Apple從2013年九月iPhone 5S的心臟A7「Cyclone」開始邁進64位元的世界，也以此為起點，Apple Ax應用處理器開始展現驚世駭俗的效能優勢，從2015年六月趕盡殺絕32位元應用程式，直到今年的iOS 11中止支援32位元處理器（意思就是只回朔支援到iPhone 5S），更是深具重大意義的里程碑。
64位元是為了破除高效能架構障礙
但64位元運算真的有這麼神奇嗎？當然不是，真正有舉足輕重影響的，是ARM指令集擴充到64位元時，「順便」帶來的革新，特別是移除了打造高效能微架構的重大障礙。
要提高處理器效能，不外乎增加每個時脈週期可處理的指令數：
- 提高時脈，對於行動裝置來說，這幾乎是難以考慮的選項。
- 增加同時可以平行處理的指令數量，像硬體指令排程的超純量（Superscalar）和編譯器決定如何「一個蘿蔔一個坑」的超長指令集（VLIW）。
- 接著，提高管線效率，特別是當發生同時執行的指令，要存取相同暫存器而強碰時，就需要以「暫存器更名機制」為中心的「非循序指令執行」來解決。
前面有提到，電腦有別於計算器的最大差別，在於「條件判斷的能力」。
你可將電腦程式的正常執行流程，想像成一個「棋盤」，以一個角落當做起點，對角線的角落作為終點，在棋盤上反覆移動，不限制前進或後退。如發生條件判斷的分支（Branch），或無條件判斷的跳躍（Jump），就會變更指令流，並且中斷指令管線的運作，特別是必須先等待條件判斷的執行結果，才能決定該分支是否發生的分支，對效能的傷害尤其明顯。
所以某些指令集就具備了所謂「引述執行（Predicaton）」的能力，包含32位元的ARM指令集。一個在一般指令集的簡單條件判斷（相信各位一定看得懂）：
beq ra, label // if (ra) = 0, branch to ‘label’
or rb, rb, rc // else move (rb) into rc
改用具備引述執行的條件搬移指令，一行就解決了，避開了分支指令，也無須啟動分支預測機制。講的直白一點，就是把所有相關工作打包起來送作堆，一次搞定。
cmovne ra, rb, rc
這對追求高度平行化的指令集，有著莫大的吸引力，所以也不外乎多數超長指令集（VLIW）電腦，都具備這樣的能力，包含Intel的IA-64（Itanium），連x86從Pentium Pro開始也有cmov體系指令，只是因種種因素不那麼實用，而逐漸邊緣化了。
引述執行Predication的缺點
但天底下沒有白吃的午餐，先不提「事後」才支援引述執行的困難度，引述執行不但會增加處理器的工作量，更會提高指令管線前端的複雜度，不僅不利於提昇時脈，更會影響非循序指令執行引擎的設計，因為暫存器重新更名機制要「替身」的資料就更多了。很諷刺的，原本寄望可以提高指令平行化的引述執行，竟然反過來變成了打造高效能微架構的麻煩製造者。
64位元的ARMv8-A取消4位元引述執行（Predication）碼，將省下的指令編碼位元數，挪為倍增資料暫存器之用，不但降低了發生暫存器相依的機率，一併解除實作更高效率非循序指令集執行的緊箍咒，更是「在指令集擴充之路上，設法搬移未來微架構路障」的經典案例，這遠比整數邏輯運算暫存器和記憶體平面定址空間擴充到64位元還重要上百倍。
蘋果看到的64位元大未來
基於未來性，Apple也很早就把重心放在64位元效能，根據某些實際的指令排程輸出率測試，Apple兼具32/64位元相容性的Ax應用處理器，64位元的指令輸出量，就幾乎是32位元的足足兩倍，例如每個時脈可輸出6個64位元指令，32位元就會腰斬。當然，Apple自家晶片亦具備極度優異的記憶體效能，A10X改絃易徹走向大型化L2快取，也隱約透露出些有趣的弦外之音，這就有賴前P.A.Semi團隊的功力了。
問題又來了，那為何A11會強到破表？
有沒有想起來，iOS 11已純粹對應64位元環境？那A11為何還要硬扛著相容32位元ARM指令集的包袱呢？伺服器導向的Qualcomm Centriq 2400就是「純64位元」ARM處理器。少了後顧之憂，自然就可以把所有電晶體預算砸到刀口上，效能自然好，這就是Apple同時掌握全部軟硬體的天然優勢。
最後，不提A11，光A10每個時脈最多可同時輸出4個整數、2個浮點和2個記憶體載入，就已經很接近IBM Power7的水準，幾乎是其他ARM對手的兩倍，真是嚇死人了。A11有多可怕？我們以後再研究，謝謝收看。
連載告一段落，看到這裡應該對蘋果自家處理器有些想法，與我們分享看看你覺得這系列如何吧！
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