64位ARM處理器將成為主流 意味著什麼

2023-12-07 05:50:19 2

    泡泡網平板電腦頻道9月15日 64位計算的歷史相當豐富有趣。Cray等公司在70年代就已經開始在自己的系統當中使用64位寄存器，但真正純粹的64位計算直到90年代才真正到來。 首先是MIPS的R4000，然後是DEC的Alpha處理器。到90年代中期，英特爾和Sun都已經擁有64位設計。而對於消費者來說，真正的轉折點是AMD在2003年發布了一款兼容英特爾32位x86處理器的64位PC處理器。

    PC銷量不斷下滑，大部分智慧型手機和平板電腦都擁有了主頻在1-2GHz之間的多核心處理器。但它們使用的都是32位架構，而非現代PC 和伺服器所使用的64位架構。到現在為止，這都是可以接受的。智慧型手機並不會去和PC拼性能，這些處理器需要足夠節能，以實現續航的最大化。

    但是，隨著設備的發展和新技術——語音識別、3D遊戲和高解析度顯示屏——逐漸普及，32位處理器的能力已經漸漸被推到了極限。

    ARM看到了64位節能處理器的需求，並在正式發布ARMv8-A架構（首個包含64位指令集的ARM架構）之前就早早開始了新設計的開發，還從其他選擇發展 64位技術的晶片設計廠商那裡學習到了經驗和教訓。ARM的新款64位架構具備對於旗下32位架構的全面兼容，這意味著如果處理器運行於64位系統，它就 可以運行未修改的ARMv7 32位二進位文件。對於Android來說，這意味著一旦內核被移植到64位（多虧了Linaro，它們已經如此了），系統的其餘部分，從核心庫到應用再 到遊戲，都是可以在32位或64位之間進行切換的。

    去年，蘋果憑藉著iPhone 5s的全新64位A7處理器震驚了整個移動領域。A7採用了蘋果設計的ARMv8雙核處理器，名為Cyclone。它使用了兩個64KB L1緩存（供兩個核心分別使用），一個1MB L2緩存（被兩個核心所分享）和一個4MB L3緩存（為整個SoC所用）。蘋果擁有ARM架構授權，這意味著它可以從頭開始設計自己的處理器，但前提是這些處理器必須是ARM兼容的。ARM擁有一 套測試套件，用以檢查這些處理器是否具備兼容性。

    在未來幾個月裡，我們將會看到高通、聯發科和三星紛紛推出自己的64位ARM處理器。再考慮到Android在64位化的努力，用不了多久我們就將看到運行於64位Android系統的64位設備了。但對於開發者和終端用戶來說，64位處理器意味著什麼呢？

受益於ARM的64位架構

    每一部CPU的中心都是一套寄存器，他們都是用以存儲數字和地址的內部存儲插槽。當執行複雜任務時，這些插槽會被反覆使用。如果所有的寄存器都處於佔用狀 態，那麼處理的唯一方式是將其中一個寄存器存儲在內存當中，使用寄存器進行下一個任務，然後再從內存當中重新載入之前的值。對於人類來說，這一切都發生在 一瞬間。但對於處理器來說，這實際上是一個非常耗時的順序，並不十分效率。

    32位ARMv7架構擁有15個通用的寄存器，每一個都有32位 寬。而ARMv8架構擁有31個通用寄存器，每一個為64位寬。這就意味著優化代碼使用內部寄存器的頻率應該要比內存更高，同時也可以保留更大的數字和地 址。結果就是，ARM的64位處理器在運行速度上會更快一些。

    在能效上面，64位寄存器的使用並不會提升功耗。在某些情況下，64位核心執行部分任務的速度會更快一些，由於運行時間的減少，這也就會使其顯得比32位核心更加節能。

    尋址（Addressing）是64位處理器的另一個層面。在PC和伺服器領域，32位的局限主要在可訪問的內存上。如果你想要使用超過4GB的內存，就需 要使用64位處理器。因為可以使用大物理地址拓展（LPAE），某些ARMv7處理器能夠使用超過4GB內存，所以嚴格來講，內存的限制並不是ARM處理 器所遭遇的問題。由於LPAE的存在，Cortex-A15處理器能夠處理1024GB內存，而64位的處理能力更是高達200萬TB。因此在短時間內， 任何一部智慧型手機都不需要完整的64位尋址。追求永遠都不會被用到的尋址空間是毫無意義的，因此ARMv8架構採用了48位尋址，這已經是256TB了。

    雖然沒有什麼程序或遊戲會用到TB級別的內存，但在另一方面，這種尋址能力又非常重要。現代3D遊戲通常都帶有大量的資源，當擁有超過4GB的可訪問空間 時，這些資源能夠被更加輕鬆地進行內存映射。這樣一來，遊戲的運行速度會得到提升，並讓直接訪問遊戲多媒體資源成為可能。

不只是智慧型手機和平板

    ARM上64位計算的好處並不僅限於智慧型手機和平板電腦。ARM的生態系統很廣闊，他們的處理器也被許多不同類型的設備所使用。伺服器市場是ARM處理器影響力 有限的一個領域。資訊時代的發展讓維持數據中心所消耗的能源持續快速增長，而任何能夠降低能源使用的技術都是對於資金和自然資源的節省。除了節能之外，在 伺服器當中使用64位ARM晶片還有其他的好處。這些伺服器都會被動散熱，這意味著你可以將它們集中在一起，而無需擔心會發生過熱的情況。這樣一來，用於 散熱上的花費也將有所降低。

    至於伺服器軟體，Linux這樣的作業系統已經是64位的了，其主線內核當中也已經加入了對於ARMv8的支持。這也就是說，製作運行於64位Linux、ARM處理器的伺服器並不會很困難。

總結

    多虧了ARM，64位的移動計算時代就要到來了。這些新的處理器不僅速度更快，還為移動平臺開啟了更多的可能性。從32位向64位的遷移道路已經被鋪就，無論是什麼作業系統，開發者從32位進入64位都不會有任何意外。

    在未來幾個月裡，ARM的合作夥伴都將推出Cortex-A53和Cortex-A57處理器。當中有的會採用雙核或四核的標準配置，也有的會選擇big.LITTLE配置。但有一點是肯定的，那就是這對於ARM和普通用戶來說都是一個激動人心的時刻。■

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