[分享] 64位元手機處理器到底有啥用？

陳誠誼2014-9-30 01:27

64位元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统當中使用64位元暫存器，但真正純粹的64位元計算直到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位元設計。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位元x86處理器的64位元PC處理器。

再向前快進10年，PC銷量不断下滑，大部分智能手機和平板電腦都擁有了cpu在1-2GHz之間的多核心處理器。但它們使用的都是32位元架構，而非現代PC和服務器所使用的64位元架構。到現在為止，這都是可以接受的。智能手機並不會去和PC拼性能，這些處理器需要足够節能，以實現續航的最大化。
但是，随著設備的發展和新技術——語音識别、3D游戲和高解析顯示螢幕——逐漸普及，32位元處理器的能力已經漸漸被推到了極限。
64位元ARM處理器意味著什麼？
ARM看到了64位元節能處理器的需求，並在正式發布ARMv8-A架構（首個包含64位元指令集的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位元技術的芯片設計廠商那裏學習到了經驗和教訓。ARM的新款64位元架構具備對於于旗下32位元架構的全面兼容，這意味著如果處理器運行于64位元系统，它就可以運行未修改的ARMv7 32位元二進制文件。對于於Android來說，這意味著一旦内核被移植到64位元（多虧了Linaro，它們已經如此了），系统的其餘部分，從核心庫到應用再到游戲，都是可以在32位元或64位元之間進行切换的。

去年，蘋果憑藉着iPhone 5s的全新64位元A7處理器震驚了整個行動領域。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（供两個核心分别使用），一個1MB L2緩存（被两個核心所分享）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，用以检查這些處理器是否具備兼容性。
在未來幾個月裏，我們將會看到高通、聯發科和三星紛紛推出自己的64位元ARM處理器。再考慮到Android在64位元化的努力，用不了多久我們就將看到運行于64位元Android系统的64位元設備了。但對於開發者和终端用户來說，64位元處理器意味著什麼呢？(註:64位元的HTC 820已經銷售)
受益於ARM的64位元架構
64位元ARM處理器意味著什麼？
每一部CPU的中心都是一套暫存器，他們都是用以儲存數字和地址的内部儲存插槽。當執行複雜任務時，這些插槽會被反復使用。如果所有的暫存器都處于佔用狀態，那麼處理的唯一方式是将其中一个暫存器儲存在内存當中，使用暫存器進行下一個任務，然後再從内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顺序，並不十分有效率。

32位元ARMv7架構擁有15個通用的暫存器，每一個都有32位元寬。而ARMv8架構擁有31個通用暫存器，每一個為為64位寬。這就意味着優化代碼使用内部暫存器的頻率應該要比内存更高，同時也可以保留更大的數字和地址。結果就是，ARM的64位元處理器在運行速度上會更快一些。
在效能上面，64位元暫存器的使用並不會提升功耗。在某些情况下，64位元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位元核心更加節能。
尋址（Addressing）是64位元處理器的另一個層面。在PC和服務器領域，32位元的局限主要在可訪問的内存(RAM)上。如果你想要使用超過4GB的内存，就需要使用64位元處理器。因為可以使用大物理地址拓展（LPAE），某些ARMv7處理器能够使用超過4GB内存，所以嚴格來說，内存的限制並不是ARM處理器所遭遇的問题。由于LPAE的存在，Cortex-A15處理器能够處理1024GB内存，而64位元的處理能力更是高達200萬TB。因此在短時間内，任何一部智能手機都不需要完整的64位元尋址。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位元尋址，這已經是256TB了。
雖然没有什麼程序或游戲會用到TB级别的内存，但在另一方面，這種尋址能力又非常重要。現代3D游戲通常都帶有大量的資源，當擁有超過4GB的可訪問空間時，這些資源能够被更加輕鬆地進行内存映射。這樣一來，游戲的運行速度會得到提升，並讓直接訪問游戲多媒體資源成為可能。
不只是智能手機和平板
ARM上64位元計算的好處並不僅限於智能手機和平板電腦。ARM的生態系统很廣闊，他們的處理器也被許多不同類型的設備所使用。服務器市場是ARM處理器影響力有限的一個領域。信息(資訊)時代的發展讓维持數據中心所消耗的能源持續快速增長，而任何能够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，在服務器當中使用64位元ARM芯片還有其他的好處。這些服務器都會被動散熱，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况。這樣一來，用於散熱上的花費也將有所降低。
至於服務器軟體，Linux這樣的操作系统已經是64位元的了，其主線内核當中也已經加入了對於ARMv8的支持。這也就是說，制作運行於64位元Linux、ARM處理器的服務器並不會很困難。
總結
多虧了ARM，64位元的移動(行動)計算時代就要到來了。這些新的處理器不僅速度更快，還為移動平台開啟了更多的可能性。
從32位元向64位元的遷移道路已經被鋪就，無論是什麼操作系统，開發者從32位元進入64位元都不會有任何意外。
在未來幾個月裏，ARM的合作伙伴都将將推出Cortex-A53和Cortex-A57處理器。當中有的會採用雙核或四核的標准配置，也有的會選擇big.LITTLE配置。但有一點是肯定的，那就是這对對於ARM和普通用户來說都是一个個激動人心的時刻。

心得，這篇文章用比較淺顯的描述64位元處理器對手機及行動平台將造成重大的改變，蘋果開了第一槍，緊跟在後的是HTC 820，讀了這篇文章也許你會對這部手機更加期待，原因是它不僅僅是Android系統的第一部64位元手機，而且它所給RAM及ROM都是以往中階手機上很難看到的，我很期待它的表現。

以上文章來自
http://news.mydrivers.com/1/320/320812.htm
本文章最後由( 陳誠誼 )於 2014-9-30 07:29 編輯
內文中的用語，由於牽涉到大陸用語法，比如服務器就是伺服器，智能手機即智慧型手機，信息時代即資訊數位。用語不同，造成文化差異。  


本文章最後由( 陳誠誼 )於 2014-9-30 08:00 編輯

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★HTC論壇三週年生日快樂★
因為你讓我超越想像、不斷實現完美的畫面，讓我看見這一路令人驚豔的一切，我愛上HTC～

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