ARMv7 / Cortex-A8 (2005年)（エーアールエムブイセブン）

ARMv7 / Cortex-A8 (2005年)

概要

ARMv7は2005年10月ARM Ltd 発表のCortex-A8 (デュアル発行 13段パイプ) で初登場・NEON SIMD 128bit (世代初・SIMD 性能5-10倍向上) ・Thumb-2 標準命令セット・LPAE (Large Physical Address Extension 40bit・1TB アドレス) ・VFPv3 浮動小数点採用・後継Cortex-A9 (2007 MPCore 1-4コア) ・Cortex-A15 (2010 big.LITTLE 8コア) ・Cortex-A7 (2011 低消費電力 LITTLE 用) ・Cortex-A17 (2014 改良) で展開された。Apple iPhone 3GS (2009年・Cortex-A8 600MHz Apple A1) ・iPad 1 (2010年 A4 Cortex-A8 1GHz) ・iPhone 4 (2010年 A4) ・Samsung Galaxy S (2010 Cortex-A8) ・Nexus S (2010) で大量採用された世代。

主な特徴・仕組み

• 発表: 2005年10月ARM Ltd・コードネーム「Cortex-A8」
• アーキテクチャ: ARMv7-A (Application プロファイル)
• 派生プロファイル: ARMv7-A (高性能・スマホ/PC) ・ARMv7-R (リアルタイム) ・ARMv7-M (マイコン)
• Cortex-A シリーズ: A8 (2005) ・A9 (2007) ・A5 (2009 廉価) ・A15 (2010) ・A7 (2011) ・A17 (2014) ・A53/A57 (2012 ARMv8 移行)
• パイプライン: 13段 (Cortex-A8) ・8段 (Cortex-A9) ・15段 (Cortex-A15)
• 発行幅: 2 (デュアル発行 Cortex-A8) ・3 (Cortex-A15)
• NEON SIMD: 128bit・16×8bit/8×16bit/4×32bit 同時演算
• Thumb-2: 標準命令セット・ARM only モード非推奨
• LPAE: 40bit 物理アドレス (1TB)
• VFPv3: SIMD 浮動小数点 (32 レジスタ)
• MMU: あり (TLB・ASID 8bit)
• L1 キャッシュ: 32KB+32KB
• L2 キャッシュ: 256KB-1MB
• 動作周波数: 600MHz (65nm 2005年) →2.0GHz (28nm 2014年)
• トランジスタ: 約350万 (Cortex-A8)
• プロセス: 65nm→28nm
• big.LITTLE: Cortex-A15+A7 ペア構成 (2011年)

ARMv7 派生製品

NEON SIMD 革新

2005年Cortex-A8 で初導入・SIMD 性能大幅向上:

• 構成: 128bit SIMD レジスタ 32本・浮動小数点+整数演算
• 命令: 16×8bit/8×16bit/4×32bit 同時演算
• 応用: 画像処理 (JPEG/PNG デコード) ・音声処理 (MP3/AAC エンコード) ・暗号化 (AES 加速)
• 採用: iPhone 3GS 以降全 iPhone・全 Android スマホ標準
• 後継: ARMv8-A NEON 改良 (FP16/FP32 標準) ・ARMv9-A SVE2 (Scalable Vector Extension 2)

big.LITTLE 革新 (2011年Cortex-A15+A7)

モバイル省電力アーキ:

• 構成: 高性能コア (Cortex-A15) +低消費コア (Cortex-A7) ペア
• 動作モード1 (Cluster Migration): 全体で A15 or A7 切替
• 動作モード2 (CPU Migration): コアごとに切替
• 動作モード3 (Heterogeneous Multi-Processing・HMP): 全コア同時動作
• 電力削減: アイドル時・軽負荷時に A7 で60-70%電力削減
• 採用: Samsung Exynos 5 Octa (Galaxy S4 2013) ・MediaTek X10 (2014)
• 後継: ARMv8 big.LITTLE (Cortex-A57+A53・2013) ・ARMv9 DynamIQ (Cortex-X+A+A・2017)

iPhone 3GS 革命 (2009年6月19日)

Cortex-A8 普及の決定的瞬間:

• CPU: Apple A1 (Samsung S5PC100・Cortex-A8 600MHz)
• GPU: PowerVR SGX535
• メモリ: 256MB DRAM
• ストレージ: 16GB/32GB
• OS: iPhone OS 3.0
• 革新: コピペ・MMS・ボイスコントロール・3MP カメラ
• 発売価格: $199/$299
• 後継: iPhone 4 (2010 A4・Cortex-A8 800MHz) ・iPhone 4S (2011 A5・Cortex-A9 デュアル800MHz)

iPad 1 (2010年4月3日)

Apple A4 SoC 初登場:

• CPU: Apple A4 (Cortex-A8 1GHz・Apple カスタム)
• GPU: PowerVR SGX535
• メモリ: 256MB DRAM
• 画面: 9.7" 1024×768 IPS
• 発売価格: $499 (16GB Wi-Fi)
• 総出荷: 1,500万台 (2010-2011年)
• 歴史的意義: タブレット市場の創出・以降Apple A シリーズ自社設計の起点

採用システム (2007-2014年)

• Apple iPhone 3GS (2009): A1 Cortex-A8 600MHz
• Apple iPhone 4 (2010): A4 Cortex-A8 800MHz
• Apple iPhone 4S/5 (2011-2012): A5/A5X/A6 Cortex-A9/Swift (ARMv7)
• Apple iPad 1/2/3/4 (2010-2012): A4/A5/A5X/A6X
• Samsung Galaxy S/S II/S III/S4 (2010-2013): Cortex-A8/A9/A15
• Google Nexus S/4/5/7/10 (2010-2013): Cortex-A8/A9/A15
• NVIDIA Tegra 2/3/4 (2010-2013): Cortex-A9/A15 マルチコア
• Raspberry Pi 2 (2015): Cortex-A7 900MHz

関連技術との違い

よくある質問 (FAQ)

Q1: Cortex-A8 と Cortex-A9 どちらが優れたか？ A: Cortex-A8 (2005 デュアル発行 In-order) ・Cortex-A9 (2007 シングル発行 Out-of-order・MPCore マルチコア) 。Cortex-A9 はMPCore で1-4コア構成可能・OoO で同周波数IPC +30% 向上。同時期主流は Cortex-A9 (iPhone 4S/5・Galaxy S II/III) ・Cortex-A8 はシングルコア用途。

Q2: Cortex-A15 はなぜ広く採用されなかった？ A: (1) 高性能だが消費電力大 (TDP 4-5W・スマホで持続稼働困難) ・ (2) 同時期Cortex-A53 (ARMv8 64bit 2013) 登場でA15 短命化・ (3) NVIDIA Tegra K1・Samsung Exynos 5 Octa 等に採用も主流化せず。big.LITTLE で A15 利用するが2014-2015年で世代交代。

Q3: 現代でARMv7 動作可能？ A: Raspberry Pi 2 (2015 Cortex-A7) ・iPhone 4S/5 (2011-2012 Cortex-A9) ・Android 4.x-5.x 旧機種で動作・コレクション/レトロ用途。新規開発はARMv8/v9 推奨だが組込み・低価格帯で継続採用継続。

まとめ

• 2005年ARM Ltd 発表・Cortex-A8
• デュアル発行 13段パイプ・NEON SIMD 128bit
• Thumb-2 標準・LPAE 40bit
• Cortex-A9 (MPCore) /A15 (big.LITTLE)
• iPhone 3GS・iPad 1・Samsung Galaxy S 採用