ARM正式發(fā)布全新的微處理器架構(gòu)

這里說(shuō)的 Cortex A65 架構(gòu)跟上面說(shuō)的 V8架構(gòu)指的不是同一個(gè)概念。V8 架構(gòu)是 2011 年 ARM 推出的 RISC（精簡(jiǎn)指令集處理器）底層架構(gòu)，而 A65 是一類已經(jīng)成品的 CPU 基礎(chǔ)框架。通俗點(diǎn)的解釋就是，V8 代表的是規(guī)則，也就是“處理器應(yīng)該怎么做”，而 Cortex 代表的，是在此規(guī)則下，ARM 推出的官方處理器范本，所有芯片廠商可以購(gòu)買公版 Cortex 架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)再改造，ARM 公司本身不制造芯片。

如果要選出一位“自動(dòng)駕駛芯片的幕后 BOSS ”，ARM 的得票數(shù)不會(huì)低。

從支撐各種大屏智能車載系統(tǒng)的 MCU，到實(shí)現(xiàn) L2/L3 甚至 L4/L5 級(jí)別自動(dòng)駕駛的芯片，目前市面上主流方案的 CPU 部分，都是基于 ARM 的架構(gòu)打造的。

舉個(gè)栗子，高通 820A（A 代表 Auto），高通為車載系統(tǒng)打造的全新一代 MCU，其 CPU 部分就是基于 ARM V8 架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

再舉個(gè)栗子，上個(gè)月刷屏自動(dòng)駕駛界的英偉達(dá) AGX 系列自動(dòng)駕駛計(jì)算平臺(tái)，其 CPU 部分也是基于 ARM V8 架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

就在北京時(shí)間 19 號(hào)，ARM 公司正式發(fā)布了全新的微處理器架構(gòu)——Cortex A65AE。

AE 是 Automotive Enhanced（汽車增強(qiáng)）的縮寫，也就是說(shuō)，A65AE 是一款針對(duì)汽車應(yīng)用做了針對(duì)優(yōu)化的架構(gòu)。更準(zhǔn)確點(diǎn)說(shuō)，是針對(duì)自動(dòng)駕駛做了優(yōu)化。

注：這里說(shuō)的 Cortex A65 架構(gòu)跟上面說(shuō)的 V8架構(gòu)指的不是同一個(gè)概念。V8 架構(gòu)是 2011 年 ARM 推出的 RISC（精簡(jiǎn)指令集處理器）底層架構(gòu)，而 A65 是一類已經(jīng)成品的 CPU 基礎(chǔ)框架。通俗點(diǎn)的解釋就是，V8 代表的是規(guī)則，也就是“處理器應(yīng)該怎么做”，而 Cortex 代表的，是在此規(guī)則下，ARM 推出的官方處理器范本，所有芯片廠商可以購(gòu)買公版 Cortex 架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)再改造，ARM 公司本身不制造芯片。

那 A65 到底針對(duì)自動(dòng)駕駛做了怎樣的優(yōu)化呢？

ARM 把 A65 上針對(duì)自動(dòng)駕駛推出的全新功能叫做 split-lock (分核-鎖步)技術(shù)。這個(gè)技術(shù)的基本原理是：在分核模式下，CPU 核心可以分成雙核一組或四核一組的獨(dú)立核心群，用于各種任務(wù)和應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)更高性能；在鎖步模式下，CPU 將處于鎖步狀態(tài)，在群集中創(chuàng)建一對(duì)（或兩對(duì)）鎖步CPU 運(yùn)行相同的代碼，若監(jiān)控到異常，會(huì)向系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)并讓故障恢復(fù)機(jī)制接管（或至少會(huì)通知驅(qū)動(dòng)程序），以實(shí)現(xiàn)更高汽車安全。

上面這段話看起來(lái)有點(diǎn)過(guò)于硬核，我們還是用通俗的例子說(shuō)明吧：

如果我們把 CPU 內(nèi)部的多個(gè)核心想象成公司里的一個(gè)個(gè)員工，那么分核模式就像是小組工作，每個(gè)小組各司其職，獨(dú)立完成任務(wù)。而鎖步模式就像是讓兩個(gè)人按照同樣的規(guī)則處理同一件事情，如果途中兩個(gè)人的辦公出現(xiàn)了差異，那么老板（操作系統(tǒng)）會(huì)馬上過(guò)來(lái)檢查到底是哪里出了岔子。

分核-鎖步模式對(duì)自動(dòng)駕駛有什么特別的好處呢？四個(gè)字概括——高效安全。

目前實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，還是要靠多傳感器協(xié)同工作。傳統(tǒng)的消費(fèi)級(jí)別多核 CPU，都是多核心并行工作，也就是有事大家一起上。這樣的工作方式在協(xié)調(diào)多傳感器的高級(jí)輔助駕駛/自動(dòng)駕駛汽車上會(huì)存在性能浪費(fèi)的問(wèn)題，當(dāng)某些傳感器沒(méi)有工作的時(shí)候，整個(gè)處理器的所有核心依然在工作，而這個(gè)時(shí)候明明可以調(diào)用更少的核心，實(shí)現(xiàn)更低的發(fā)熱和功耗。

而 A65AE 架構(gòu)采用的分核模式，實(shí)際上就可以根據(jù)傳感器的權(quán)重智能分配核心數(shù)目，根據(jù)傳感器工作的情況合理調(diào)度各個(gè)核心，這就是高效。

那安全呢？安全對(duì)應(yīng)的，就是鎖步模式。傳統(tǒng) CPU 的多核并行運(yùn)算容錯(cuò)能力并不高。盡管芯片廠商一直在不斷改進(jìn)每一代新芯片的安全性能，但是只要出錯(cuò)率存在，就不能說(shuō)是一顆 100% 安全的芯片。

A65AE 解決這個(gè)問(wèn)題的辦法非常聰明，鎖步模式下兩個(gè)核心同時(shí)工作，對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比——我知道芯片不是 100% 準(zhǔn)確的，我也允許芯片犯錯(cuò)，但我會(huì)檢查出來(lái)，并且改正。

如果看到這里你還記得這篇文章的題目，那你多半要開始吐槽——說(shuō)好的 16 年前的技術(shù)呢？！

別急，我們先回憶一下剛剛說(shuō)過(guò)的分核-鎖步模式。這兩個(gè)模式實(shí)現(xiàn)的前提是一樣的——CPU 要擁有足夠多的核心可供調(diào)用。

盡管 A65AE 在研發(fā)過(guò)程中，就已經(jīng)針對(duì)目前最先進(jìn)的7納米制造工藝做了優(yōu)化，號(hào)稱比起 Mobileye EyeQ4 芯片 CPU 部分采用的 Cortex-A53 架構(gòu)，在功耗相同的情況下實(shí)現(xiàn)了 3.5 倍的性能。

但是要支持高級(jí)別高安全性的自動(dòng)駕駛運(yùn)算，算力可以說(shuō)是多多益善，而功耗也會(huì)相應(yīng)的水漲船高。能有多高？從英偉達(dá)的 AGX Pegasus 平臺(tái)高達(dá) 500W 的恐怖功耗，相信大家也可見一斑。

這個(gè) 16 年前的技術(shù)就是這樣登場(chǎng)的——HT（Hyper-Threading），超線程技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù)的原理很簡(jiǎn)單——把一個(gè)物理核心，變成兩個(gè)邏輯核心。

什么意思呢？硬核名詞，我們還是通俗解釋，不一定完全準(zhǔn)確，但保證易懂：

我們把物理核心看做一個(gè)人，而處理器就像是一條工廠的流水線，功耗則是工廠的電費(fèi)。而在這條流水線上，一個(gè)人同時(shí)只能裝配一個(gè)產(chǎn)品——左手扶著，右手安裝。這就是單線程，每個(gè)物理核心只處理一條線程上的數(shù)據(jù)。

多線程的操作是這樣的：工廠在流水線上給你裝了一個(gè)很小的機(jī)械臂（特殊指令），幫你扶著來(lái)來(lái)往往的產(chǎn)品（數(shù)據(jù)），這樣，你的左右兩只手都能裝配（處理數(shù)據(jù)）了。而工廠并沒(méi)有增加雙倍的工資（功耗翻番），只是買了一個(gè)很小的機(jī)械臂（增加很小部分的功耗）而已。

這項(xiàng)技術(shù)在那個(gè)處理器還是單核的年代可以說(shuō)是極為超前的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的技術(shù)并不足以給價(jià)格更低的消費(fèi)級(jí)單核處理器設(shè)計(jì)出雙倍的帶寬（物理核心沒(méi)有變）。

這個(gè)問(wèn)題，還是繼續(xù)用上面的例子解釋吧：雖然工人兩只手都可以空出來(lái)工作，但是雇傭大腦足夠靈活，能夠輕松左右互搏的人，成本是很高的。在那個(gè)年代，只有服務(wù)器級(jí)別的處理器市場(chǎng)能夠充分消化超線程技術(shù)。

當(dāng)然，在 16 年后的現(xiàn)在，帶寬跟成本早已不是什么問(wèn)題，PC 界早在 2009 年就已經(jīng)重新?lián)肀Я顺€程技術(shù)，而追求極致高效能的 ARM，也在 7 納米工藝成熟的今天，正式推出了自己的超線程芯片。

不過(guò)，這個(gè)如此美妙的處理器架構(gòu)，可能要等到 2020 年才會(huì)有車規(guī)級(jí)的芯片上市。畢竟等待芯片工藝成熟穩(wěn)定、芯片成品經(jīng)過(guò)車規(guī)級(jí)檢驗(yàn)，是一段足夠漫長(zhǎng)的時(shí)間。

但是 A65AE 的出現(xiàn)，已經(jīng)足夠讓 ARM 在對(duì)手面前，保持足夠的領(lǐng)先地位。對(duì)手是誰(shuí)？沒(méi)錯(cuò)，是英字頭的，不過(guò)不是英偉達(dá)，是英特爾。

藍(lán)色小巨人英特爾在 PC 和服務(wù)器芯片領(lǐng)域可以說(shuō)是風(fēng)生水起，但是在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，目前英特爾還沒(méi)有一塊商用的芯片發(fā)布，更不用說(shuō)什么針對(duì)自動(dòng)駕駛優(yōu)化的處理器架構(gòu)了。

盡管英特爾斥資 150 億美元收購(gòu)了 Mobileye，但是其 EyeQ4 芯片的 CPU 部分，依然是 8 個(gè)基于 ARM Cortex A53 架構(gòu)的芯片。而 EyeQ5 的架構(gòu)詳情雖然早在 2016 年就已經(jīng)說(shuō)“將會(huì)公布”，但是在英特爾入主 Mobileye 之后，卻又一直遮遮掩掩，只是給出了基本的算力數(shù)據(jù)，說(shuō)會(huì)在 2020 年搭載在上路的汽車上面。

難道說(shuō)，EyeQ5 本來(lái)采用的依然是 ARM 架構(gòu) CPU，而 Mobileye 被英特爾招至麾下之后，決定重造芯片？

這個(gè)問(wèn)題的答案，我們可能要等上一段時(shí)間了。

哦對(duì)了，超線程技術(shù)的發(fā)明者，就是英特爾。