2014年64位移动处理器前瞻

　　2014年的手持移动市场，64位必将成为一个重要的话题。PC在2003年进入64位时代，内存可寻址空间突破了4GB的限制。十多年后的今天，64位处理器在移动市场的出现，是否意味着新一轮的技术突破？采用64位处理器的移动产品能带给用户怎样不同的体验？厂商又是怎样看待64位技术的？

　　自从苹果在201 3年9月的新品发布会上公布了64位的A7处理器后，Android市场中还处在频率和核心大战的ARM阵营似乎找到了新的方向。没错，64位处理器，这个曾经让AMD和英特尔争吵不休的技术，已经走进了手持移动平台。不过，考虑到iOS封闭的系统和苹果完全独立的运营模式，目前除了购买iPhone和iPad，用户似乎没有其他办法体验到64位移动处理器。别急，很多移动处理器厂商都已经摩拳擦掌，准备或者已经发布了基于ARM架构的64位处理器。

　　32位，有点不够

　　说起ARM处理器的64位计划，就不得不先提到ARM公司。实际上ARM早在2011年10月就公布了自己的64位架构-ARMv8。ARMv8是基于32位的ARMv7架构设计而来，在保留了大量ARMv7关键性技术的基础上，引入了一套全新的指令集用于处理64位揩令集，并完全兼容32位ARM指令。在ARM的设想中，从ARMv7过渡到ARMv8的过程是稳健的，不会损失任何之前在32位系统上累积起来的优势，同时保持ARM处理器高能耗比的特性。

　　ARM为何会在2011年就提出64位架构呢？先来看看64位哪方面的优势吸引了ARM。一般来说，一颗处理器有“64位”特征的地方很多，比如地址总线、内存总线等，但是真正涉及处理器代次的“64”，往往仅指64位宽的寄存器。这是因为内存数据的地址会存放在寄存器中，使用64位宽的寄存器最显而易见的优势就是内存可以支持最大2的64次方（大约16EB，1EB=1024PB，1 PB=1024TB， -ITB=1024GB，但是考虑到地址总线等原因，目前大部分产品最多支持16TB内存），而32位处理器最多只能支持4GB内存。

　　回头看看201 1年的手机市场。苹果在这一年发布了iPhone 4s，内存为512MB。而Android阵营的代表三星发布了GALAXY S2，内存提升到1GB。之后的2012、2013年，苹果iPhone新品的内存最多到1GB，而Android产品在内存提升的速度上更快，主流Android手机的内存普遍在IGB-2GB，而现在配备3GB内存的Android手机已经上市。很陕，32位处理器仅仅支持4GB内存的瓶颈就要显现出来。

　　从这一点来看，ARM布局64位就顺理成章了。其实除了这一点，还有一个原因是ARM-直想拓展自家处理器的应用范围，包括服务器、数据库甚至桌面应用，使其不再局限于移动设备和超低功耗设备。而32位ARM处理器首先就会被内存容量所累，虽然目前也有很多技术能让32位处理器调用更大的内存，但毕竟治标不治本。

　　综合来看，想到更广阔的海洋里去遨游，32位处理器还真有些捉襟见肘。即使不考虑任何性能方面的进步，仅仅是内存一项，就有充足的理由让ARM将处理器寄存器从32位升级到64位。在201 1年，ARM开始规划这一设计，并给出了大量的技术细节、白皮书资料。2012年，ARM开始组建有关64位ARM处理器的相关计算、开发、应用生态圈，并计划从201 3年开始，在软件端和硬件端联合推广64位产品。在这一背景下，苹果首先吃到了螃蟹，A7处理器使用了兼容ARMv8的架构，升级到64位——虽然苹果依1日只给iPhone 5s配备1 GB内存。

　　各家的64位

　　如果说ARMv8是ARM种下的一棵桃树昀话，那么这棵树已经开花、结果，而且果子很快就要成熟了。在这种情况下，摘果子的厂商也多起来。它们纷纷展示自己的64位计划，准备摘桃子，享受市场红利。在2014年，摘得64位桃子的厂商有哪些呢？

　　高通：先做低端，再等高端

　　作为ARM移动处理器的领头厂商，高通的一举一动颇受业界关注。在苹果发布了64位的A7处理器之后，高通首席营销官Anand Chandrasekher宣称这只是苹果在“营销”上的鬼把戏。不过随后他就收回了这番话并引咎辞职，高通官方发表声明认为其说法不够准确，因为高通自己也即将推出全新的64位移动处理器。

　　2013年12月，高通发布了旗下首款64位处理器——高通骁龙410，型号为MSM8916。从名字就可以看出，定位在骁龙400系列的产品肯定不是高端货色。没错，这是一颗定位中低端市场的处理器，面向1 50美元左右的移动设备。高通在中高端市场往往会使用自己研发的架构，例如骁龙800和骁龙600系列，而在中低端市场如目前的骁龙400和骁龙200系列，则会直接使用Cortex-A5、Cortex-A7等ARM现成的架构。骁龙410使用的正是ARM的64位架构Cortex-A53。

　　从架构来看，CortexA53是一款顺序执行、双发射设计、8级流水线、40位虚拟物理寻址的小核心芯片。在ARM的官方设想中，Cortex-A53和定位高端的Cortex—A57将形成高低搭配的ARM 64位处理器阵营。从产品角度来看，高通使用这样一颗简单的核心来试水64位，既降低了制造难度，又能很快利用现在成熟的28nm工艺进行生产，而不必在功耗控制方面花太多力气，这是非常明智的。况且在性能方面，同频率下Cortex-A53的性能甚至还要超出Cortex—A9不少，能耗比也更高。在-1.2GHz、28nmHPM工艺下，Cortex-A53的单个核心功耗不超过O.-IW，不过受限于架构问题，Cortex-A53的频率很难达到较高水平，一般不会超过-1.5GHz。

　　在骁龙41 0发布后，配合高通强大的基带优势，在消费群体最大的中低端市场，高通已经有了“占位符”。那么中高端市场呢？最新消息表示，高通将在2014年推出面向高端市场的64位处理器，型号为MSM8994或者APQ8094。这款处理器采用了高通自主研发的Krait 64槊构，完全兼容ARMv8，而GPU方面也会升级到全新的Adren0 430。从以往的经验来看，MSM8994或者APQ8094的性能相当值得期待，在发布后应该会成为“一大波”厂商旗舰机型的标配处理器。

　　在产品发布时间上，骁龙41 0预计最早会在2014年第二季度开始供货，最快到2014年年末，相关手机产品才会上市。而高通自己研发的Krait 64核心可能会在第一季度或者第二季度宣布，实际出货最快也得到2014年第三季度。如果应用在产品上，那已经是2015年第一季度的事情了，离现在至少还需要一年的时间。这样一来，高通在64位处理器的先发优势可能不太明显，至少很难抗衡已经磨刀霍霍的三星。

　　三星：尚处于神秘中的64位计划

　　三星作为目前在ARM业界唯一有可能和高通直接抗衡的厂商，依靠自家旗下三星手机惊人的销量，在ARM业界也成为了举足轻重的角色。不过直到今天，有关三星64位ARM处理器的消息依1日非常少。在CES上，一些媒体报道了有关三星在64位处理器上的一些发展计划，虽然依1日没有具体的产品信息，但是仍可管中窥豹，了解三星对未来ARM处理器发展的一些想法。

　　三星在64位处理器的发展上采用了两步走的战略。酋先，三星会使用ARM官方架构诸如CortexA57、Cortex_A53来打造自己的首款64位Exynos 6处理器，并很可能应用在自己即将发布的GALAXY S5上。虽然对别的厂商来说，可能要到2014年年底甚至2015年年初才能有如此性能的64位处理器，但是对三星这样从上游到下游、从芯片到产品再到软件全局掌控的企业来说，2014年中期就发布使用高端Cortex-A57架构的SoC芯片并使用在产品上应该难度不大。接下来，三星会考虑自己研发一款全新架构的64位处理器，并借此摆脱ARM官方公版架构，从此自行打造兼容ARMv8指令集的产品。

　　从上述两步走的战略来看，如果说我们能首先在哪个Android品牌上看到高端64位ARM处理器的应用，毫无疑问三星的可能性是最大的。即将发布的GALAXY S5，三星很可能给大家一个惊喜。

　　NVIDIA：丹佛计划开花结果

　　相比高通来说，NVIDIA在ARM业界的影响力要小不少，不过由于NVIDIA每次只做高端产品，因此在市场宣传以及产品技术上还是颇有看点的。在CES 2014大会之前，lIVIDIA就在专场发布会上公布了全新的TegraK1处理器，它除了在SoC的GPU鄯分使用了移动开普勒架构集成192个流处理器外，还推出了兼容ARMv8指令集并使用NVIDIA自己研发的丹佛核心的双核版本Tegra K1。

　　NVIDIA目前没有公布有关双核心、64位架构的Tegra K1所使用的丹佛架构的信息，但还是提供了一些数据。丹佛核心的Tegra K1每个核心都是七发射的处理器，比Cortex-A15的三发射更强旱（桌面Core i7为四发射，当然数据的发射能力不代表其最终性能）。NVIDIA的丹佛CPU架构应该是一个宽通道、强执行能力的大核心处理器，否则很难在双核心、频率相近的情况下在性能上超越4核心的Cortex-A15。

　　目前可以确定的是这款产品将在2014年下半年正式上市，所以如果配合64位Tegra K1的话，终端产品最快也得等到2014年年底才能销售。不过有一点需要注意，目前的四核心Tegra K1和64位双核心Tegra K1的针脚接口完全相同，也就是说厂商不需要对PCB、散热和供电做任何修改就能直接从之前的四核心Tegra K1更换到64位Tegra K1，这可能会为Tegra K1提早上市带来帮助。不过鉴于Tegra 4和Tegra 4i的前车之鉴，我们对NVIDIA的计划还是得“悠着点”，201 5年初能看到实际的64位Tegra K1就已经不错了。

　　全志：201 5年也要上64位

　　再耒看看国产厂商的动作。全志在自己的产品发展路线图中展示了64位ARM处理器的发展计划，不过由于全志产品往往定位于入门级市场，因此其在产品推广的速度上并不紧迫。在2014 -2015年全志将依1日以32位架构的CortexA15和CortexA7为主，到2015年第四季度，全志才会推出基于ARM官方Cortex-A53和Cortex-A57架构的64位处理器。因此，如果想看到全志的64位处理器的实际产品，可能要等到201 6年年中了。

　　全志这么晚才普及64位产品，除了考虑到新架构的应用难度，更多还是新工艺的应用问题，毕竟在2014年使用20nm工艺的成本肯定很高，但到了201 5年20nm则已经成为大路货，成本控制方面有优势。此外，全志还在考虑应用更新的-16nm FinFET工艺生产新的64位处理器。不过，对于无晶圆厂的全志，无论如何规划，在产品生产上还得看台积电的发展情况。

　　软件：尚未准备好

　　在64位这一点上，硬件的准备是一回事，软件又是另外一回事。目前最新的Android操作系统依1日是32位的，谷歌也没有公布64位Android系统的发布时间。业内谣传Android 4．x还将发布数个版本，之后奠正64位的Android 5.0才会到来。

　　作为一个开源系统，Android有可能被某些用户自行编译为64位，也有可能在64位硬件上正常运行，但是要实现各种各样功能的话，谷歌的官方支持还是必不可少的。简单来说，Android操作系统中诸如NDK的编译和发布、64位虚拟机的支持、支持64位Javascript引擎、支持64位系统的各种驱动程序等，都需要一步步完成。这里面的工作量非常大，短时间内很难完成。尤其是在ARMv8的规定中，同一个进程必须是32位或者64位的两者之一，不能在64位模式下运行32位的进程，因此为了向下兼容，很多操作系统都必须同时支持32位和64位，这也是非常麻烦和庞大的工作。

　　在操作系统之外，软件厂商还需要升级自己的软件，重新使用ARMv8的64位规范来重置、编译自己的软件，并且还需要考虑使用全新的多媒体指令集来加速那些陈1日而低效率的算法。这些工作也需要时间来完成。

　　从目前的情况来看，Android生态圈无论是应用软件还是操作系统都没有准备好迎接ARM 64位的到来。因此即使支持64位的ARM处理器能在今年年中发布，有没有合适的操作系统适配还是一个问题。乐观估计，完全支持64位的Android 5.0可能会在今年下半年发布，而那时才是64位移动设备全面爆发的开始。

　　消费者：目前不必特别关心64位

　　说了这么多有关64位硬件和软件的内容，回过头来，咱们消费者应该如何看待“即将”到来的Android64位手机呢？

　　首先可以确定的是，在2014年，真正在软硬件上都准备好使用64位的产品很难出现。即使厂商推出了基于64位高通骁龙41 0的产品，或者三星推出了采用64位处理器Exynos 6的GALAXY S5，也只能说是在硬件方面准备完毕，软件方面还需等待谷歌发布全新的64位Android操作系统，随后还有一大批开发商需要重新编写64位应用程序。软件方面更新的时间跨度可能会长达数年，之后才会彻底转向64位。

　　其次，正如前文所提到的，64位处理器的性能不可能是32位处理器的2倍，在没有加强设计的情况下，64位处理器相比类似的32位处理器，性能基本上处于同一档次。处理器性能的提升依1日还需使用更多的晶体管、更多的计算单元，同时还需要更新的工艺来保证。

　　第三，32位依1日有潜力可挖。目前32位的ARM架构还尚未到潜力挖尽的阶段，继续加强已有的32位架构，还有不少性能培长空间。至少在201 4年，顶级32位架构和3GB内存都不会成为性能增长的瓶颈。

　　总的来说，这场开端于2014年的64位移动处理器竞赛，才刚刚拉开大幕，好戏还尚未上演。当然，无论是厂商还是消费者，都非常看重64位这个具有转折性、历史意义的技术节点。本刊也将继续关注有关64位移动处理器的相关情况，并将最新消息呈现给大家。