ARM Cortex 系列公版CPU是当前安卓手机SoC的首选方案，为了适应手机市场高速迭代的需要，ARM在每年的这个时候都会公开自己最新的架构，随后到了年底或者明年初，就会有采用对应架构的SoC登场。

在今年的Cortex系列更新中，ARM 分别发布了大核心Cortex X2的升级版Cortex X3，中核心Cortex A710的小改版 Cortex A715，以及小核心Cortex A510的第二版Cortex A510 v2。

相比于以往，今年Cortex系列更新的型号比较凌乱，严格来说，只有Cortex X3是全新的核心，而Cortex A715和Cortex A510 v2都是上一代Cortex A710和Cortex A510 v1的一个打磨版。那么，今天就来聊聊这三个架构，看看还能不能从ARM的数据中看到一些猫腻？毕竟上一代Cortex X2/A710/A510v1可以说是十足的大骗子。

大核心 Cortex X3

自从ARM在Cortex A77发布后，ARM就再也无法在保持PPA均衡的基础上继续显著的年化性能提升。因此，ARM从那个时候就开辟了一条全新的Cortex X产品线，依靠牺牲一部分成本和功耗，换取性能提升的余地，并朝着苹果的A系列追逐。

作为今年唯一全新的核心，Cortex X3依然仅支持64bit指令集，并且ARM官方宣称其IPC相对于Cortex X2提升11%，综合性能提升22%。如果单从Gen2Gen的比例来看，ARM Cortex X3所宣称的IPC进步幅度是很令人满意的，因为一般的产品都很难维持每年超过10%的IPC提升的。

从微架构层面上面来说，Cortex X3的前端依旧采用解耦设计，这样的话分支预测器的带宽将会比指令或许的带宽要高很多，有助于减少延迟并减少分支预测中的冒泡产生。而在Cortex X3中，这块也有了更大的提升，分支目标缓冲有了更大的提升，L1+L2 BTB部分提升了50%，而L0部分则是提升了整整10倍。

从ARM的官方数据来看，经过了这样的改进改进后，Cortex X3在分支预测的开销部分平均减少了12.2%，并且当出现分支预测失效或者气泡时，总的开销周期也减少了3%。

Cortex X3的另一个主要更新是当分支预测，Cortex X3采用了一个全新的更小的专用分支预测器，减少了大约6.1%的分支预测失败概率。

在指令Fetch方面，Cortex X3也有不小的改变，微指令缓存MOP Cache从X1的3K Entry下降到了1.5K Entry，即只有1/2的容量了，这个数值只和之前的Cortex A77持平。但是，尽管只有一半的容量，ARM声称性能并没有下降，依靠容量下降，这部分的流水线周期从10下降到了9，并且依旧可以每个周期输出8个MOP，效率高了很多。

ARM这么做的动机应该是在调配资源，作为一个复杂的架构，单一部件的容量不一定带来性能提升，甚至在不匹配的情况下可能会有反效果，ARM这个提升效率减少容量的做法，有助于提升能耗比。 对于类似Cache的东西，容量不是100%关键的参数，效率和延迟同样很重要。

此外，Cortex X3的解码带宽也提升到了6个解码器，ROB也到达了320的水平，总体来看，Cortex X这条线的IPC和规模是和Intel的性能核心一直差不多的。

最后的改变是在访存上。Cortex X3最显著的改进是，其整数的load带宽从每周期24B提升到了每周期32B，提升达到25%。

最终，根据ARM官方的测试，Cortex X3相比于上一代Cortex X2的IPC平均提升11%，其中SPECINT06提升的多一些，GB5提升10%，而SPECINT2017测试比较低。如果ARM没有虚标，那么我整体觉得还是很满意的，现如今能每年有10%的IPC提升是很不错的一个数值了。 ARM其实还给了另外一个性能增加25%-34%的对比，但是单个是在非常不公平的前提下进行的，用的满血X3对比市面上现有的成品，不具备参考性，大家别被误导。

中核心Cortex A715

去年首个ARMv9.0 的Cortex X2+A710+A510的组合里，根据相关测试，最为拉胯的就是承担绝大部分主力工作的A710核心。 而今年，ARM并没有进行一个大版本的更新，而是只是推出了一个小改版的A715，去除了32bit支持，并一定程度上优化了效率。

首先来快速过一下A715的架构更新部分，在前端部分也是加强了分支预测，太细节的改进我也不和尚念经了，反正我讲不清楚，你们也看不清楚，大家都不是专门搞这个的。

对于A715来说，最显著的更新就是不再支持32bit的指令集，而是一个纯纯的64bit架构。在处理器中，32bit和64bit得使用两套不同的指令集，砍掉32bit的支持可以节省一半的通用指令集的支持，减少复杂度，增加效率。

根据ARM的数据，单纯因为砍了32bit，A715的加码器大小就只有A710的1/4了，极大的提升了效率。A715有了更好的机会去堆解码，解码器宽度提升到了5。

解码部分的另一个重要举措是，比X3砍半MOP还要狠的是，A715这回砍了MOP缓存。 可以看到说，ARM这代的升级中，X3和A715都是加宽了解码器宽度，然后减少了MOP，并优化了其它效率，总体看起来似乎都是在降本增效。反正这个一增一减，整体的解码器效率基本持平，纯粹是为了功耗优化。

自从有了Cortex X系列后，A系列的走向越来越精简了。MOP缓存是A77加上的，或许这也是A77 IPC明显提升的一个因素，但现在又给砍了。据我观察，MOP缓存这东西应该真的挺费电的，你看Intel的Gracemont核心，也是同样的策略，超宽的解码器但不搭配MOP缓存。

在内存子系统部分，A715也有不小的改进，具体看图吧，反正看单一的数据也分析不出来什么。

根据ARM的资料，在同性能下A715减少了20%的功耗，或同功耗提升了5%的性能。这个数值是不是乍看挺高的？但实际上，我觉得ARM今年又玩了文字游戏。

如果在正常的情况下，同性能下减少20%的功耗，换算过来并不会是同功耗提升5%的性能，因为这意味着下降5%的频率，就降低20%的功耗了。如果没意外，这个操作手法应该还是之前ARM惯用的一招，那个20%的功耗下降包含了工艺拐点的变化，参考性不高。

对于消费者，你们关注A715只是同功耗提升5%性能，提升5%能耗比就差不多了。你们看ARM的PPT，A715的最高功耗并没有比A710低，而来开的那个性能也就是5%而已，作图大师。毕竟在ARM的PPT里，A710的能耗比都比A78高不少是吧？

我觉得A715的整体改进里，确实透露着大量用于改进能耗比的东西。A715在前端砍了很多东西，应该是有助于优化能耗比的。如果要解释为什么ISO性能下降20%功耗，但是ISO功耗只提升5%的性能，除了刚刚说的工艺拐点因素外，可能另一个因素就是因为A715的总体规模精简了，所以在不冲击高性能的前提下，是有助于能耗比的，但是一旦冲击高性能，因为砍掉的资源能耗比就不理想了。

不管A715的真实能耗比提升怎么样，用A715都是很尴尬的。安卓市场的32bit APP还没有完全消除，这代A715不支持32bit，那么下一代SoC，要么完全依靠更为弱鸡的A510 V2，要那么加一个A710丛集。无论选择哪个方案，实际的安卓SoC的能耗比提升都不会那么美好，选择弱鸡A510V2没性能，选择A710也会冲淡表现。

所以说白了，A715就是一个64bit特异版的A710，在如今安卓市场下，玩的是左手换右手的把戏~ 它的实际改进幅度，我觉得不如A510 V2，这个至少增加了指令集支持，还提升了能效，并不是左手换右手的游戏。

小核心 Cortex A510 v2

不同于Cortex X3和A715，今年的小核心并没有一个全新的名字，而是简简单单的Cortex A510 v2。A510 v2，总结起来就两个改变：1）增加了32bit的支持，2）减少了5%的功耗开销。这在我看来 Cortex A510 v2的改变不比A715少，A715是内部动了但表现不出太多，而A510 v2则是外部表现足够多。

其实你们会看A715的改进就会发现，去除32bit的支持是让A715得以能耗比改进的重要原因，而A510v2确实反其道行之，在增加了32bit支持后还能降低功耗，我觉得这可比A715厉害多了。

总线DSU-110

ARM这边的核心组合是依赖于相应的总线的，ARM在这代上也做了一定的升级，全新的DSU-110可以支持最高达到12个核心，这可以让SoC的核心组合更加灵活，特别是在为PC设计的芯片中。

评价

最后根据已有的Geekbench 5成绩来估计和换算，大致可以估计到的是，Cortex X3的IPC目测正好刚刚超过果子的A12，落后大约4年的时间吧。 Cortex A715暂未披露IPC数据，目前我也只收集到缩水缩成狗的A715的数据，连天玑8100都不如的那种。 ARM官方说A715的性能持平X1，估计这是超级满血+算上频率了吧。

总体来看，ARM这波更新里每一个核心都得到了一定的改善，但是这些改善并不足以解决上一代（X2+A710+A510）的问题。 上一代核心里，最大的问题是有且仅有A710支持32bit，但是却又是能耗比最为糟糕的一个核心。而这一代核心里，A715的能耗比有所提升，但是又不支持64bit了，无论是四丛集设计还是依靠A510v2，这代SoC遇到32bit的老软件时，应该体验都会更糟糕。

总体来看，ARM这波更新里每一个核心都得到了一定的改善，但是这些改善并不足以解决上一代（X2+A710+A510）的问题。 上一代核心里，最大的问题是有且仅有A710支持32bit，但是却又能耗比最为糟糕的一个核心。而这一代核心里，A715的能耗比有所提升，但是又不支持64bit了，无论是四丛集设计还是依靠A510v2，这代SoC遇到32bit的老软件时，应该体验都会更糟糕。