1.ARM处理器的发展
随着智能终端、人工智能、5G、物联网等技术的快速发展，半导体行业蓬勃发展了数十年。处理器芯片作为这些技术的“心脏”，迎来了井喷式的增长。世界主流的处理器分为4大类：Interl公司和AMD公司的的X86架构处理器，ARM公司的ARM架构处理器，IBM公司的PowerPC架构处理器，MIPS公司的MIPS构架处理器。X86构架处理器使用复杂指令集（CSIC）, PowerPC、ARM、MIPS处理器都是精简指令集（RSIC）。其中ARM公司发展最快，全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。
ARM 公司是业界领先的微处理器技术提供商，其提供最广泛的微处理器内核，可满足几乎所有应用市场对性能、功耗及成本的要求。与其它半导体公司不同，ARM不直接生产和销售处理器，而是将处理器的设计授权给芯片设计合作伙伴。一般将这些设计称为 “知识产权”（IP）,这种商业模式被称为IP授权。
ARM IP授权芯片的结构框图如下：
ARM 公司将处理器的设计授权给芯片制造商，这些芯片制造商基于ARM架构，设计了他们自己的处理器及片上系统方案。除了处理器内核之外，ARM 公司还提供了一系列用于优化片上系统设计的工具、物理和系统 IP授权。
Apple公司的A5芯片内部的集成电路图如下：
1990年，Acorn公司为与Apple公司合作，成立了名为ARM（Advanced RISC Machines）的公司。1991年ARM公司发布了ARM6处理器，随后发布了ARM7、ARM9、ARM10、ARM11系列处理器。
在ARM公司发布ARM11处理器之后，ARM公司发布了Cortex系列处理器。越后发布的处理器内核，工作频率越高、架构越先进，功能也越强。ARM处理器发展如下图：
2.CORTEX系列处理器
在发布经典处理器ARM11以后，ARM公司后面发布的产品改用Cortex命名，Cortex意味着“新的开始”。市场极为多样化，它涵盖数不胜数的产品细分领域，为了很好地满足市场的多样化要求，ARM公司将Cortex处理器分为三个系列：Cortex-A、Cortex-R 和 Cortex-M。
Cortex A、R 和 M 系列的应用差异如下所示：
三个系列的Cortex处理器所采用的技术也不相同，Cortex-A处理器基于ARMv7-A和ARMv8-A架构，Cortex-R处理器基于ARMv7-R架构，Cortex-M处理器基于ARMv7-M和ARMv6-M架构。
Cortex-A处理器
Application Processors（应用处理器）面向高端智能手机、电视、服务器等市场的高端处理器。Cortex-A处理器运行在超过1GHz时钟频率，支持Linux，Android， Windows，iOS等操作系统的复杂应用。这些应用需要强大的处理能力，支持存储管理单元MMU等虚拟存储系统，可选的增强java支持和安全的程序执行环境。
Cortex-R处理器
Real-time Processors （实时处理器）面向实时应用的高性能处理器系列，例如硬盘控制器，汽车传动系统和无线通讯的基带控制。多数Cortex-R实时处理器不支持MMU，不过通常具有MPU、Cache和其他针对工业应用设计的存储器功能。实时处理器运行在比较高的时钟频率（例如200MHz 到 >1GHz ），响应延迟非常低，支持FreeRTOS,UCOS等大量的实时操作系统（RTOS）。
Cortex-M处理器
Microcontroller Processors（微控制器处理器），微控制器处理器通常设计成面积很小和能效比很高。通常这些处理器的流水线很短，最高时钟频率很低（100Mhz左右）。新的Cortex-M处理器家族设计的非常容易使用。ARM 微控制器处理器特别适合低功耗应用和物联网应用。
3.CORTEX-A系列处理器分类
Cortex-A处理器运行在超过1GHz时钟频率，支持Linux，Android， Windows，iOS等操作系统的复杂应用。支持存储管理单元MMU等虚拟存储系统，可选的增强java支持和安全的程序执行环境。
Cortex-A处理器面向高端智能手机、电视、服务器等市场的处理器领域，随着这些细分市场的出现，ARM定义了三个级别Cortex-A处理器应对各种细分市场。ARM公司专门针对高端、中端和低端这三个细分市场的提供了三个级别处理器。下图展示了三个级别Cortex-A处理器产品路线图。
针对不同的细分市场，Cortex-A 处理器产品线横跨了几代产品和三个主要产品类别，分别面向高端、中端、低端的SoC 市场。下图显示了这些细分市场，以及面向这些细分市场的Cortex-A 处理器：
4.CORTEX-A系列处理器
Cortex-A系列处理器适用于具有高计算要求、运行丰富操作系统以及提供交互媒体和图形体验的应用领域。Cortex-A系列被分为High Performance级别、High Efficiency级别和Ultra High Efficiency级别，可满足不同的应用场景需求，如下图所示。
如图所示绿色标记的处理器是ARMv7-A的架构，蓝色标记的处理器是ARMv8-A架构，其中ARMv8-A架构都是可以支持32和64位（除了A32只支持到32位）。High Performance级别中的处理器性能最好，High Efficiency级别中的处理器整体效率比较高，Ultra High Efficiency级别中的处理器是效率和功耗方面达到最好的标准。
如果按照性能从低到高大体上可排序为：Cortex-A5处理器，Cortex-A8处理器，Cortex-A9处理器，Cortex-A7处理器，Cortex-A15处理器，Cortex-A17处理器，Cortex-A32处理器，Cortex-A35处理器，Cortex-A53处理器，Cortex-A57处理器，Cortex-A72处理器，Cortex-A73处理器。
Cortex-A5
发布时间：2009年
性能概述：Cortex-A5处理器基于ARMv7-A架构，Cortex-A5 处理器在指令以及功能方面与更高性能的Cortex-A15 处理器完全兼容，一直到操作系统级别。Cortex-A5 处理器还保持与经典 ARM 处理器（ ARM7TDMI）的向后应用程序兼容性。其定位于从入门级智能手机、低成本手机和智能移动设备以及基础工业设备。
代表芯片：高通公司发布的MSM7227A芯片，该芯片是基于Cortex-A5架构，最高主频可达800Mhz，采用45nm制造工艺。
Cortex-A7
发布时间： 2011年
性能概述：Cortex-A7采用ARMv7-A架构，它的特点是在保证性能的基础上提供了出色的低功耗表现。Cortex-A7处理器的体系结构和功能集与Cortex-A15 处理器完全相同，不同这处在于，Cortex-A7 处理器的微体系结构侧重于提供最佳能效，从而提供高性能与超低功耗的终极组合。单个Cortex-A7处理器的能源效率是Cortex-A8处理器的5倍，性能提升50%，而尺寸仅为后者的五分之一。
代表芯片：
瑞芯微公司发布的RK3128芯片，基于四核Cortex-A7架构，最高主频可达1.3GHz ，采用40nm制程工艺。
全志公司的A20芯片，基于双核Cortex-A7架构。
Cortex-A8
发布时间：2008年
性能概述：
Cortex-A8处理器，基于ARMv7-A架构，是首款基于ARMv7体系结构的产品，能够将速度从600MHz提高到1GHz以上。Cortex-A8处理器可以满足需要在300mW以下运行的移动设备的功率优化要求，以及需要2000 Dhrystone MIPS的消费类应用领域的性能优化要求。Cortex-A8 高性能处理器目前已经非常成熟，从手机到上网本、DTV、打印机和汽车信息娱乐，Cortex-A8处理器都提供了可靠的高性能解决方案。
代表芯片： 苹果公司发布的A4芯片，基于两核Cortex-A8构架，最高主频可达1GHz，采用45nm制程工艺。
Cortex-A9
发布时间：2008年
性能概述：
Cortex-A9采用ARMv7-A架构，目前我们能见到的四核处理器大多都是属于Cortex-A9系列。 Cortex-A9 处理器的设计旨在打造最先进的、高效率的、长度动态可变的、多指令执行超标量体系结构，提供采用乱序猜测方式执行的 8 阶段管道处理器，凭借范围广泛的消费类、网络、企业和移动应用中的前沿产品所需的功能，它可以兼具高性能和高能效。Cortex-A9 微体系结构既可用于可伸缩的多核处理器（Cortex-A9 MPCore多核处理器），也可用于更传统的处理器（Cortex-A9单核处理器）。可伸缩的多核处理器和单核处理器支持 16、32 或 64KB 4 路关联的 L1 高速缓存配置，对于可选的 L2 高速缓存控制器，最多支持 8MB 的 L2 高速缓存配置，它们具有极高的灵活性，均适用于特定应用领域和市场。
代表芯片：
瑞芯微公司发布的RK3188芯片，基于四核Cortex-A9架构，最高主频可达1.6GHz，采用28nm制程工艺。
Cortex-A15
发布时间：2010年
性能概述：
Cortex-A15基于32位ARMv7-A架构。Cortex-A15和Cortex-A9同样具备乱序执行，但是Cortex-A15具备两倍的指令发射端口和执行资源，高出Cortex-A9 50%的指令解码能力，动态分支预测能力更强，这些都能让Cortex-A15的流水线执行具备更高的效率。除此以外，Cortex-A15采用了VFPv4浮点单元设计，能执行FMA指令以及硬件除法指令，相较而言Cortex-A9的峰值向量浮点性能基本上只有Cortex-A15的50%。Cortex-A15处理器可以应用在智能手机、数字家电、平板电脑、服务器等设备上。
代表芯片：
三星公司发布的Exynos5250芯片，基于两核Cortex-A15架构，最高主频可达2GHz，采用32nm制程工艺。
Cortex-A17
发布时间：2014
性能概述：
Cortex-A17基于32位ARMv7-A指令集，架构本质是双宽度、乱序发射，引入了新的一致性总线AMBA4 ACE，可以更快速地连接内存控制器，从而改善性能和能效。Cortex-A17可以支持多核心SoC的完整内存一致性操作，能够参与big.LITTLE双架构混合方案。在某些特定的环境中，Cortex-A17的性能已经可以和Cortex-A15处于一个档次了，但是功耗更低、能效更高。虽然在命名上排在Cortex-A15之上，但其定位中端，而不是高端。
代表芯片：
瑞芯微公司发布的RK3288芯片，基于四核Cortex-A17架构，最高主频可达1.8GHz ，采用28nm制程工艺。
Cortex-A32
发布时间：2016年
性能概述：
Cortex-A32是ARM 新一代构架中，唯一一个 32 位（ARMv7-A ）架构的处理器，在效能比本来就逆天的 Cortex-A35 的基础上进一步控制功耗。Cortex-A32 架构主打芯片面积、功耗控制和能耗比，其停留在 32 位（ARMv7-A 指令集），指令预取单元针对效率进行了重新设计，一、二级暂存、浮点和 DSP 操作性能则针对速度进行了改进，并引入了新的电源管理特性。Cortex-A32 可以在 32 位下提供和 Cortex-A35 一样的性能，但更低功耗，让它的效能比（单位电能产出的性能）比 Cortex-A35 还要高 10% 。相比起 64 位的 Cortex-A35 架构，32 位的 Cortex-A32 更适合用在穿戴设备和物联网产品上。
代表芯片：暂无。
Cortex-A35
发布时间：2015年
性能概述：
Cortex-A35是基于ARMv8-A 64位架构设计的一款低功耗CPU，其目的是为了取代此前32位Cortex-A7和Cortex-A5两颗核心，采用和Cortex-A53/A7类似的顺序有限双发射设计，同时融入了Cortex-A72的一些新特性，并在前端重新设计了指令预取单元，提升了分支预测精度。此外，Cortex-A35还采用了Cortex-A53的缓存、内存架构，可配置8-64KB一级指令和数据缓存、128KB-1MB二级缓存，加入了NEON/FP单元，改进了存储性能，支持完整流水线的双精度乘法，还为CPU核心、NEON流水线都配备了硬件保留状态(独立电源域)以提升电源管理效率。在同样的工艺、频率下，Cortex-A35的功耗比Cortex-A7低大约10%，同时性能提升6-40%。而对比Cortex-A53，它可以保留80-100%的性能，但是功耗降低32%、面积缩小25%，能效提升25%。Cortex-A35还可以和Cortex-A53、Cortex-A57、Cortex-A72等大核心搭配，组成big.LITTLE混合架构系统，进一步提升系统能效。其主要定位于低功耗的低端手机、可穿戴、物联网等领域。
代表芯片：
瑞芯微公司发布的RK1808芯片，基于双核Cortex-A35架构，最高频率可达1.6GHz，采用22nm 制程工艺。
Cortex-A53
发布时间：2012
性能概述：
Cortex-A53同样是采取了ARMv8-A架构，能够支持32位的ARMv7代码和64位代码的AArch64执行状态。A53架构特点是功耗降低、能效提高。其目标是28nm HPM制造工艺下、运行SPECint2000测试时，单个核心的功耗不超过0.13W。它提供的性能比Cortex-A7处理器的功率效率更高，并能够作为一个独立的主要的应用处理器，或者搭配Cortex-A57处理器构成big.LITTLE配置。Cortex-A53在相同的频率下，能提供比Cortex-A9更高的效能。其主要面对的是中高端电脑，平板电脑，机顶盒，数字电视等。
代表芯片：
三星公司发布的S5P681芯片，该芯片采用八核 Cortex-A53架构，最高频率可达1.4GHz，采用28nm制程工艺。
Cortex-A57
发布时间：2013年
性能概述：
Cortex-A57是ARM首次采用64位ARMv8-A架构CPU，而且通过Aarch32执行状态，保持与ARMv7架构的完全后向兼容性。除了ARMv8的架构优势之外，Cortex-A57还提高了单个时钟周期性能，比高性能的Cortex-A15 CPU高出了20%至40%。它还改进了二级高速缓存的的设计以及内存系统的其他组件，极大的提高了能效。Cortex-A57将为移动系统提供超高能的性能，而借助big.LITTLE，SoC能以很低的平均功耗做到这一点。其主要面对的是中高端电脑，平板电脑以及服务器产品。
代表芯片：
三公司发布的Exynos 7420芯片，该芯片采用四核Cortex A57加四核Cortex A53构架，最高频率可达1.5GHz，采用 14nm制程工艺。
Cortex-A72
发布时间：2015
性能概述：
Cortex-A72是基于ARMv8-A架构，采用台积电16nm FinFET制造工艺。在相同的移动设备电池寿命限制下，Cortex-A72能相较基于Cortex-A15的设备提供3.5倍的性能表现，相比于Cortex-A57也有约1.8倍的性能提升，展现出了优异的整体功耗效率。Cortex-A72是目前基于ARMv8-A架构处理器中使用最广泛的处理器之一，主要其应用市场包括高端智能手机、大屏幕的移动设备、数字电视、服务器、无线基台。
代表芯片：
瑞芯微公司发布的RK3399芯片，该芯片基于双核Cortex-A72加四核Cortex-A53构架，最高频率可达1.6GHz，采用28nm制造工艺。
Cortex-A73
发布时间：2016
性能概述：
Cortex-A73支持全尺寸ARMv8-A构架，ARMv8-A是ARM首款支持64位指令集的处理器架构，包括ARM TrustZone技术、NEON、虚拟化和加密技术。所以无论是32位还是64位，Cortex-A73都可以提供适应性最强的移动应用生态开发环境。Cortex-A73包括128位 AMBR 4 ACE接口和ARM的big.LITTLE系统一体化接口，采用了目前最先进的10nm技术制造，可以提供比Cortex-A72高出30%的持续处理能力，非常适合移动设备和消费级设备使用。预计今年晚些时候到2017年，Cortex-A73处理器将会逐渐覆盖到我们合作伙伴的高端智能手机、平板电脑、翻盖式移动设备、数字电视等一系列消费电子设备。
代表芯片：
高通公司发布的骁龙778G芯片，该芯片基于四颗 Cortex-A78 加四颗 Cortex-A55 架构，最高频率可达2.4GHz，采用台积电6nm 工艺制程。
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作者：李巍
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