耗较低，单位功耗的效能很高，用于代替ARM9和ARM11占据低端市场。

Cortex-A15是最新发布的，作为高端产品出现，目前资料不多。

×Scropion是高通根据Cortex-A8修改的。

关键的特点是同频下比A8节能30%，或者同功耗的频率高25%。

Scorpion具有部分A9的特性，如乱序执行，管线化的VFP，支持多核。

此外，Scorpion的NeonSIMD引擎（高通称之为VeNum）宽度为128bit，是A8和A9的两倍，能提供更强劲的浮点运算支持，并且在不需要的时候可以关闭一半变成64bit以节省能源。

总体上，Scorpion是具有部分A9特性的A8，高频率节能浮点加强版。

1.2工艺与频率、功耗

这三者是密切相关的，当然频率与SOC的后端设计也有很大关系。

根据参考文献，45nm工艺可以比65nm节省30%的能耗。

45nmScorpion在1.0GHz、1.2GHz和1.5GHz下的典型功耗是350mW、420mW和650mW，其中1.5GHz下已经需要加压，功耗上升更多。

根据以上信息我们可以推测出

Cortex-A8虽然性能强劲，但不是省油的灯。

于是新一代mid主控在45nm、55nm下动辄1.2GHz的主频，能耗有点让人担心。

当然，如果采用的GP工艺，可能会好些。

同样制程的工艺，可以分为LP和GP。

LP是LowPower，降低漏电，使得芯片在闲置状态下的能耗最低。

GP是GeneralPurpose，可以在相同的满载能耗下达到比LP更高的频率，但是闲置状态下功耗高。

国际大厂用于手机的SOC一般都采用LP工艺，以降低待机功耗，毕竟手机大部分时间都在待机。

1.3视频的“硬解”与“软解”

在Android下，个人认为硬解就是通过芯片自带的加速器进行解码，无论用的是DSP还是硬布线的解码器。

软解就是通过软件使用ARM核心进行解码，ARM作为一个通用核心做视频解码，自然效能不会太高，并且依赖软件的算法，一般普遍使用的就是FFMPEG对ARM进行优化，调用neon等。

不过就我个人的使用经验而言，1GHz的Cortex-A8处理器，使用rockplayer，vplayer等基于FFMPEG的软件解码，只能勉强解码480p的视频。

对于848×480，24分钟100M左右的RMVB视频，大部分时间都无法达到满帧，在遇到高码率的动态场景时，帧数降到个位数，会有很明显的卡顿掉帧。

在Tegra2的A9平台上表现稍好，仍不能满帧。

估计是播放软件无法完全利用2个核心，如果两个核心充分利用，解决480pRMVB应该没有问题。

总体而言，1GHzA8处理器软解RMVB基本是RK27MP4的水平。

如果你的眼睛比较挑剔，就要注意了。

一些A8软解720pRMVB流畅的说法，基本都是不实际的。

1.43D性能与内存带宽

2.新一代主控简介

更新：

2011/05/30修订Tegra2/三星Orion/OMAP4/AML/TCC8803/RK29/S5PV210部分内容

更新：

2011/04/21

==========ARM11========================

VIAWM8650

猜测为65nm工艺

ARM11600MHz，300MHzDSP，支持720p硬件解码

256MDDR2，位宽未知

GPU未知

VIA的新一代芯片，WM8505的升级版。

ARM核心从ARM9300/400MHz升级到ARM11600MHz，并且能进一步提升到800MHz，性能基本达到RK2818和TCC8902的水平。

视频能力从基本没有提升到720p硬件解码，虽然相对TCC的1080p解码有差距，但也达到了RK28的水平。

软件方面，终于提供了Android2.1的支持，相比上一代的WM8505只能支持Android1.6有了进步。

但是在A8/A9主控搭载Android2.2/2.3逐渐普及的趋势下，这款方案又将过时，只能作为低端入门的选择。

据报道，售价将在550元以下。

==========Cortex-A8========================

Freescalei.MX515

65nm工艺，其中ARM核心为GP工艺，视频解码部分为LP工艺

Cortex-A8800MHz，256KL2Cache

512MDDR2，32bit

视频子系统：

硬解

多格式，H.264，VC-1,MPEG4，RV最高720p（大部分开发商都没做RV的硬解支持），实测可播放部分1080p视频

GPU：

Adreno200（AMDZ430）

三角形生产率：

27M

像素填充率：

166M

当然，i.MX515不算什么新芯片了，鉴于其产品上市不久，就一起说说吧。

国内的515产品基本都是山寨产品，似乎缺乏原厂支持，开发都靠山寨开发商。

于是就有固件保密啊之类的新闻，一旦山寨开发商转向RK2908，后续支持也让人担心。

GPU性能虽然很一般，但与高通手机芯片的GPU一致，软件支持度不错，但由于山寨平板采用了800*600的分辨率，这方面可能存在一定的兼容性问题，此外游戏中重力感应等也需要一定的调试。

视频能力除了缺少RV硬解，其他够用。

Android2.2系统配合A8核心在网络浏览和Flash支持上都问题不大。

但目前山寨产品的续航还存在问题，使用和待机时间较短。

此外软件上的bug也不少。

随着新一代的S5PV210，RK2908和TCC8803上市，此方案的产品将进一步进入千元以内，成为最低价的A8产品。

RockchipRK2908

55nm工艺，猜测为GP

Cortex-A81GHz/1.2GHz，512KL2Cache

512MDDR2/DDR3，32bit

视频子系统：

硬解，猜测为CevaMM3000

多格式，H.264，VC-1,MPEG4，RV，AVS，VP8最高1080p

GPU：

VivanteGC800

三角形生产率：

最高60M

像素填充率：

未知，推测600M

代表：

酷比U9GT，台电T760，原道N10，蓝魔W15

最近红红火火的RK29，瑞芯微没少打广告，大有秒杀高通苹果之势。

瑞芯微宣传的亮点，就是高主频A8核心，1080p以及WebM视频支持以及高性能的GPU。

总体来说，芯片规格还是很不错的。

自然，凭借1.2GHz的高主频，得分比1GHz的产品高是正常的。

不过呢，在三星、TI等厂家使用45nm工艺制作的芯片，标称频率普遍为1GHz的情况下，RK的55nm芯片能标称1.2GHz，想必是用了GP工艺才能到如此高的频率，尽管如此，相信功耗的代价同样也不小。

好在RK29是主攻MID市场的，MID不像手机有大量的时间在待机，牺牲点待机功耗也问题不大。

只是如果上市芯片个个加压跑1.2GHz，我想功耗方面有所牺牲，对于55nm的RK29来说，1GHz还是比较合适的频率吧。

目前可以确认采用的是TSMC的55nmLP工艺，所以现在出来的产品频率不是很能上去，第一批产品普遍在800MHz。

得益于512K缓存，同频下nbench整数性能略高于AML，而内存性能和浮点性能不如采用A9核心的AML。

有部分产品通过固件更新提升到了1GHz，但nbench得分貌似没有提升，有待进一步关注。

此外RK29发热不小，普遍用导热胶与金属屏蔽壳相连，以增加散热。

RK29支持VP8WebM。

能支持这个编码的视频模块，一是google自家的On2的视频解码硬核，另一家是Ceva的MM3000。

考虑到RK29还标称支持AVS，那么只剩下CevaMM3000了。

想起RK28用的CevaMM2000，这次继续用Ceva的视频解码可能性也是挺大的。

之前的消息是，RK29的3D部分使用了Vivante的GC800.GC800是盈方微IMAPX200系列使用的GC600的更高阶版本，在40nmGP工艺下可以达到575MHz的工作频率，提供57M的三角形生成率和575M的像素填充率。

40nmLP只有315MHz的频率。

只是RK29使用的55nm工艺是否能让GC800运行在如此高的频率？

抑或是使用了更高阶的GC1000？

或者最高60M仅仅是GC800的“最高”？

这些我们都不知道，等真正的产品上市。

RK29可谓是对RK28的一次全面升级，从ARM核心上，视频解码上和3D加速上。

但是RK29的真正对手不是三星之类的，恐怕是后面的TCC8803.RK在Android系统软件方面的积累是有目共睹的，相信凭借软件开发实力，联合众多厂商能在下一轮产品的市场中占据大头。

现在看来，RK29的最大对手是AML。

RK29在进一步更新固件后，3D性能得到了比较好的发挥，gameloft的大部分作品已经可以流畅运行，在兼容性上领先于AML

TelechipsTCC8803

45nm工艺

Cortex-A81GHz/1.2GHz

512MDDR2/DDR3，32bit

视频子系统：

硬解，猜测为ARMMali-VE6

多格式，H.264，VC-1,MPEG4，RV最高1080p

GPU：

Mali-200,主频320MHz，

三角形生产率：

20M

像素填充率：

未知

代表：

万和T6

TCC8803是TCC89xx系列的升级版。

采用的ARM核心升级到Cortex-A8，主频1GHz，45nm工艺。

由于Telechips跟ARM关系不一般（TCC89xx开发板貌似就是ARMMali的参考板），猜测TCC88xx中会继续使用ARM提供的图形核和视频模块。

因此，很可能继续使用与TCC89xx相同的Mali-VE6，提供优秀的全高清解码支持。

唯一的消息是解码能力提升到了1080p50fps，大概得益于频率的提升吧。

GPU部分，唯一的消息是主频320MHz。

由于Mali-T604发布没多久，采用的可能性较小，很可能是Mali-400MP，三角形生成率30M，像素填充率为275M乘以片段引擎个数（1-4个）。

不过320MHz对于45nm来说频率并不高。

已经确认是mali-200，和TCC89xx一样。

与RK29，AML相比，GPU部分是落后了的。

性能上也确实不如。

传言山寨供应商将把TCC8803拉到很低的价格，Telechips原厂也来势汹汹，激烈的竞争不可避免。

不过原厂毕竟远在韩国，不知道这次的支持度如何，还是又得靠山寨开发商撑起天下？

目前TCC8803特点不突出，产品较少。

中芯微VC882

工艺未知

Cortex-A81GHz/1.2GHz，256KL2Cache

512M/1GDDR2，猜测为32bit

视频子系统：

硬解

多格式，目前有720p

GPU：

VivanteGC400

三角形生产率：

最高14M

像素填充率：

小于150M

代表：

海纳M8

虽然海纳M8把1280×768八寸电容屏做到了888元，价格还是挺有杀伤力的。

但目前视频能力并不明朗，而采用的GPU为GC400，性能仅RK29的GC800的一半不到，相比之下是个短柄了。

总的来世，可以看作是个国产TCC8803，相对主流的Cortex-A81GHz，外加低端的GPU。

适合上网的用户。

SamsungS5PC110/S5PV210

45nm工艺，LP

Cortex-A81GHz，512KL2Cache

512MDDR2，64bit，或者32bitDDR2+32bitOneDRAM

视频子系统：

硬解，PowerVRVXD370

多格式，H.264，VC-1,MPEG4最高1080p

GPU：

PowerVRSGX540

三角形生产率：

90M

像素填充率：

1000M

代表产品：

三星GalaxyTab，魅族m9

上一篇文章已经介绍过，已经量产芯片中的最强A8，同时配置的GPUSGX540极其强悍，唯一能与之匹敌的就是nVIDIATegra2的GPU了，而软件支持度上SGX系列更有优势。

总体来说是一颗全面且强悍的芯片。

目前山寨产品已经上市，有些零碎的消息，也有些争议，具体表现还有待确认。

只是山寨方案商的软件总是有那么点让人不放心。

而GalaxyTab定价较高，等待普及版的出现，以及小尺寸的GalaxyPlayer。

试玩Tab后整体很流畅，但部分细节还有待三星进一步优化。

目前发现，山寨/国产小厂的视频能力跟三星原厂有差距，一些720p都不能流畅。

TIOMAP3620/30/40

45nm工艺，LP

Cortex-A8800MHz/1GHz，256KL2Cache

RAM:

256/512MmDDR2，32bit

视频子系统：

IVA2+,基于C64x+DSP，430MHz

多格式，但除去爱可视，很多厂商都没做解码

MPEG4可达720p，其余格式在480p水平

3620只带IVA2，解码能力更低，最高480p

GPU：

PowerVRSGX530

三角形生产率：

14M

像素填充率：

280M

代表产品：

爱可视4370101，moto的droidXdroid2手机，B&Nnookcolor

基本就是OMAP3430的45nm版本，规格看来比较一般。

不过采用此产品的厂商软件开发都做的不错，重点说说爱可视70，虽然RAM只有256M，实际使用流畅度挺高，视频部分480p解码也基本够用，但是RMVB分辨率被限制在720*576实在令人苦恼。

总体来说，此方案的产品完善度都不错，基本上都是正规大厂产品，使用上可以放心，但价格都不低