自主架构那些事

　　iPhone 4开始，苹果正式采用“A系列”的名称，用以命名旗下自主架构设计的处理器。

　　Qualcomm骁龙系列处理器自Qualcomm骁龙S1开始，就已经采用自主架构设计，从单核、双核的Scorpion，到四核的Krait，再到如今的64位架构Kryo，一步一个脚印地打造其处理器帝国的基石。

　　受Qualcomm在全球手机处理器市场的影响，三星、联发科、LG、联想、小米、华为、中兴纷纷传出需要自主设计处理器架构的消息，可谓百花齐放。究竟Qualcomm的自主设计架构有什么魅力，能够让全球的IDM、Fabless和手机厂商纷纷投身到自主设计芯片的热潮中？先用一张图简单介绍一下IDM、Fabless和Foundry三者之间关系，感兴趣的读者在下文也会详细介绍。

IDM、Fabless和Foundry三者之间关系

　　既然有自主设计架构，自然就有公版架构，而这个公版架构就是ARM。在PC市场有Intel和AMD统领的x86架构处理器，而在手机和平板市场则是ARM架构处理器占去了一大半的江山。如今的三星、联发科、华为纵然拥有自主设计的手机处理器，例如Exynos 7420、MT6795、麒麟950，但他们依然采用了ARM Cortex-A系列的内核，严格意义来说架构在根本上没发生改变，正如如今那些所谓深度定制的Android系统，底层依然是Android系统，但是交互层的UI设计和逻辑修改成了手机厂商深度定制的模样。

　　苹果和Qualcomm则不同，以最新的苹果A9和Qualcomm骁龙820为例，他们采用的自主研发处理器，在架构上并没有直接采用Cortex-A系列的核心（例如Cortex-A72或者Cortex-A53），只是采用了ARMv8架构的指令集。

　　当年采用了32位指令集的Krait架构，和如今支持64位指令集的Kryo架构，相比同时期那些双4核和真8核处理器架构，无论性能上还是能耗上表现都让人印象难忘。自主架构的优势，第一点就是用最少数目的核心打造更强性能和更低能耗的处理器。这一点在之前的文章有讨论过，详细请参照：“机情问答：全面了解Qualcomm骁龙820”中，关于“Kryo CPU四核心相比如今烂大街的8核处理器会不会出现性能上的瓶颈？”这个问题的解答。

　　链接如下：http://www.cnmo.com/reviews/524139.html

　　除了用更少的人做更多的事情这个好处，Kryo CPU自主设计架构还对ARMv8指令集进行了优化。众所周知，ARMv8指令集兼容32位和64位两种指令，继承了ARMv7架构的TrustZone、虚拟化技术和NEON advanced SIMD技术。而TrustZone就是ARM提供给其它Fabless厂商的安全接口，用于加密存放指纹识别模块记录的隐私信息等敏感内容，Qualcomm在公版的基础上进一步加强这方面的内容，提出“Sense ID指纹识别”。这项技术在年初的MWC上正式提出，和如今手机厂商普遍采用的电容触控板指纹识别模块不同，“Sense ID指纹识别”模块采用的是超声波技术扫描指纹，相比电容传感器记录的二维指纹图像，超声波扫描还能渗透到皮肤表面之下识别出指纹独特的3D特征，对于手指沾有污垢或者不便使用手指解锁的场合，“Sense ID指纹识别”无疑是一个不错的选择。另一方面，“Sense ID指纹识别”和普通的电容式指纹识别技术不同，需要将指纹识别模块和Qualcomm骁龙处理器密切配合才能够工作，有赖于Qualcomm自主设计架构修改了ARMv8指令集和TrustZone接口的内容，扩充了ARM公版架构的内容，考虑到用户更多实际场景。

Sense ID指纹识别

　　另一个优势就是理论上最大主频相比ARM公版架构，能够达到更加高水平。众所周知，前两年在Krait 450架构（Qualcomm骁龙805处理器）上，Qualcomm最终以2.7GHz的杰出成绩为Krait架构画上了圆满的句号。相比同时期采用Cortex-A15架构的处理器，例如三星Exynos 5410、Exynos 5430的最高主频都要高出不少。类似地，作为Kryo CPU的对手，ARM的Cortex-A72内核最高能够达到的主频仅为2.5GHz，而Qualcomm公布Kryo CPU最高能够达到3GHz主频。进一步体现了Qualcomm自主架构的优势。

　　和ARM公版架构相比，最后一点优势就是，以Kryo CPU为核心，负责管理整个SoC的不同配置，选取最高效和最有效的处理器与专用内核组合、并以最低功耗，最快地完成任务的Qualcomm Symphony System Manager。这也是打通Qualcomm骁龙820内部各个模块（CPU、GPU、ISP、DSP等）的“中枢神经系统”和“司令部”。针对ARM公版架构模块间在通讯性方面关联性不强的软肋，在Kryo CPU自主架构上有针对性加强。这也是Qualcomm在看到今后异构计算逐渐成为市场主流的背景下，在自主架构设计上引入的全新思维。

Qualcomm Symphony System Manager（截图来自Qualcomm）