ARM アーキテクチャのパブリックバージョンが王様で、独立した CPU は役に立たないのでしょうか?

携帯電話のプロセッサに関しては、コア数やメイン周波数にあまり注意を払う必要はなく、アーキテクチャとプロセスに重点を置く必要があります。プロセスの品質を判断するのは非常に簡単です。基本的に、ナノメートルの数が小さいほど、高度になります。 FinFET トランジスタは従来の 2D トランジスタよりも優れています。ただし、パブリックバージョンと独立したアーキテクチャが存在するため、アーキテクチャの長所と短所を判断するのは困難です。パブリックバージョンアーキテクチャの命名規則を理解していれば、それについて大まかに知ることができます。独立したアーキテクチャは異なるメーカーによって製造されているため、名前から判断することは非常に困難です。これらの障害は、最終的に SoC の長所と短所の理解を妨げます。独立したアーキテクチャの方が強力ですか、それともパブリックバージョンのアーキテクチャの方が優れていますか?どの自律アーキテクチャの方がパフォーマンスが優れていますか?これらの質問については、まず命令セットから始めましょう。縮小命令セットと複雑命令セットのゲーム計算と最適化をガイドするために使用される CPU 内部のハードプログラムは、「命令セット」と呼ばれます。 CPU が直接認識できる最も低レベルの命令であり、複雑命令セットと縮小命令セットに分かれています。複雑な命令セットは、いくつかの複雑な命令を設定し、もともとソフトウェアによって実装されていたいくつかの一般的な機能をハードウェア命令システムに置き換えることで、コンピューターの実行速度を向上させるものです。 Intel の有名な X86 アーキテクチャは、複雑な命令セットの典型的な製品です。これにより、コンピューターが最初に発明された当時は、高価なコンポーネント、低い主周波数、遅い実行速度でしたが、処理効率が大幅に向上しました。しかし、命令セットが複雑になるにつれて、この構造はどんどん大きくなり、汎用性や実行速度が低下し始めました。その結果、別のアイデアによって推進された縮小された命令セットが誕生しました。 RISC の考え方は、コンピュータ命令の機能を簡素化し、命令の平均実行サイクルを短縮し、サブルーチンでより複雑な機能を実装することでコンピュータの動作周波数を高め、多数の汎用レジスタを使用してサブルーチンの実行速度を上げることです。 ARM の ARM アーキテクチャと Imagination Technologies の MIPS アーキテクチャはどちらもこのシステムに属します。現在、ほとんどすべての一般的なモバイルプロセッサは ARM アーキテクチャを使用しています。この縮小命令セットアーキテクチャには、4 つの大きな利点があります。1 つ目は、サイズが小さい、消費電力が低い、コストが低い、パフォーマンスが高い、という利点です。 2 番目に、多数のレジスタが使用され、ほとんどのデータ操作がレジスタ内で完了するため、命令実行速度が速くなります。第三に、アドレス指定方法が柔軟かつシンプルで、実行効率が高い。 4番目に、命令長が固定されており、マルチパイプライン方式により処理効率を向上できる。 ARM アーキテクチャも、ARMv6、ARMv7、ARMv8 など複数の世代に分かれています。ARMv6 命令セットに基づいて設計されたコアは ARM11 で、初期のスマートフォン、特に Nokia の Symbian システムフォンで広く使用されていました。 ARMv7 は、スマートフォンの新時代で最も広く使用されているアーキテクチャです。私たちがよく知っている Cortex-A7/A8/A9/A15 コアはすべてこのアーキテクチャの製品です。 ARMv8 命令セットは 2011 年 11 月にリリースされました。ARM 史上初めて 64 ビット命令セットをサポートし、2013 年に Apple 初の 64 ビットプロセッサ A9 の中核基盤となりました。現在、携帯電話の一般的な自律型/非自律型プロセッサアーキテクチャはすべて ARM 命令セットに基づいています (X86 命令セットを使用する一部の Intel コア携帯電話を除く)。携帯電話プロセッサがパブリックバージョンと独立バージョンに分かれているのはなぜですか? ARMvX アーキテクチャによりモバイル分野で支配的な地位を確立したにもかかわらず、このイギリス諸島の企業は Intel の例に倣ってすべてを自前で行うことはしませんでした。代わりに、ライセンス制度を開放し、メーカーが独自のニーズに応じて最終製品を設計、製造できるようにしました。認可に関しては、ARM では 2 つのタイプに分けられます。主流となっているのは、Cortex-A53/A72などARMが設計したIPコアのライセンスを取得することです。メーカーはこのような認可を取得した後、必要に応じてコア数、バス相互接続、キャッシュを選択するだけで、CPU 部分の設計が基本的に完了します。したがって、ARM 設計を直接使用するこのようなコアソリューションをパブリックバージョンアーキテクチャと呼びます。 MediaTek、Samsung、HiSilicon のチップがこのカテゴリに属します。もう 1 つのオプションは、ARMv7/ARMv8 などの ARM アーキテクチャのライセンスを取得することです。メーカーはこれらの命令セットアーキテクチャを入手した後も、カーネルを自ら設計し、CPU 部分全体の構築を完了する必要があります。これを自律アーキテクチャと呼びます。 Apple と Qualcomm のチップのほとんどは、このソリューションの製品です。最初の公開バージョンの最大の利点は、時間、労力、コストを節約できることです。チップメーカーは、取り残されないようにするために、ARM のペースに追従するだけでよい。パフォーマンスを保証するだけでなく、完成品をできるだけ早く市場に投入することもできます。同時に、携帯電話について少し知っている人であれば、チップの強度や位置を判断しやすくなります。最初の欠点は、差別化が失われ、独自のセールスポイントを形成できないことです。 2つ目は、ARMの足跡を常に把握しておく必要があるということです。一度遅れをとると、外部からすぐに認識され、すぐに低品質で排除される製品というレッテルを貼られてしまいます。 2 番目の独立したソリューションの利点は、その柔軟性です。メーカーは、パブリックバージョン IP よりも優れたシングルコアパフォーマンスと低い消費電力を設計できます。同時に、バス相互接続の自由度も高く、発展の余地も大きいです。しかし、このソリューションは、チップメーカーが資金を投じて人材を雇用できるという前提に立つ必要があり、公開バージョンを上回る成果を達成するには長い時間がかかるでしょう。本質的に、どのソリューションを採用するかは、チップメーカーが自社の強み、財源、時間コスト、最終製品のニーズに基づいて下すさまざまな決定にすぎません。一部のメーカーは常にパブリックバージョンのアーキテクチャを使用しますが、関連する準備が成熟した後は、Samsung のように独立した研究開発に目を向ける可能性もあります。一部のメーカーは、常に自社のアーキテクチャを好んでいたにもかかわらず、自社のリズムが乱れたり、Qualcomm などのローエンドおよびミッドエンドのチップのコストにさらに注意を払うようになったりすると、パブリックバージョンのアーキテクチャに戻ります。何も静的ではないので、アーキテクチャのパブリックバージョンと独立バージョンを区別するためにエネルギーを費やす必要はなく、実際のパフォーマンスだけに焦点を当てます。実際のパフォーマンスは一概には判断できない アーキテクチャを見るだけで実際のパフォーマンスを表現できますか?実際にはそうではありません。 1. 公開版 実際のパフォーマンスに関しては、公開バージョンのアーキテクチャを比較するのが非常に便利で、大まかにまとめると、A72＞A57＞A15＞A17＞A9＞A53＞A35＞A8＞A7＞A5となります。 32 ビットの A15 コアと A17 コア (A17 は A12 に基づいて最適化されており、パフォーマンスは A15 に近いが消費電力は低い) を除き、残りのコアは、32 ビット ARMv7 命令セットの場合は 1 ビット、64 ビット ARMv8 命令セットの場合は 2 ビットで名前が付けられています。 2. アップル しかし、独立したアーキテクチャを追加すると、比較は複雑になります。まず、Apple の独立したアーキテクチャについてお話ししましょう。 A6 プロセッサを皮切りに、Apple は初めて独自のコアを開発しました。最初にARMv7設計に基づくSwiftアーキテクチャを導入しました。その性能はA9とA15の公開版の間であり、同時期のQualcommのKrait 300よりも強力です。 A7 で、Apple は前例のない強力なデザイン能力を実証しました。同社はわずか 1 年で、競合他社より 1 年先を行く 64 ビット ARMv8 アーキテクチャに基づく Cyclone コアを設計しました。 A7 チップ全体には 10 億個を超えるトランジスタが統合されており、デュアルコア構成だけでもクアッドコアの A15 プロセッサと同等のパフォーマンスを発揮します。 iPhone 6に搭載されているA8チップに関しては、改良されたTyphoonアーキテクチャによりプロセッサのパフォーマンスが25%向上しています。シングルコア性能は A57 を上回り、マルチコア性能は 8 コアの A57+A53 を搭載した Exynos 7420 および Snapdragon 810 にわずかに劣ります。最新の A9 チップでは、第 3 世代 64 ビットアーキテクチャの Twister コアが使用されています。 CPU性能はA8より70%高く、シングルコア性能は最新のA72アーキテクチャを採用したKirin 950を上回っています。これは、商用チップの中では依然として最強のシングルコアです。 3. クアルコム 独自のアーキテクチャの開発に熱心なもう一つの企業は Qualcomm です。 Qualcomm は、Snapdragon S1 の時代から、QSD8250 に ARMv7 アーキテクチャに基づく Scorpion コアを採用していました。同時期に人気を博した A8/A9 パブリックバージョンコアと比較すると、Scorpion はアウトオブオーダー実行機能を追加し、非同期対称マルチプロセッシングをサポートし、高いメイン周波数、低消費電力、強化された浮動小数点演算などの優れた利点を備えていました。特定のパフォーマンスは A9 よりもわずかに劣っていました。このアーキテクチャは、Snapdragon プロセッサの S1、S2、S3 の 3 世代で使用されてきました。後期には少し古くなって弱くなってきたため、Qualcomm は Krait コアをリリースしました。 Krait コアは、年代順に Krait 200、Krait 300、Krait 400、Krait 450 の 4 世代に分かれており、いずれも ARMv7 アーキテクチャに基づいています。 Krait の第 1 世代は、Snapdragon S4 プロセッサで使用されます。 1 クロックサイクルで 3 つのフェッチおよびデコード操作を実行できます。バックエンド実行ユニットは Scorpion の 3 から 7 に増加し、パイプラインは 10 レベルから 11 レベルに増加しました。実際のパフォーマンスは、15 レベルのパイプラインを備えた A15 よりもわずかに劣ります。第 2 世代の Krait 300 コアでは、分岐予測モジュールが改善され、アウトオブオーダー実行エンジンが追加され、浮動小数点計算機能が向上しました。これは第1世代のSnapdragon 600に採用されており、A15に近い性能を持ちながら消費電力は低くなっています。第 3 世代の Krait 400 は 28nm HPM プロセスを使用して製造されており、メモリコントローラーが改善され、レイテンシが低減し、L2 キャッシュの周波数が高くなっています。その性能はA15よりも強力です。私たちがよく知っている Snapdragon 800/801 はこのコアを使用しています。珍しいSnapdragon 805には、最新世代のKrait 450が使用されています。主な変更点は、メイン周波数が誇張された2.5GHzに増加したことです。 Krait 450以降、Qualcommの新世代Snapdragon 810は競争上の理由からA57コアのパブリックバージョンに切り替わり、そのパフォーマンスは比較的安定していました。次期Snapdragon 820では、Qualcommが長年開発してきたKryoコアをついに発表した。これはクアルコムが初めて自社開発した64ビットコアであり、シングルスレッドのパフォーマンスは最新のパブリックバージョンコアA72よりも強力です。 4. その他 さらに、Samsung と Nvidia も、多かれ少なかれ独自開発のコアの仲間入りを果たしました。 Samsung の Orion チップは、常に Cortex コアのパブリックバージョンを使用しており、昨年は 14nm Exynos 7420 で大きな話題を呼びました。しかし、常に研究開発に注力してきた Samsung としては、他社が独自のアーキテクチャで繁栄するのをただ見ているつもりはまったくありません。そのため、次期Samsung S7に搭載されるExynos 8890では、A57の代わりにARMv8アーキテクチャに基づく自社開発のMongooseコアが採用される。パフォーマンスもA72よりも強力で、QualcommのKryoに匹敵します。動物界において、Mongoose はマングースを指し、これは Qualcomm の以前の Krait (バニーリングスネーク) の天敵であることは言及する価値があります。 Qualcomm に加えて、NVIDIA も自社開発の 64 ビット Denver コアを Tegra K1 チップの以前のバージョンに使用していましたが、発売が遅れたこと、消費電力が高かったこと、ベースバンドがなかったことなどから、市場にはそれを採用したモデルはほとんどありません。その後発売された Tegra X1 は、一般向けバージョンの A57+A53 大小コア設計に戻りました。要約する 上記の説明とレビューの後、基本的に次のルールをまとめることができます。独立したアーキテクチャは通常、同時期のパブリックバージョンのアーキテクチャよりも優れたパフォーマンスを発揮します。ただし、この強力なパフォーマンスはシングルコアのパフォーマンスを指し、マルチコアのパフォーマンスに関しては、8 コア設計の CPU の方が間違いなくはるかに強力であることに注意する必要があります。独立したアーキテクチャには多くの利点がありますが、誰もが実行できるわけではありません。 Qualcommのような強力な企業でさえ、次世代のSnapdragon 830では独立したアーキテクチャを放棄すると報告しています。それが本当だとは到底思えませんが、独立した設計には膨大なリソースが必要であることを側面から反映しています。消費者としては、販売されているチップが同じ性能レベルであれば十分です。数百の追加実行ポイントをめぐって交渉する必要はなく、独立して開発されたかどうかを理由にお互いを攻撃する必要もありません。

今日頭条の青雲計画と百家曼の百+計画の受賞者、2019年百度デジタル著者オブザイヤー、百家曼テクノロジー分野最人気著者、2019年捜狗テクノロジー文化著者、2021年百家曼季刊影響力のあるクリエイターとして、2013年捜狐最優秀業界メディア人、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト北京3位、2015年光芒体験賞、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト決勝3位、2018年百度ダイナミック年間有力セレブなど、多数の賞を受賞しています。

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