Apple Cyclone — абсолютный лидер в гонке ARM-процессоров

Когда в прошлом году был анонсирован iPhone 5S с 64-битным процессором Apple A7, об архитектуре этого процессора было известно только одно — что это первая на рынке коммерческая имплементация архитектуры ARMv8-A. Однако вся информация о микроархитектуре ядер Cyclone (именно они лежат в основе Apple A7) оставалась чистой спекуляцией до того момента, пока Apple несколько дней назад не внесла в исходный код компилятора LLVM изменения, описывающие некоторые особенности нового процессора.

Теперь, благодаря исследованию известного технического журналиста и эксперта Ананда Лай Шимпи, мы можем достоверно утверждать о микроархитектуре Cyclone следующие вещи:

• ядро Cyclone содержит шесть декодеров, девять портов запуска, четыре целочисленных АЛУ, три АЛУ для операций с плавающей точкой и векторных расширений NEON, два модуля чтения/записи и три модуля предсказания переходов;
• Cyclone может исполнять до 6 операций за такт — четыре целочисленные операции и две операции с плавающей точкой. Это вдвое больше, чем у ядра Apple Swift, использовавшегося в процессоре A6, и чем у ядер семейства Krait, которые сегодня используются в большинстве процессоров линейки Qualcomm Snapdragon;
• объём буфера переупорядочивания (ROB) по сравнению со Swift вырос с 45 до 192 инструкций;
• объём кеш-памяти первого уровня (L1) удвоился и составляет теперь по 64 КБ для инструкций и данных;
• объём кеша L2 не изменился и по-прежнему составляет 1 МБ;
• Cyclone оснащается кеш-памятью третьего уровня (L3) объёмом 4 МБ.

Какой вывод мы можем сделать из этих данных? Только один: ядро Cyclone по своим характеристикам ближе не к другим мобильным процессорам (таким, как ядро Krait в процессорах Snapdragon), а к процессорам настольного класса. Именно этим объясняется тот простой факт, что два ядра Cyclone с тактовой частотой 1.2 ГГц в большинстве задач оказываются быстрее, чем четыре ядра Krait с тактовой частотой 2 ГГц и выше.

Кристалл Apple A7. Фото © Chipworks. Зелёным выделен CPU, жёлтым — GPU

В связи с этим возникают два вопроса. Первый из них звучит следующим образом: зачем Apple понадобился настолько производительный процессор собственной разработки? Ответ на этот вопрос дать трудно: ни в телефоне, ни в планшете на сегодняшний день подобная производительность попросту не востребована, а вот пиковое энергопотребление A7 весьма высоко. Остаётся только предположить, что, возможно, в будущем Apple видит iPad в качестве полноценной замены ноутбука; правда, основным препятствием для этого является не столько производительность процессора, сколько особенности операционной системы iOS, а также малый объём оперативной памяти (всего 1 ГБ).

Второй вопрос звучит следующим образом: чего ждать от Apple в будущем? Совершенно очевидно, что iPhone 6 и планшет iPad шестого поколения будут использовать процессор под названием «Apple A8». Как предполагает Ананд Лай Шимпи, микроархитектура ядра Cyclone настолько амбициозна, что вряд ли в этом году мы увидим её радикальный пересмотр. Скорее всего, прогресс сведётся к «тюнингу» существующей микроархитектуры и переходу на 20-нанометровый техпроцесс вкупе со значительным повышением тактовой частоты (и пропорциональным ростом производительности).

Одно можно утверждать со всей уверенностью: на сегодняшний день на рынке нет ARM-процессоров, которые могли бы составить конкуренцию Cyclone, и только один (!) анонсированный проект, который может составить ему конкуренцию теоретически — NVIDIA Denver. Впрочем, учитывая послужной список NVIDIA в области мобильных чипсетов, лично я не удивлюсь, если у компании в очередной раз получится пшик в стиле «слишком мало, слишком поздно». А ещё лично мне будет очень интересно посмотреть, какие сюрпризы приготовила для нас Qualcomm.