简介

之前在“ARM V2处理器微架构介绍”一文中介绍了面向服务器、云计算等应用的ARM V2处理器微架构，V系列具有更强性能，N系列强调性能和功耗等方向的平衡，本文就将介绍一下ARM N2处理器微架构相比较前代的一些提升。尽管ARM还具备一代N1/V1的服务器端处理器，但严格意义讲N2是ARM相对成熟的第一代服务器端处理器IP。

前端Front-End

前端的设计相比较前代可以说是巨大提升，预测和取指依然是解耦设计，本代CPU对预测器做了重点的升级。

预测器方面，原来的8instrs/cycle提升为2x8instrs/cycle，每个周期可以处理2个分支，相对应的分支执行也是每个周期处理2个分支。这个特性属于一个相对复杂的实现，AMD的Zen4 Epyc也是同样实现了这个特性，具体的实现方案没有查到更多的资料，最近亦安有进展会写文章讨论一下。

BTB方面，NanoBTB是由原来的16 entries提升到64 entries，早期的快速重定向能力有比较大的提升。Main BTB的大小由6K entries提升到8K entries，并且延迟更低，分支目标tagged关联了上下文以强化安全问题。

ICache是64KB，4路组相联，依然是VIPT组织结构，校验方式是奇偶，Cache line是64bytes。值得一提的是Mop Cache，这个是首次在服务器端使用该特性，在手机端是A77开始具有该特性，主要为了绕过decode快速进入下一个模块。具有1536 entries，4-way skewed组相联，VIVT的组织结构，Cache替换算法PLRU，公开资料显示Mop Cache命中率有85%，命中率还不错。不过不管是服务器还是移动端，这个特性都被舍弃了，服务器是N3/V3放弃的，移动端应该是X4放弃的。

Fetch Queue从原来的12 entries提升到16 entries，decode宽度4（ICache）5（Mop Cache）

Mid-Core & Back-End

rename宽度由4instrs提升到5instrs，增加了checkpointing，ROB也由128提升到160，ALU从3提升到4，降低了分支预测错误惩罚，从11cycle降到10cycle。

L1 Dcache 64KB，4-way组相联，使用VIPT的组织方式，校验方式是ECC，替换算法是PLRU，后面一代的N3改为RRIP。具有2-LD/ST和1-LD。L2的带宽翻倍，变为64B读+64B写。预取引擎也有所优化，例如Temporal预取器可以预取任意的、重复的访问模式，以加速使用时间流的工作负载。

关于CCS

N2的一个其它重点就是加入CCS，对用户而言搭建复杂系统更加便捷，不过这不是本文的重点，简单描述。互联系统升级为CMN700，各种连接口实际都升级到下一代，但互联属于核心关键技术。

总结

ARM N2还是属于比较经典的一代CPU，不少的公司都在使用，其很多微架构的设计都比较有趣，很多特新大家也可以参考相关的论文研究。