Cortex X2/A710:和苹果的差距还有多少？

这个东西也算是憋了很多，除了做新的live2d，另外一方面，我也不想做基本ARMppt的翻译。我也想在这里先提出来一个问题：ARM的X系列核心和苹果A系列大核有多少差距？

新的指令

在Arm V9之后，X2和A710就是首先使用新的指令集的IP，所以首先来了解一下上次挖的坑。

X2和A510都是不支持AArch32的，而A710保持了AArch32的兼容。我上次挖的坑BF16和GEMM指令的支持可以查找X2和A710的软件优化手册。

首先，Armv8.5的部分都有（除了AArch32只有A710有）。接下来可以查一下BF16：

显然支持了ASIMD和SVE指令的BFloat16相关的指令。而在BFloat16指令里，又有Matrix（矩阵）指令：ASIMD/SVE matrix multiply accumulate/矩阵乘法累加。

挖掘访存空间

当你回顾X2和A710，他们相对前代的X1和A78，除了新指令带来的相关指令，最明显的额改动就是指令和数据TLB增加到了48 entry，X1的ROB从224entry增加到288。

另外一个改动是，流水线上，将dispatch的2个周期减少到了1个周期。一方面流水线长度减少了一级，但是一方面，实际上11到10级的影响并不大，比如已知之前的流水线设计的A77普遍超频上了3.2GHz：

显然，这里的2.91GHz是一个不可能这么低的底线，因为实际上，流水线减少意味着触发器减少了。单指令的执行时间变短了，所以频率一定会比2.91GHz更高，甚至实际上根本不需要担心。另外一方面，单指令的执行时间确实变短了，时钟性能绝对性能都会有很大的提升。尤其是在X2和A710相对于前代其他改动都不明显的情况下：一方面提高分支预测的命中率，减少五分支预测的惩罚的影响（尤其是ARM对于分支预测的部分向来谜语人）。同时

，改进了预取器提高了命中率。总的来说，这些部分ARM给你看的就是前端和后端的stall（停滞）的减少程度：

A710除了上面提到的TLB改进，另外将MOP Cache的带宽从6个MOPs每周期减少到了5MOPs每周期。实际上还有点缩水。

X2和苹果

首先来看，X2的疗效，一方面ARM宣传了16%的PPC提升：

但是众所周知：评价一个架构的是性能，功耗，面积这三个要素。ARM也有给了其性能功耗曲线：

A710明确表示了A78某个位置上，同性能功耗降低30%，同功耗性能增加10%。

就像之前我曾提到的，不可能说同频率性能增加而功耗不增加，这里时钟性能提升当然是在10%以上。而X2整个就和谜语人似的更本没有标尺，老谜语人了。

不过既然有现成的X1和A78曲线的我，当然可以去吧这个曲线对上去：

我这里实际上发现，X1的数据基本和2.8-2.9GHz的X1是对的上的，而A78几乎是和2.8GHz一致的。而另一方面，ARM明确再说三星是合作伙伴，实际上也刚好有对的上的三星SoC：猎户座2100，可以知道这里的A78和X1基本就是猎户座2100，不过我这里以高通的骁龙888做参照。

这里，整个系统的三级缓存在8MB，而A710核心的二级缓存在512KiB，你可以预料三星一下一代的缓存配置基本就是这样，而同代其他旗舰应该也大差不差。

对比今天的次旗舰和旗舰大核和中核的实际表现：

可以看到从X1开始，X系列核心在不断的冲向苹果大核心的表现。不管是功耗还是性能，相比之下A710倒是继承了过去A系列大核的表现，相对的中间功耗。而实际上不管是SSN5对于TSMC N7的A13，还是相同TSMC N5拟合去对A14，显然性能功耗曲线上和苹果大核心的差距已经很小了。但是无论如何，X2都没有苹果A13或者A14的4.5W附近的功耗，所以实际上还是有很大的性能上的差距。但是，可以看到如果在X2同代有厂商跑高频并且接下来继续提高阈值，可以预见的是苹果的大核优势会越来越小。

A710至少，SSN5应该可以超过TSMC N6的A78还是不错的。甚至可以想象，同代工艺的X1在没那么高频的情况下还算差不多很接近也是很不错的了。

而简单的标注一下：

实际上，依靠过去测量的SRAM密度，我这里可以估算出X2/A710/V1/N2的面积：

微架构三角

这里，我觉得可以拉出来一个经典的架构问题：通常性能功耗面积，三者只能取两者。典型的苹果大核和X系列核心就是选择了性能和高性能的功耗而抛弃了面积，这里就可以画一个雷达图，来更加综合的表现微架构：

*新增：对面积进行了重新评估，同时区分了N5节点（这里是SS N5）和TSMC N7节点。

可以看到，A710在能耗比和面积性能上占优，而X系列核心和苹果大核都主要集中在性能上，而抛开TSMC N5的A14，都不在面积性能上很占优。单独取苹果大核：

可以看到，当统一架构之后，A12到A14都在逐渐放弃面积性能和能耗比来换取性能。而A14正是搭配了TSMC N5的工艺，才在面积性能和能耗比上拉回来表现。

ARM端的X1到X2也明显在重复这个过程，明显有一个冲性能的过程，而相对的A710则保持能耗比和面积性能的优势。当然这里的A710并不是一个运行在高频率的环境，本身就避开了弱势的高频性能。

这里将三角形的质心在这样一个坐标体系下画出来，就是最终得到到的性能面积功耗的倾向图：

需要注意的，这张图的结果也和具体的频率有关，想象当你给CPU超频，一方面CXPU性能得到了提升，同时随着性能提升，面积性能也得到了提升，而能耗比则不断降低，这会使得随着超频，这里的标定会随着超频向左偏上移动，向苹果大核心的部分移动。而当你给CPU增加缓存，性能会有幅度不大的提升，而能耗比不变或者提升，面积性能降低，这里就会向右上方移动，就如同这里别的N2和A710的样本的移动一样。

具体的相关的可以在未来再做阐释。

总结

总的来说，X2等X系列核心注定是要被人说功耗高的。一方面向苹果大核靠近，伴随的功耗提升，是和之前A系列大核的特征不同的，但是我想将来的X系列大核心的趋势就是如此了。而A系列核心确实保持了过去的功耗阈值，更接近很多人预期的大核。