苹果推动，众厂商强攻64bit处理器为哪般

电子发烧友网12月“处理器与DSP特刊”火热下载中，缺你怎可！

　　2013年9月，苹果公司遵照以往发布产品的规律，推出了最新一代的手机iPhone 5S，除了带来了指纹识别和协同处理器M7等创新技术和应用外，最大的亮点来自于其最新的A7处理器，作为首颗应用在智能手机上的64位处理器，苹果再一次引领了潮流。新产品公布以后，业内处理器巨头高通的前任CMO Anand Chandrasekher曾表示“A7处理器只是苹果营造的一个市场宣传噱头，对用户来说并没有实际意义”。事实是否真如他所言？

　　但随后高通公司对这番言论的澄清和同时段三星将推出64位处理器的传闻，使我们相信移动处理器将进入64位的时代，而日前高通推出旗下的首款64位处理器骁龙410更加坚定了我们的观点，那么，我们为什么需要64位处理器呢？

　　为什么要推64位处理器？

　　在开头，我们可以用一个简单的例子来阐述64位处理器带来的好处：

　　“有一个巨大的图书馆，里面有许多藏书，还有一个管理员帮你找书。管理员有32个助理，他们骑着自行车前去取书，然后交给管理员。某天来了一个借书的人，他想要关于恐龙的所有图书，图书馆有65本相关的书籍，那么助理们要跑三趟。第一趟取来32本，第二趟也是32本，最后一本还要一个助理跑一趟。如果图书馆有64位助理，就只需要跑两趟。假如图书馆有256本相关的图书，32位助理要跑8趟，64位就只跑4趟。”

　　怎样，如此一个简单的譬喻是不让大家对整个概念有了一个初步的了解？

　　而iPhone的运行与此相似，它从内存获得数据，一个时钟周期内32位只能处理32位的数据，64位就可以取得64位的数据，如此一来速度、性能、效率就提高了。

　　具体到技术而言又是如何体现的呢？

　　通常ARM是32位的，即32bit，也就是说，在CPU执行命令的过程中，每条指令以32个比特位来表示，而通常CPU一个时钟周期（就是1/频率）只执行一条指令。而现在呢，每条指令是64位的，也就是说，CPU每一个周期执行的内容比以往多了一倍。

　　下面我们举例说明：

　　指令 add A， B

　　前8位是指令代码，CPU识别为执行加法，后面A和B最多只有32-8=24位，也即是说，后面两个加数分别为12位，表示为十进制最大为4095

　　而现在，总长度为64位，那么A和B加起来为64-8=56位，即A和B分别为28位，表示为10进制最大为268435455。

　　也就是说，原本32bit一条指令最多能计算4095+4095，现在能够计算268435455+268435455，而32位指令要计算这个数据需要加计算6万5千多次，即需花费65000多倍的时间来进行计算。

　　这里只是以加法举例，实际情况十分复杂，但总体上，64bit处理器能够在相同的时间内比32bit处理器做更多更多的事情。 比如众黑关注的内存4G的问题：

　　原本32bit最大表示4294967296=4G，所以跳转范围最大支持4G，无法利用更多的内存。

　　现在64bit最大表示18446744073709551616=18446744073G，所以几乎不存在上限。

　　但是！！内存大小只是其中的一个应用而已，64bit相对32bit优势是很多的！

　　虽然A7能够使处理器脱离4GB的限制，同时还有能力调用更多的内存。但是 iPhone 近期不太可能内置那么大的 RAM，也肯定不会达到 A7 最大可寻址的 256TB 物理内存：

　　既然这样，苹果又何必那么麻烦嵌入64位处理器呢？我们已经在文章开头否定了所谓噱头的观点，我们来进一步探究。

　　就表象来看，64位的A7处理器的性能相较于32位的A6提升一倍，其包含的整数和浮点寄存器也是A6的两倍。为了能让芯片一次载入更多的数据，就意味着必须减少连续的缓存或内存访问，这样的话就会造成核心的计算单元减少保持闲置等待数字处理的时间。

　　为了有效的利用的新芯片的优势，iOS的应用开发者必须利用64位整数计算。同时更能利用ARM的NEON结构。

　　上面阐述的优势对于64位的软件来说是非常好的。但对32位代码而言，苹果也承认，其在A7上的表现不如64位版本的软件那么迅速。这就说明执行64位代码有个缺点：当你的数据单元有两倍那么大时，举个例子，一个长的整数在 A6 芯片的 iPhone 占 4 字节，但在 A7 芯片的 iPhone 就要占到 8 字节。你需要两倍的内存来存储相同大小的信息。

　　因此对于整个生态链而言，只有更多64位的应用才能体现其A7处理器的优势。通过这种硬件革新推动软件进步的观点，是苹果一直以来的经营方式。

　　同时这项巨大的技术进步能为游戏行业带来翻天覆地的变化。最起码，这能带来更丰富的OpenGL ES 3.0图形加速接口和更强悍的图形处理芯片。

　　给整个行业带来的影响

　　还记得我们文章开头说道高通前CMO对苹果64位处理器的评论么？其实我想强调的是“前”。因为这番言论，Anand被高通调岗，这样就看出了这间移动芯片巨头对64位处理器的重视。

　　而据高通一位不愿具名的员工说：“苹果64位芯片正中我们的要害。不仅仅我们，而是所有人，真的。我们目瞪口呆、头晕目眩、毫无防备（slack-jawed， and stunned， and unprepared）。（64位和32位）现在不会有性能上的太大差异，因为目前的绝大多数软件无法从中获益，但是看上去就像是大了32，现在大家都想要（64位）了。”

　　高通的这位员工进一步透露：“（高通的）64位路线图远远没法和苹果比，因为谁都觉得它没那么重要。（从32位到64位的）演进应该是稳妥的。当然了，它很诱人，也是未来，但就现状而言真没什么意义。”

　　当纵使是这样说，高通在日前推出了其首款64位处理器骁龙410 MSM8916。虽然这只是一颗基于ARM Cortex-A53架构设计的低端芯片。但这也算是一个好的开始。相较于苹果每年只需设计一颗芯片，高通则需要一个完整的产品线，来满足高中低端市场，因此对于高通而言更有一条更长的路要走。

　　而另一个芯片制造商三星也跟随苹果的脚步提出下一代Exynos要上64位。根据三星公司System LSI部门总裁禹南星的介绍：

　　三星将用“两步走”的战略来开发64位处理器，首先，三星将会参照ARM的设计来研发64位芯片，即推出Exynos 6系列；然后，再根据实际情况来优化设计，也就是Exynos S系列。

　　至于64位处理器的发布时间，禹南星只是含糊的表示“我们正在按计划行事”，但不用说大家应该也都知道，这款处理器会首先应用在三星明年的旗舰产品Galaxy S5上。

　　此外三星还暗示未来的移动设备将会配置像PC电脑一样的内存，这同样要用到64位处理器，毕竟4GB以上的内存就必须要64位处理器才能支持了，在大多数情况下32位芯片是无法对大容量内存提供良好的支持。

　　而另一个无线巨头博通，虽然在移动处理器领域，名气不大，但这次也搭上64位处理器的东风，顺势推出64位处理器。

　　博通表示，新处理器同样源于ARMv8 64位架构，但是并非把架构拿过来就用，而是和苹果、高通类似，基于原指令集自行开发而来，超标量乱序执行架构，四发射四线程，号称拥有“最佳的CPU核心”、“最佳的硬件加速器”、“智能电源管理”。

　　博通计划采用台积电16nm FinFET三维晶体管工艺制造，这就意味着要到2015年才能看到它了，因为这种工艺安排在2015年初投入量产。

　　但等待会是值得的。借助先进的工艺，主频可以达到3GHz之上，性能自然可想而知。

　　博通最后指出，这种处理器主要面向无线、存储、网络、安全四大领域（市场总价值30亿美元），所以很可惜，智能手机和平板机里基本不会有它的身影。

　　而在这股浪潮里面，国内芯片厂商的努力也不能忽视。

　　根据早前网上流传的一份路线图显示：

　　全志将于2015年年底推出A9X，这标志着其也将迈入64位时代，用上Cortex-A53/A57，怀疑也是双架构混合，同时号称GPU是现在的4倍。

　　A9X将会使用台积电的新工艺制造，但究竟是20nm还是更先进的16nm FinFET尚未确定。前者明年初量产，后者后年初，时间上都很充裕。

　　在一个全民64位的年代，究竟会为我们带来如何的体验，我们目前尚未可知。苹果这次引领的创新，会带来什么的提升，让我们拭目以待。