引爆手机双核潮Tegra处理器探秘之旅

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在DIY市场上，双核多核已经风风火火。不过今日这些潮流渐渐地带到了手机、平板电脑上。在技术日益发展的同时，CES2010以及MWC2011已经展示了多部配备双核心处理器的手机及平板。当然，本次的主角是基于ARM架构的tegra 2核心。而且，首次出现LG optimux X2，MOTO Atrix等都采用了当今性能最强的Tegra 2核心。不过到底Tegra 2有什么过人之处？文中将为读者一一展开。

竟有8个核心？ NVIDIA Tegra 2初识

Tegra 2是NVIDIA开发的处理器，该处理器基于ARM架构，主要用于智能手机、平板电脑等轻便移动设备。同期开发基于ARM处理器的公司包括三星、德州仪器、高通等。总的来讲，ARM处理器只是Tegra2的一部分，核心实质上是一款异构的多核处理器。

手机多核方向，Tegra2 主CPU深入透视

现在的智能旗舰产品的CPU一般都上1GHz或以上。随着时下对手机CPU性能的需求，再往上提升频率将带来功耗非线性的增长。同样，ARM CPU向着了双核乃至多核的方向迈进。此历程和PC处理器的发展如出一辙。

对称式多核处理器（SMP:Symmetrical Multiprocessing）

Tegra 2中的ARM9采用对称式多核模式带来的好处不单单可以提升系统的峰值性能，并且起到省电的作用。注意：我们平时的桌面CPU同样SMP模式，不过架构上有很大的不同。在ARM架构中的SMP所带来的优势明显优于普通的x86体系。因为ARM是基于精简指令集，并且ARM并不像x86架构那样由于庞大的体系而造成十分臃肿的设计。

一般的SMP模型中，具备以下的特征

硬件结构中，包含对称的2或以上核心；

CPU核心具有统一设计的共享系统存储器，并且多核心中只执行一个操作系统内核

每个CPU核心都拥有自己的执行流水线，同时可以平衡负载。

Tegra2里的双核ARM Cortex A9架构

现在首次使用在手机平板上的双核架构大多是来自NVIDIA的Tegra 2。这里一般所说的Cortex A9只的是ARM授权的架构。当然，实现同样兼容指令的还有高通的双核ARM等。

当中ARM Cortex是之前ARM架构的升级版。其可以实现ARMv7的指令系统。同时处理器由乱序流水线方式实现，可以大大减少指令执行的数据相关，提高指令级别的执行并行度。在效能上，ARM Cortex改进了执行效率以及电管管理等。ARM Cortex A9是在之前Cortex A8的基础上发展，它具备以下一些新的架构特性。

处理器采用动态的8级乱序流水线设计（奔腾Netburst为32级流水线、酷睿架构为14级流水线），当遇到指令的数据相关、控制相关等序列时可以重组指令序列，从而提高代码的执行效率。而前代产品Cortex A8是顺序流水线设计，因此除了在数据相关而导致执行效率底下外，还在分支效率和缓存命中率方面大不如前者。

支持分值预测功能，可渐少指令跳转而导致缓冲区清空和浪费时钟周期开销。

每个内核分别拥有独立的32KB一级高速指令缓存和32KB一级高速数据缓存（一级缓存设计和酷睿、K10等类似）。而且，处理器更拥有1MB共享的二级高速缓存。当手机浏览复杂的网页以及运行游戏时候可以显出强大的缓存优势。

提供双核控制优化，当需要时双核心可以同步运行或单独运来提供峰值性能。并且在空闲情况下几乎可以达到零功耗。

CPU的核心专门在1GHz频率上做了良好的优化，因此我们可以看到绝大多数高端机型是基于1GHz频率，同时也允许频率有一定的上升空间。

与此同时，ARM Cortex A9更支持一些列复杂的动态调节核心频率、电压等。因此处理器可以根据负载来动态改变自身参数。例如当手机空闲时频率可以最低回落到100MHz，并且伴随着核心电压的降低。当手机负荷较高时，频率会最大上升到1GHz（根据处理器而定），同时电压会有所提升。当然还可以让CPU的两个核心在任意的应用中都保持在最优核心电压以及最优频率上。并且NVIDIA在Tegra 2上更做了进一步优化，让处理器可以在最低能耗下达到最大性能。

双核在手机应用的优势

1）负载平衡达到省电效果

在SMP多核模式当中，多任务环境可以达到性提升的同时功耗也可以下降。例如当你浏览网页时候，只能单核单线程渲染网页内容。如果网页上具有大量的ActiveX、JavaScript控件又或者有大量Flas时，将会拖慢浏览效果然而，现在多数浏览器都支持多线程操作。如果CPU也具备了多个物理核心则可以高效并行地渲染网页，达到流畅渲染多个复杂页面。

相对于单核心单线程实现应用的时候（即使支持多线程也是串行执行），由于单核心负载较高，因此将会加压让CPU处于最大频率来达到优化性能效果，但是与此同时功耗也会大幅增加。在双核的情况下，多线程的任务可以把不同负荷分配到两个核心上，同时当两个核心你没满载的时候，核心会自动降压降频来达到降低功耗的目的。

2）为多核优化发挥手机性能

双核还可以为游戏进行很好的加速。现在主流的游戏引擎已经支持4核以上，个别出色的甚至支持8核心以上。当今对硬件优化较为出色的虚幻3引擎已经移植到手机上，它可以最多支持4个以上的核心。因此双核乃至多核将顺应手机游戏的发展潮流。

手机多核方向，Tegra2 主CPU深入透视

现在的智能旗舰产品的CPU一般都上1GHz或以上。随着时下对手机CPU性能的需求，再往上提升频率将带来功耗非线性的增长。同样，ARM CPU向着了双核乃至多核的方向迈进。此历程和PC处理器的发展如出一辙。