轻松读懂移动处理器 CPU微架构全解析

正如我们前面提过的，苹果公司在上世纪九零年代就已经和 ARM 合作并且提供了一些微架构设计上的修改方案，因此苹果对 ARM 一点都不陌生甚至有非常丰富的经验。

从 iPad、iPhone 4/iTouch 4、Apple TV 2 开始，苹果开始真正介入 ARM 芯片设计，推出了名为 A4 的自行设计 ARM 处理器。A4 采用了 ARM 授权的 Cortex-A8 IP Core，但是苹果找来了 Intrinsity 公司（已经被苹果收购）和三星公司合作进行了一些调优，可以让 A4 的频率跑得比基于上一代制程的 Cortex-A8 更快。曾经有说法认为 A4 的 L2 cache 大小是 640KiB，但是后来确认修正为 512KiB（这是 ARM Cortex-A8 内核的可选配置方式之一）。

A5 系列依然是采用 ARM IP core，从 Cortex-A8 升级为 Cortex-A9 双核，不过整个 A5 系列出现了三个版本，即 APL0498、APL2498、APL5498（A5X），三个版本的芯片面积各不一样，其中 A5X 的 GPU 是四核 PowerVR 5 并且拥有 4 通道内存总线，定制化设计在这里体现得非常明显。

真正的定制化设计是从 A6 开始，苹果公司给 A6 搭配的 CPU 内核是完全有自己团队开发的 Swift，不仅这样，苹果还提出了一个新的名字：ARMv7s。传统上，ARMv7 是属于 ISA 版本名称，不过 ARMv7s 至今都并未出现在 ARM 官网的公开资料里，因此 ARMv7s 可能并非 ARM 的产物，而是苹果自己在 ARMv7 基础上做的一个架构优化定义，让编译器可以为 Swift 微架构匹配对应的调优，本质上 ISA 还是 ARMv7A。

那么 Swift 和以往的 Cortex-A9 相比有哪些改进呢？苹果公司并未详细说明，传统上这家公司就是这样，千方百计捂着，不过 Anandtech 利用一些自己编写的微型基准测试程序进行了一些探测，以程序员的角度大致估量出了 Swift 的微架构是长得如何了。

在前端部分，Swift 具备三个指令解码器，可以每个周期完成三条指令的解码，而在指令分发器上，具备五个发射端口，浮点单元、整数单元各占两个，还有一个专供 Load/Store 单元使用，具备乱序执行能力、整数流水线深度为 12 级，cache 子系统的时延比 Cortex-A9 低了差不多一半。

“ARMv7s”的设立估计就是让编译器获知编译执行对象是 Swift，这样就能对各种指令顺序进行一些预调度，确保尽可能低的 CPI。

简而言之，A6 系列就是采用了比 A5 系列更先进制程和微架构的产物，其中的 CPU 内核则是苹果首次真正完全执行开发的设计，未来是否会在 GPU 上也有类似的动静将会是值得关注的。