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Cortex-A7プロセッサ

Cortex-A7プロセッサ Image (View Larger Cortex-A7プロセッサ Image)
ARM Cortex™-A7 MPCore™プロセッサは、ARMがこれまで開発したアプリケーション プロセッサの中でも最高の効率を実現しており、将来のエントリ レベルのスマートフォン、タブレット、その他の最先端モバイル デバイスの低消費電力を著しく効率化させることができます。

Cortex-A7プロセッサのアーキテクチャと機能セットはCortex-A15プロセッサと同じですが、Cortex-A7プロセッサのマイクロアーキテクチャでは最適なエネルギー効率を達成することに重点を置いている点が異なり、この2つのプロセッサをbig.LITTLE構成で連携することによって、超低消費電力において高性能を達成する最高の組み合わせが可能になっています。

スタンドアロン プロセッサとして、Cortex-A7は、2010年には$500だったハイエンド スマートフォンに匹敵するエントリ レベルのスマートフォンを、2013~2014年には$100以下で提供できるようにします。このようなエントリ レベルのスマートフォンは発展途上国でのネットワーク接続性とインターネット使用形態を定義し直すことになります。

 


概要

Cortex-A7プロセッサは、フル機能のエントリ レベルのスマートフォンや、その他の低電力アプリケーションのために設計された低コストでエネルギー効率の高いアプリケーション プロセッサです。

このプロセッサは、Cortex-Aシリーズの他のプロセッサと完全な互換性を持ち、仮想化、Large Physical Address Extensions(LPAE)NEON advanced SIMD、AMBA 4 ACEコヒーレンシを含めて、高性能Cortex-A15プロセッサのすべての機能を備えています。

単一のCortex-A7プロセッサは、5倍のエネルギー効率と50%の性能向上を実現でき、サイズは今日最も人気のあるスマートフォンの多くで使用されているARM Cortex-A8プロセッサの5分の1です。

  • スタンドアロン アプリケーション プロセッサとして最高の電力効率およびフットプリント
    • 2011年の主要スマートフォンCPUを上回る性能
    • 最大で20%の性能向上を60%少ない消費電力で達成
  • Cortex-A15のコンパニオンCPUとしてbig.LITTLE処理を実現
    • ソフトウェアは、高エネルギー効率のCortex-A7プロセッサで実行でき、必要に応じて高性能のCortex-A15プロセッサでも実行可能。コンパイルし直す必要なし
    • AMBA 4 ACEコヒーレンシ インタフェースによって、bigとLITTLEのCPUクラスタ間で、20us以下でのコンテキスト移行が可能

ライセンス

Cortex-A7プロセッサは次のメーカーを始めとする多数の大手シリコン メーカーによってライセンスされています。


電力、パフォーマンス、および面積(PPA)

  • 28nmで >1GHz
    • シングル コア0.45mm2 
    • FPU & NEON™、32K L1キャッシュを含む 
    • 高効率のCortex-A5と同様の消費電力

Cortex-A7シングル コア レイアウト イメージ

 

効率よいWebブラウジング パフォーマンスを可能にする機能

  • 分岐予測機能を持つイン オーダーの8段パイプライン
  • メモリ管理ユニットとバス インタフェースの改善
  • 低レイテンシの内蔵L2キャッシュ

Cortex-A7 CPU設計における性能向上

  • 内蔵L2キャッシュ
    • トランザクション レイテンシの削減
    • ソフトウェア制御の単純化によってL2キャッシュの管理に対するOSサポートを強化
    • 低電力アプローチで設計
      • タグ データの連続ルックアップと固定8ウェイ セット アソシエーションがパフォーマンスとルックアップ エネルギーのバランスを取ります。
      • L2キャッシュ ミス発生時の外部要求を非投機的にすることでエネルギーを削減
  • 分岐予測の改善
    • BTICキャッシュは直接分岐の後でフェッチし、タイトなループで分岐シャドウを隠す
  • メモリ システム パフォーマンス向上
    • Cortex-A5(32bパス)に比べて、64bロード/ストア パスにより整数とNEONのパフォーマンスを向上
    • 128b AMBA 4バスによる帯域幅向上 
    • TLBサイズの増加(Cortex-A9とCortex-A5の128エントリから256エントリに増加)
      • Webブラウジングのような大きなワークロードでパフォーマンスを向上

 


Cortex-A7 MPCore
アーキテクチャ ARMv7-A Cortex
マルチコア
  • シングル プロセッサ クラスタ内に1~4のコア
  • AMBA® 4テクノロジを使用した複数コヒーレントSMPプロセッサ クラスタ
ISAのサポート
  • ARM
  • Thumb-2
  • TrustZone®セキュリティ テクノロジ
  • NEON™ Advanced SIMD
  • DSP & SIMD拡張機能
  • VFPv4浮動小数点
  • ハードウェア仮想化のサポート
  • Large Physical Address Extensions(LPAE)
メモリ管理 ARMv7メモリ管理ユニット
デバッグ&トレース CoreSight™ SoC-400

Cortex-A7 MPCoreの主な機能
Thumb-2テクノロジ 従来のARMコードのピーク性能を実現したうえで、命令を格納するのに必要なメモリを最大30%削減します。
TrustZoneテクノロジ デジタル著作権管理から電子決済までのさまざまなセキュリティ アプリケーションの信頼できる実装を保証します。
NEON NEONテクノロジは、マルチメディア アルゴリズムおよび信号処理アルゴリズム(ビデオのエンコード/デコード、2D/3Dグラフィックス、ゲーミング、オーディオおよびスピーチ処理、画像処理、テレフォニー、サウンド合成など)を高速化します。
DSP & SIMD拡張機能 高性能アプリケーションにおけるARMソリューションのDSP処理性能を向上しつつ、ポータブルのバッテリ駆動デバイスで求められる低消費電力を実現します。DSP拡張機能は、サーボ モータ制御、Voice over IP(VoIP)、ビデオ/オーディオ コーデックなど、さまざまなソフトウェア アプリケーションに最適化されています。
浮動小数点 半精度、単精度、および倍精度浮動小数点演算における浮動小数点演算のハードウェア サポート。Cortex-A7プロセッサの浮動小数点機能は、インターネット アプライアンス、セットトップ ボックス、ホーム ゲートウェイなどの次世代のコンシューマ製品で使用される浮動小数点演算のパフォーマンスを引き上げます。
ハードウェアによる仮想化 非常に効率性の優れたデータ管理および調停用に対するハードウェア サポートにより、複数のソフトウェア環境およびそのアプリケーションによるシステム機能への同時アクセスを可能にします。これにより、複数の互いに分離された仮想環境を持つ堅牢なデバイスを実現できます。
Large Physical Address Extensions(LPAE) Large Physical Address Extensions(LPAE)の導入により、最大1 TBのメモリにアクセスできます。
最適化されたレベル1キャッシュ パフォーマンスおよび電力に最適化されたL1キャッシュと最小アクセス レイテンシ手法の組み合わせにより、高性能と低消費電力が実現されます。命令用およびデータ用のキャッシュ サイズは、8~64 KBです。さらに、プロセッサ間通信のためのキャッシュ コヒーレンスのオプションや、マルチコア ソフトウェア開発を単純化するための多機能なSMP対応OSのサポートのオプションも提供されます。
サイズ設定が可能な統合レベル2キャッシュ コントローラ 高周波数設計や、オフ チップ メモリ アクセスに伴う電力消費を削減する必要がある設計において、最大1 MBのキャッシュ メモリへの低レイテンシ、高帯域幅アクセスを提供します。Cortex-A7ではL2キャッシュはオプションです。
AMBA® 4キャッシュ コヒーレント インターコネクト(CCI) CCIは、AMBA 4 AXI™ Coherency Extensions(ACE)準拠のポートを提供し、複数のCortex-A7 MPCoreプロセッサ間の完全なコヒーレンシを実現します。これにより、キャッシュの効果的な利用とソフトウェア開発の簡略化が可能になります。この機能は、コヒーレントなシングルおよびマルチコア プロセッサのクラスタを必要とするゲーミング、サーバ、ネットワーキングなどの高帯域幅アプリケーションに必要不可欠な機能です。ARM CoreLink™ネットワーク インターコネクトおよびメモリ コントローラIPとの組み合わせにより、CCIは、システム パフォーマンスと電力効率の向上を実現します。
Cortex-A7 NEONメディア処理エンジン(MPE) Cortex-A7 MPEは、Cortex-A7浮動小数点ユニットの性能と機能の両方に加え、NEON Advanced SIMD命令セットを実装するエンジンを提供して、メディアおよび信号処理関数のアクセラレーションを実現します。MPEは、Cortex-A7プロセッサの浮動小数点ユニット(FPU)を拡張して、クワッドMACおよび追加の64ビットと128ビットのレジスタ セットを提供し、8/16/32ビット整数および32ビット浮動小数点データに対するさまざまなSIMD演算のセットをサポートします。
Cortex-A7浮動小数点ユニット(FPU) FPUは、ARM VFPv4アーキテクチャと互換性がある高性能の単精度および倍精度浮動小数点命令を提供します。これには前世代のARM浮動小数点コプロセッサとのソフトウェア互換性があります。

高度なマルチコア機能
広く確立されているARM MPCoreマルチコア テクノロジを使用してパフォーマンス スケーラビリティと電力消費の制御を実現したこのプロセッサは、今日の同等の高性能デバイスのパフォーマンスを上回りながら、モバイル デバイスの電力に関する厳しい制約をクリアしています。マルチコア処理では、4つのコンポーネント プロセッサのいずれかが使用されていないとき(たとえば、デバイスがスタンバイ モードになっているとき)に、それをシャットダウンして消費電力を減らすことができます。より高いパフォーマンスが必要になったときは、要求を満たすためにすべてのプロセッサが利用されますが、その際に電力消費をできる限り抑えるためにワークロードが分担されます。
スヌープ制御ユニット SCUは、プロセッサのインターコネクト、調停、通信、キャッシュ対キャッシュおよびシステム メモリ転送、キャッシュ コヒーレンス、およびその他の機能を管理する役割を負います。さらに、Cortex-A7 MPCoreプロセッサは、これらの機能を他のシステム アクセラレータやキャッシュを持たないDMA駆動のペリフェラルに公開します。これにより、パフォーマンスの向上とシステム全体の消費電力の削減を実現します。さらに、このシステム コヒーレンスにより、ソフトウェア コヒーレンスをそれぞれのOSドライバ内に保持することから生じるソフトウェアの複雑さが緩和されます。
AMBA® 4 AMBAコヒーレンシ拡張(ACE)-Lite このメカニズムは、キャッシュを持たない外部バス マスタにCortex-A7メモリ マップに対するコヒーレントな読み取りと書き込みを可能にします。スヌープ制御ユニットはコヒーレンシを管理し、AMBA-4 ACE-Liteを介して接続を行います。これはCortex-A5とCortex-A9で使用されていたアクセラレータ コヒーレンシ ポート(ACP)の機能を置き換えます。ACE-Liteが特に役に立つのは、Cortex-A7 CPUが外部DMAによって駆動されるIOトラフィックを管理するアプリケーションです。
汎用割り込みコントローラ 標準化および設計された割り込みコントローラの実装により、GICは、プロセッサ間通信およびシステム割り込みのルーティングと優先順位付けに対する柔軟で優れたアプローチを提供します。GICは、ソフトウェア制御の下で最大480個の独立した割り込みをサポートします。それぞれの割り込みに対して、CPU間での転送、ハードウェアの優先順位付け、およびオペレーティング システムとTrustZoneソフトウェア管理レイヤ間のルーティングなどの操作を実行できます。このルーティングの柔軟性とオペレーティング システム内に割り込みを仮想化する機能のサポートは、ハイパーバイザを使用したソリューションの機能を高めるために必要な機能の1つです。

Cortex-A7 MPCoreプロセッサは、幅広い範囲のARMテクノロジ(システムIP、フィジカルIP、開発ツールなど)と組み合わされ、これらのテクノロジによってサポートされるメリットを得られます。このテクノロジは、ARM Connected Community™の広範なSoCおよびソフトウェア設計ソリューション、各種ツールおよびサービスによって補完されます。これにより、製品化までの時間を大幅に短縮しながら、フル装備の説得力あるデバイスの開発、検証、生産に至るスムーズなパスがARMパートナーに提供されます。

システムIP

ARM CoreLink™のインターコネクトとメモリ コントローラIPは、複数のCortex-A7 MPCoreプロセッサ、高性能メディア プロセッサ、およびダイナミック メモリ間でデータを効率的に移動および格納して、SoCのシステム パフォーマンスと消費電力を最適化するという重要な課題に対応します。CoreLinkシステムIPにより、SoCデザイナは、システム メモリの帯域幅を最大限に利用し、スタティックおよびダイナミック レイテンシを短縮できます。ARM CoreSight™テクノロジは、完全なオンチップ デバッグと、Cortex-A7 MPCoreプロセッサのすべてのコアについて関連付けられたリアルタイム トレース可視性を提供して、高品質マルチプロセシング ソフトウェアの開発に伴うリスクを減らし、開発時間を短縮します。新しいAMBA® 4 Cache Coherent Interconnect(CCI)は最適なシステム帯域幅とレイテンシを提供します。CCIは、AMBA 4 AXI™ Coherency Extensions(ACE)準拠のポートを提供し、複数のCortex-A7 MPCoreプロセッサ間の完全なコヒーレンシを実現します。これにより、キャッシュの効果的な利用とソフトウェア開発の簡略化が可能になります。この機能は、コヒーレントなシングルおよびマルチコア プロセッサのクラスタを必要とするゲーミング、サーバ、ネットワーキングなどの高帯域幅アプリケーションに必要不可欠な機能です。ARM CoreLinkネットワーク インターコネクトおよびメモリ コントローラIPとの組み合わせにより、CCIは、システム パフォーマンスと電力効率の向上を実現します。

フィジカルIP

ARMフィジカルIPプラットフォームは、プロセスに最適化されたIPを提供して、40 nm以下のプロセスでCortex-A7プロセッサのクラス最高の実装を実現します。先進的物理実装の迅速な開発を可能にする、28 nmテクノロジ向けの高度なARMフィジカルIPが含まれる一式の高性能プロセッサ オプティマイゼーション パック(POP)がCortex-A7プロセッサをサポートしています。ARMは、20 nm最適化を約束するロードマップについても早くから取り組んでいます。最適化パックは、具体的なターゲットを持つフィジカルIPを提供してARMコアのチューニングされた実装をパートナー各社が実現できるようにするというARMの戦略を後押しするものです。ARMは、Cortex-A7 MPCoreプロセッサ アーキテクチャと並行して最適化パックを設計できるという点でユニークであり、プロセッサとフィジカルIPを組み合わせてワークステーション クラスのパフォーマンスをモバイル電力の環境内で実現できるだけでなく、製品化までの時間を短縮できます。

ツールのサポート

すべてのARMプロセッサは、ARM Development Suite 5(DS-5™)ツール スイートのほか、幅広いサードパーティ製ツール、オペレーティング システム、EDAフローによってサポートされています。ARM DS-5ソフトウェア開発ツールは、完全なARM技術ポートフォリオを最大限に活用する他に例のないソリューションです。ARM Development Studio 5(DS-5™)は、Cortex-A15 MPCoreプロセッサに基づいてシステムを作成、デバッグ、および最適化するためのソフトウェア ツール一式を提供します。このツールに含まれているDS-5デバッガは、強力で直感的なグラフィカル環境を備え、ベア メタル、Linux、およびAndroidにネイティブのアプリケーションの迅速なデバッグを可能にします。また、新しいARM Streamline™パフォーマンス アナライザを使用すると、ソフトウェアのホット スポットの識別やコア間の負荷分散を簡単に行うことができます。Cortex-A15 MPCoreプロセッサ特有の最適化が既に含まれているARMコンパイラを使用すると、ARM Fast Modelsテクノロジに基づくARM Versatile™ Reference仮想プラットフォームによって、シリコン入手以前でのソフトウェア開発が可能になります。この仮想プラットフォームは6か月の評価期間無料で利用できます。

グラフィックス プロセッサ

Mali™製品ファミリは、すべてのエンベデッド グラフィックス ニーズに対応する完全なグラフィックス スタックを提供します。これにより、デバイス メーカーやコンテンツ開発者は、さまざまな範囲のコンシューマ デバイスに対して最先端の高品質グラフィックス ソリューションを提供できます。ライセンシは、ARMトレーニング コースおよびActive Assistオンサイト システム設計アドバイザリ サービスを利用することにより、Cortex-A7 MPCoreプロセッサを自社の設計に効率的に組み込んで、最大のシステム パフォーマンス、最小のリスク、および製品化までの時間の短縮を実現できます。

サポート

ライセンシは、ARMトレーニング コースおよびActive Assistオンサイト システム設計アドバイザリ サービスを利用することにより、Cortex-A7 MPCoreプロセッサを自社の設計に効率的に組み込んで、最大のシステム パフォーマンス、最小のリスク、および製品化までの時間の短縮を実現できます。


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