高通新一代移动处理器Snapdragon S4完全解析
  • ChrisR
  • 2011年10月29日 15:45
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缓存和内存的层次结构

高通Krait核心具有三级缓存结构,低级别的两级缓存为每个核心独享,而第三级别缓存为所有核心共享,高通将每个级别缓存按级别从低至高命名为L0、L1和L2.

每个Krait核心具有8KB L0缓存(4KB指令+4KB数据)。L0缓存可在单周期中直接存取,高通称L0缓存有85%的高命中率,使得CPU不必经常访问L1缓存以节省能耗。高通采用的缓存层次结构为独家设计,L0缓存中的数据不必在L1中留有副本。

每个核心还具有32KB L1缓存(16KB指令+16KB数据),采用4路组相联设计,同样可以在单周期中访问。

L2缓存为所有核心共享,双核Krait中L2容量为1MB,相比之下Scorpion中为512KB;四核Krait容量将进一步上升到2MB。Krait的L2缓存为8路组相联设计。

Krait的缓存结构
 
容量
架构
频率
L0
4KB+4KB
直接存取
与核心相同
L1
16KB+16KB
4路
与核心相同
L2
1MB(双核)/2MB(四核)
8路
最大1.3GHz

L0与L1缓存频率与核心相同,电压也一样。而L2缓存为省电采用独立设计方式,拥有自己的运行频率,将根据任务负载实时调整,最大为1.3GHz。

内存控制器部分,尽管上代Scorpion内置双通道LPDDR2内存控制器,但通常情况下内存只能利用到其中一条通道。要利用完整的两条32bit通道,必须在PCB上采用两块32bit DRAM封装的形式。由于高通单通道控制器的效率不低,很多OEM厂商都弃另外一通道不用。

而Krait解除了这一限制,现在OEM常常可以简单把两个32bit DRAM堆叠在一个封装内即可完整利用双32bit内存控制器,预计在性能上对比Scorpion会有不少提升。

制造工艺与频率、功耗控制

Krait将是世界首个采用28nm制程的智能手机/平板电脑CPU,高通目前的制造合作方包括台积电GlobalFoundries两家,而前者将制造首个Krait芯片也是制造主力。因高通考虑采用TSMC的非HKMG工艺会有更小的风险,Krait前期将采用台积电标准28nm LP工艺制造。在高通白皮书PDF给出的对比图中,Krait核心MSM8960的对比对象为NVIDIA采用40nm LPG混合工艺的Kal-El。高通对于制造工艺的态度是,40nm G晶体管只有在全程高频时才有意义,其余多余情况下纯LP工艺晶体管三个更有优势。

高通Snapdragon S4完全解析

和Scorpion一样,Krait每个核心也有自己的独立频率/电压控制机能。高通称这种设计可在多种不同负载率下拥有功耗优势。

首个使用Krait核心的高通SoC为双核1.5GHz的MSM8960,明年该CPU预计将推出制程进一步改进的版本,频率可达1.7-2.0GHz。高通称当Krait与Scorpion核心电压同为1.05V时,Krait的极限频率为1.7GHz,相比之下Scorpion最多只能达到1.55GHz;此时运行相同的某个任务时Krait的功耗为265mW,Scorpion 432mW。虽然满载时Krait可能会比Scorpion消耗更多的电能,但总体上来说Krait运行任务效率高,进入待机状态时功耗下降速度快,总体看来电源管理方面对比上代Scorpion还是有所提高。以此推算,智能手机与平板电脑的实际续航即使没有改进,最坏情况也是与之前持平。

L0与L1缓存频率与核心相同,电压也一样。而L2缓存为省电采用独立设计方式,拥有自己的运行频率,将根据任务负载实时调整,最大为1.3GHz。

内存控制器部分,尽管上代Scorpion内置双通道LPDDR2内存控制器,但通常情况下内存只能利用到其中一条通道。要利用完整的两条32bit通道,必须在PCB上采用两块32bit DRAM封装的形式。由于高通单通道控制器的效率不低,很多OEM厂商都弃另外一通道不用。

而Krait解除了这一限制,现在OEM常常可以简单把两个32bit DRAM堆叠在一个封装内即可完整利用双32bit内存控制器,预计在性能上对比Scorpion会有不少提升。


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