【A7处理器架构再探：竟有“三级缓存”】

自从iPad 2之后，这是苹果第一次在三款设备内使用同样的处理器、协处理器，A7、M7横跨了iPhone 5S、iPad Air、iPad mini 2，编号均为S5L8960X，无论CPU核心、GPU核心、内存带宽都是一样一样的。

A7是第一颗64位的移动处理器，架构代号“Cyclone”(苹果基于ARMv8指令集自行开发而来)，集成两个CPU核心，每个核心64KB一级指令缓存、64KB一级数据缓存，两个核心共享2MB二级缓存。

从A6 Swift开始，苹果就基于ARM指令集自行设计CPU架构，而且出手就表现不凡，那么这一次，A7 Cyclone又是怎么设计的呢？遗憾的是，苹果从来不公开这方面的细节，A7仍然蒙着神秘的面纱。一度我们认为它不过是A6 Swift(苹果的ARMv7)的进化版而已，毕竟你设计了一个CPU，没必要马上抛弃重新来过。

但我们再次低估了苹果。

首先我们想知道的是，A7 CPU的发射宽度是多少？A6的时候，可以从苹果公开的LLVM文档中轻易获悉三宽度的信息，不过呢，尽管每个时钟周期都可以解码、发射、收回最多三个指令，大多数情况下更像是双发射的，浮点、整数代码混合的时候甚至像1.5发射。事实证明，A6的架构设计很成功，面对高通Krait 300也不落于下风。

A7呢？就目前看来，峰值发射宽度达到了六！也就是相当于A6、Krait的两倍，混合不同指令的时候更是能有三倍。

浮点、整数的共同发射局限也基本不存在了，可以并行发射最多四个整数加法、两个浮点加法。每个时钟周期还可以执行最多两个载入或者存储。

执行端口的数量和分布仍不清楚，但是看上去A7已经是最宽的ARM架构了，甚至比高通Krait 400、ARM Cortex-A15都要宽。 

之前的分析曾经提到A7大大缩短的内存延迟、大大提高的内存带宽，但还有更重要的一点：更大的系统级缓存。

这是Chipworks是公布的A7内核模块分布图，注意右侧的SRAM。它的容量有4MB，最初以为是给ISP(图像信号处理器)用的，但结果发现不止如此，某种程度上可以视为“三级缓存”。

这是单个核心情况下的内存延迟、传输尺寸对比图。注意看，1-4MB区间的延迟不高也不低，再考虑到A7的二级缓存还是1MB，这就很明显了，4MB SRAM充当了缓存的角色，虽然赶不上二级缓存，但总比主内存快得多。

这是内存带宽和传输尺寸的对比图，1-4MB区间内同样是个比较高的水平，甚至超过了10GB/s，iPad 4此时已经完全是主内存的事儿了，只有不到5GB/s。

上边说的还是单个核心的情况，而A7是双核心的，所以1-4MB期间的实际内存带宽能有20GB/s，而峰值可以达到80GB/s！迄今为止，还没有其它ARM架构处理器能做到这一点，只有Intel可以。

不过，这毕竟不是“专业”的三级缓存，比如在其间的查询就不是和主内存请求并行的，并不能完全解救内存延迟。

另外，它对GPU访问的影响还在研究之中，不过至少可以释放更多的内存通道给GPU，而且看上去某些图形请求也能在这里缓存，并支持根据运行应用类型的不同进行智能分配。