ARM Cortex-A72

ARM Cortex-A72 — это 64-битный микропроцессорное ядро, разработанное компанией ARM Holdings (ARM Ltd. — британская компания, не подпадающая под ограничения в РФ), относящееся к семейству ARMv8-A. Предназначено для использования в высокопроизводительных мобильных и встраиваемых системах, таких как смартфоны, планшеты, одноплатные компьютеры, сетевое оборудование и серверы начального уровня. Ядро было анонсировано в 2015 году как преемник ARM Cortex-A57 и представляет собой оптимизированную по энергопотреблению и производительности версию архитектуры ARM big.LITTLE.

История

Разработка ARM Cortex-A72 велась в рамках стратегии ARM по созданию высокопроизводительных ядер для мобильных устройств, способных конкурировать с архитектурами x86 в задачах, требующих значительных вычислительных ресурсов. Предшественник, Cortex-A57, хотя и обеспечивал высокую производительность, отличался значительным энергопотреблением и тепловыделением, что ограничивало его применение в тонких корпусах смартфонов.

Cortex-A72 был представлен в феврале 2015 года. По заявлениям ARM, новое ядро обеспечивало на 50 % более высокую производительность по сравнению с Cortex-A15 (предыдущее поколение высокопроизводительных ядер) и на 80 % более высокую производительность по сравнению с Cortex-A57 при том же уровне энергопотребления. Первые коммерческие устройства на базе Cortex-A72 появились в конце 2015 года, в частности, в смартфонах на платформе MediaTek Helio X20 и Huawei Kirin 950.

В 2016 году ARM представила модификацию Cortex-A72, оптимизированную для 10-нм техпроцесса, что позволило ещё больше снизить энергопотребление. Впоследствии ядро было заменено более современными архитектурами, такими как Cortex-A73 и Cortex-A75, но продолжает использоваться в бюджетных и среднебюджетных устройствах, а также в одноплатных компьютерах (например, Raspberry Pi 4).

Архитектура и характеристики

Cortex-A72 является 64-битным суперскалярным ядром с внеочередным выполнением команд. Оно поддерживает набор инструкций ARMv8-A, включая AArch64 (64-битный режим) и AArch32 (32-битный режим для обратной совместимости).

Ключевые особенности

• Конвейер: 15-ступенчатый, с возможностью одновременной обработки до 3 инструкций за такт.
• Кэш-память: раздельные кэши L1 (инструкции и данные) объёмом до 48 КБ каждый, кэш L2 — до 2 МБ (общий для кластера ядер).
• Производительность: до 2,5 ГГц при использовании 16-нм техпроцесса (FinFET).
• Энергопотребление: типичное тепловыделение (TDP) — от 1 до 3 Вт на ядро в зависимости от тактовой частоты и техпроцесса.
• Поддержка виртуализации: аппаратная поддержка виртуализации (Virtualization Extensions) для запуска нескольких операционных систем.
• Интерфейсы: поддержка шины AMBA 4 (Advanced Microcontroller Bus Architecture) для связи с другими компонентами системы на кристалле (SoC).

Сравнение с предшественниками

Реализация в системах на кристалле (SoC)

Cortex-A72 обычно используется в конфигурации big.LITTLE, где одно или несколько высокопроизводительных ядер Cortex-A72 работают в паре с энергоэффективными ядрами Cortex-A53 или Cortex-A55. Такая архитектура позволяет динамически переключать нагрузку между кластерами для оптимизации энергопотребления.

Примеры SoC с ядрами Cortex-A72

• MediaTek Helio X20 (2015): 2 ядра Cortex-A72 + 4 ядра Cortex-A53 + 4 ядра Cortex-A53 (три кластера).
• HiSilicon Kirin 950 (2015): 4 ядра Cortex-A72 + 4 ядра Cortex-A53.
• Qualcomm Snapdragon 650 (2016): 2 ядра Cortex-A72 + 4 ядра Cortex-A53.
• Rockchip RK3399 (2016): 2 ядра Cortex-A72 + 4 ядра Cortex-A53 (применяется в одноплатных компьютерах, например, Firefly RK3399).
• Broadcom BCM2711 (2019): 4 ядра Cortex-A72 (используется в Raspberry Pi 4 Model B).

Применение

Мобильные устройства

Cortex-A72 широко применялся в смартфонах и планшетах среднего и высокого сегмента в 2015–2017 годах. Устройства на его базе обеспечивали достаточную производительность для многозадачности, игр и работы с мультимедиа. Примеры: Huawei Mate 8, Xiaomi Redmi Note 3 Pro, Samsung Galaxy A8 (2016).

Одноплатные компьютеры

Ядро получило известность благодаря использованию в Raspberry Pi 4 (2019). Четырёхъядерный процессор Cortex-A72 на частоте 1,5 ГГц позволил этому одноплатному компьютеру значительно превзойти предшественников по производительности, что сделало его пригодным для задач, требующих больших вычислительных ресурсов, таких как работа в качестве медиацентра, домашнего сервера или для обучения программированию.

Сетевое оборудование и встраиваемые системы

Благодаря низкому энергопотреблению и высокой производительности Cortex-A72 используется в сетевых процессорах, маршрутизаторах, устройствах Интернета вещей (IoT) и промышленных контроллерах. Например, процессор Marvell ARMADA 8040 с ядрами Cortex-A72 применяется в сетевых хранилищах (NAS) и маршрутизаторах.

Критика и ограничения

Основным недостатком Cortex-A72 является его относительно высокое энергопотребление по сравнению с более современными ядрами, такими как Cortex-A73 или Cortex-A75. При работе на максимальных частотах (2,5 ГГц) ядро может выделять значительное количество тепла, что требует эффективного охлаждения в компактных устройствах. Кроме того, в мобильных устройствах часто используется пониженная частота (1,8–2,0 ГГц) для снижения нагрева.

Также отмечается, что архитектура Cortex-A72, будучи разработанной в 2015 году, не поддерживает некоторые современные технологии, такие как ARMv8.2 (с расширениями для машинного обучения) и SVE (Scalable Vector Extension), что ограничивает её применение в задачах искусственного интеллекта.

Интересные факты

• Ядро Cortex-A72 стало первым ядром ARM, которое было использовано в серверных процессорах (например, AMD Opteron A1100), хотя эта попытка не получила широкого распространения.
• В Raspberry Pi 4 ядро Cortex-A72 работает на частоте 1,5 ГГц, что значительно ниже его максимальной частоты (2,5 ГГц), но позволяет избежать перегрева в условиях пассивного охлаждения.
• Производительность одного ядра Cortex-A72 в тесте Geekbench 4 составляет около 1500 баллов, что сопоставимо с производительностью процессора Intel Core i3-2100 (2011 год).

Источники

• ARM Cortex-A72 Technical Reference Manual (ARM Ltd., 2015)
• ARM Architecture Reference Manual ARMv8-A (ARM Ltd., 2014)
• Обзор процессора Raspberry Pi 4 (Raspberry Pi Foundation, 2019)
• Статья «ARM Cortex-A72: The new big core» (AnandTech, 2015)
• Документация MediaTek Helio X20 (MediaTek Inc., 2015)
• Спецификации HiSilicon Kirin 950 (HiSilicon Technologies, 2015)