Android應(yīng)用終于一統(tǒng)　真64位應(yīng)用時(shí)代即將來(lái)臨

2022-05-30 03:09:52

電腦愛好者 2022年15期

64位征途早已上路

早在2011年，ARM就發(fā)布了第8代架構(gòu)ARMv8，這也是ARM歷史上變革最大的指令集（這個(gè)頭銜也被用在了2021年發(fā)布的ARMv9身上），正式扣響了64位時(shí)代的大門。2013年9月，蘋果首發(fā)搭載64位處理器（Apple A7，基于ARMv8指令集自研）的iPhone 5S（圖1），至此移動(dòng)處理器的風(fēng)向瞬間從32位轉(zhuǎn)向64位。

為了迎合這股風(fēng)潮，ARM在2014年正式發(fā)布了基于ARMv8-A指令集定制的Cortex-A57和Cortex-A53公版IP架構(gòu)（圖2），谷歌也帶來(lái)了支持64位技術(shù)的Android 5.0系統(tǒng)。前者被高通驍龍410（MSM8916）、驍龍810、聯(lián)發(fā)科MT6732和麒麟620先后列裝，至此Android手機(jī)也漸過(guò)渡到了64位時(shí)代。

雖然8年前智能手機(jī)在硬件和系統(tǒng)層面就已經(jīng)跨過(guò)了64位的門檻，但時(shí)至今日Android的軟件生態(tài)卻依舊處于64位應(yīng)用和32位應(yīng)用亂戰(zhàn)的格局。64位應(yīng)用都有哪些優(yōu)勢(shì)，為何它的普及就這么難？

64位應(yīng)用有何優(yōu)勢(shì)

電子計(jì)算設(shè)備都是使用二進(jìn)制（0與1）來(lái)表示信息，32位與64位分別指的就是處理器在單位時(shí)間內(nèi)，能一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)分別為32位和64位。在尋址方面，32位的尋址空間為2的32次方（大約4GB），而64位則可實(shí)現(xiàn)2的64次方的指數(shù)級(jí)別增長(zhǎng)，并支持動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，這意味著在6 4位的軟硬生態(tài)下，任何一個(gè)應(yīng)用都可以分配到超過(guò)4GB的RAM，這對(duì)于游戲等大型應(yīng)用的性能表現(xiàn)有著更進(jìn)一步的提升。

vivo官方曾經(jīng)如此評(píng)價(jià)：“支持64位設(shè)備是Android應(yīng)用程序利用超過(guò)4GB RAM地址空間、在數(shù)據(jù)處理中利用更寬寄存器和更高精度，以及獲取強(qiáng)化安全特性的唯一途徑?！睋Q句話說(shuō)。64位處理器+64位系統(tǒng)+64位應(yīng)用，只有這三駕軟硬層面的馬車并駕齊驅(qū)時(shí)，才能讓手機(jī)的運(yùn)行效率得以最大限度的釋放。

聯(lián)發(fā)科實(shí)驗(yàn)室曾基于不同IP的移動(dòng)SoC進(jìn)行過(guò)詳細(xì)測(cè)試，結(jié)果表明在玩家關(guān)心的主流游戲性能方面，64位相比32位有著30%～40%的提升，64位應(yīng)用能帶給手機(jī)玩家更加絲滑流暢的游戲體驗(yàn)（圖3）。

在應(yīng)用冷啟動(dòng)速度方面，聯(lián)發(fā)科實(shí)驗(yàn)室還基于天璣9000移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。結(jié)果顯示，64bit應(yīng)用的冷啟動(dòng)速度相比32bit應(yīng)用快13%～60%（圖4），用戶可以明顯感知到應(yīng)用啟動(dòng)速度的提升。在手游方面，通過(guò)UnityEngine “Armies”Demo對(duì)比測(cè)試結(jié)果表明，運(yùn)行64bit編碼版本相比32bit可帶來(lái)額外的16%的幀率提升（圖5）。

此外，根據(jù)ARM實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，與32bit計(jì)算相比，智能手機(jī)上的64bit計(jì)算在壓縮文件時(shí)可帶來(lái)超過(guò)90%的性能提升，在解壓縮時(shí)速度則能提高將近80%。在能耗方面，對(duì)比于32bit的計(jì)算環(huán)境，主流移動(dòng)處理器架構(gòu)在64bit的計(jì)算環(huán)境下能獲得13.2%～35.2%的能效提升，這意味著處理器只需耗費(fèi)更少的電能就能完成相同的計(jì)算任務(wù)。此外，64bit架構(gòu)還強(qiáng)化了設(shè)備的安全性，包括分支目標(biāo)識(shí)別（BTI）、指針身份驗(yàn)證（PAC）和內(nèi)存標(biāo)簽擴(kuò)展（MTE）等，這些在32bit架構(gòu)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的安全功能都將在64bit架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。

既然64位生態(tài)這么好，為什么各大應(yīng)用商店提供的很多最新應(yīng)用卻依舊死守32位的版本呢？

64位的普及之路并不順利

沒(méi)辦法，理論和現(xiàn)實(shí)之間是存在摩擦力的。在過(guò)去的十余年里，32位應(yīng)用已經(jīng)建立了完善的開發(fā)者生態(tài)，哪怕是ARM這個(gè)規(guī)則制定者都不能推倒重來(lái)另起爐灶。為了兼容32位程序，ARM在ARMv8和Cortex-A57及其后續(xù)指令集和架構(gòu)中加入了AArch64和AArch32兩種運(yùn)行狀態(tài)（圖6），分別適配64位和32位應(yīng)用。

對(duì)于開發(fā)者來(lái)說(shuō)，一款應(yīng)用要想取得成功，關(guān)鍵是可以俘獲更多的用戶安裝，因此絕不可能放棄存量更多的舊手機(jī)（搭載僅支持32位應(yīng)用的處理器和系統(tǒng)）。既然新款處理器和Android系統(tǒng)都能同時(shí)兼容32位和64位的應(yīng)用，從成本和后期的維護(hù)來(lái)看，直接開發(fā)32位應(yīng)用顯然最為劃算，新老手機(jī)都能安裝，最多就是新手機(jī)無(wú)法以最佳狀態(tài)運(yùn)行而已。如果只開發(fā)64位應(yīng)用，會(huì)流失龐大的老設(shè)備用戶群體，同時(shí)推出32位和64位應(yīng)用對(duì)后續(xù)維護(hù)成本也是一種負(fù)擔(dān)。

相對(duì)來(lái)說(shuō)，蘋果在推廣64位應(yīng)用時(shí)就要順利許多。因?yàn)閕OS屬于封閉的軟硬生態(tài)，就連開發(fā)者使用的開發(fā)工具都來(lái)自于蘋果，強(qiáng)大的管控能力讓蘋果在軟硬件的適配方面說(shuō)一不二，從2014年到2017年，只用了4年時(shí)間就完成了32位應(yīng)用向64位應(yīng)用的迭代。然而，Android卻屬于開放生態(tài)，除了谷歌自己的Play商店，各大手機(jī)品牌也都出廠預(yù)裝了自家的應(yīng)用商店，市面上還存在以百度軟件管家、酷安、騰訊應(yīng)用寶為代表的無(wú)數(shù)第三方應(yīng)用市場(chǎng)（圖7），我們?cè)诎惭b某個(gè)應(yīng)用時(shí)還經(jīng)常遇到從第三方商店跳轉(zhuǎn)到官方商店的情形。在這個(gè)大環(huán)境下，想裝個(gè)純凈的官方應(yīng)用都不太容易，全面普及64位應(yīng)用就更難實(shí)現(xiàn)了。

就拿筆者手機(jī)中安裝的應(yīng)用來(lái)看，包括北京銀行、魯大師的性能評(píng)測(cè)插件、OPPO手機(jī)預(yù)裝的游戲中心在內(nèi)的很多應(yīng)用依舊還停留在32位的版本上（圖8）。

來(lái)自頂層建筑的嘗試

在Android生態(tài)領(lǐng)域，谷歌和ARM無(wú)疑屬于“頂層建筑”，而它們也很早就開始了推廣64位應(yīng)用的努力。以谷歌為例，早在2019年初就通知開發(fā)者：“從2019年8月1日開始，您在Google Play上發(fā)布的應(yīng)用將需要支持64位架構(gòu)。64位CPU為您的用戶提供更快，更豐富的體驗(yàn)。添加應(yīng)用程序的64位版本可改善性能，為將來(lái)的創(chuàng)新打下基礎(chǔ)，并為使用僅64位硬件的設(shè)備做好準(zhǔn)備?！?/p>

然而，Android的開放生態(tài)，注定了谷歌與開發(fā)者之間的關(guān)系更像是盟友與合作者，而不是iOS生態(tài)中開發(fā)者只是蘋果的“打工仔”。何況國(guó)內(nèi)用戶對(duì)Google Play幾乎無(wú)感，更多第三方的分發(fā)渠道，大幅限制了谷歌的掌控力。

相對(duì)于谷歌，ARM推廣6 4位應(yīng)用的手段顯得更加暴力和直接。早在2020年10月ARM就曾表態(tài)，自2022年開始的IP設(shè)計(jì)中將逐漸取消對(duì)32位的支持。實(shí)際上，ARM在2021年發(fā)布的基于ARMv9指令集打造的Cortex-X2（超大核）和Cortex-A510（小核），就已經(jīng)取消了對(duì)AArch32的支持，只有Cortex-A710能同時(shí)支持AArch32和AArch64，據(jù)說(shuō)這還是應(yīng)中國(guó)客戶要求特殊設(shè)計(jì)的，因?yàn)橹袊?guó)市場(chǎng)還有太多應(yīng)用停留在32位（圖9）。

這意味著，當(dāng)你打開某個(gè)32位APP時(shí)，無(wú)論它處于前臺(tái)還是后臺(tái)掛起狀態(tài)都只能交由Cortex-A710運(yùn)行，既無(wú)法享受到Cortex-X2的更強(qiáng)性能，也無(wú)法通過(guò)big.LITTLE技術(shù)切換技術(shù)切換到更省電的Cortex-A510，存在嚴(yán)重的效率折損和資源浪費(fèi)。大家可以想象一下，當(dāng)你正在使用搭載新驍龍8和天璣9000芯片的旗艦手機(jī)時(shí)，哪怕運(yùn)行個(gè)小說(shuō)軟件（32位版）都必須使Cortex-A710核心，長(zhǎng)時(shí)間忍受高耗電和高發(fā)熱的情景嗎？

ARM在6月底正式發(fā)布了面向下一代移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)的IP架構(gòu)Coretx-X3、Coretx-A715和Coretx-A510 Refresh，其中Coretx-X3和Coretx-A715均放棄了對(duì)AArch32的支持，但全新設(shè)計(jì)的Coretx-A510 Refresh則同時(shí)兼容AArch32和AArch64，但是AArch32只限于特定的選擇中。

據(jù)悉，預(yù)計(jì)到2023年底，上市旗艦手機(jī)中ARM的IP架構(gòu)將全面放棄對(duì)32位應(yīng)用的支持，僅支持64位應(yīng)用運(yùn)行，這是上游廠商在“逼”下游廠商全面支持64位應(yīng)用。其更深層的原因其實(shí)是，目前不支持64位應(yīng)用程序的純32位應(yīng)用處理器在移動(dòng)市場(chǎng)中出貨量已幾近消失，同時(shí)32位應(yīng)用的天生缺陷也開始逐步限制了Android平臺(tái)軟硬生態(tài)的進(jìn)步，而這一問(wèn)題已經(jīng)到了非解決不可的地步。

金標(biāo)聯(lián)盟推進(jìn)64位移動(dòng)計(jì)算生態(tài)

隨著時(shí)間的推移，無(wú)論是ARM、谷歌、開發(fā)者還是普通用戶，都已經(jīng)對(duì)64位應(yīng)用一統(tǒng)江湖達(dá)成了共識(shí)。而“金標(biāo)聯(lián)盟”的成立以及移動(dòng)應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)全面向64位遷移公告的發(fā)布（圖10），就是這種共識(shí)的集中體現(xiàn)。

⑩

早在今年4月，金標(biāo)聯(lián)盟就宣布要共同推進(jìn)64位移動(dòng)計(jì)算生態(tài)，并發(fā)布了第一階段的2個(gè)關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)：自2022年4月1日起，金標(biāo)聯(lián)盟成員OPPO、vivo、小米（按首字母排序）等主流應(yīng)用商店，不允許單獨(dú)上架新的32位應(yīng)用包，可支持采用兼容包或雙包上傳，游戲類暫不受限制。允許單獨(dú)發(fā)布32位應(yīng)用的更新包，產(chǎn)品側(cè)會(huì)進(jìn)行強(qiáng)提示。自2022年7月1日起，不允許單獨(dú)上架新的32位游戲應(yīng)用包，可支持采用兼容包或雙包上傳（圖11）。

在6月中旬舉辦的金標(biāo)聯(lián)盟開發(fā)者沙龍中，金標(biāo)聯(lián)盟再度強(qiáng)調(diào)了64位應(yīng)用生態(tài)的價(jià)值與意義，并公布了金標(biāo)聯(lián)盟64位應(yīng)用生態(tài)推動(dòng)進(jìn)程的更詳細(xì)計(jì)劃：自2022年10月1日起，應(yīng)用（游戲除外）更新包不允許單獨(dú)更新32位應(yīng)用包，可支持兼容包或雙包更新。自2022年12月1日起，游戲應(yīng)用的更新包不再允許單獨(dú)更新32位應(yīng)用包，必須支持兼容包或雙包更新（圖12）。

換句話說(shuō)，從今年12月開始，金標(biāo)聯(lián)盟涉及的應(yīng)用商店將全面實(shí)現(xiàn)64位應(yīng)用的遷移及適配工作，實(shí)現(xiàn)Android生態(tài)應(yīng)用整體性能提升、安全提高和資源保護(hù)的既定目標(biāo)（圖13）。公告發(fā)布后，OPPO、vivo、小米也積極響應(yīng)并倡議共同推進(jìn)64位移動(dòng)計(jì)算生態(tài)（圖14），ARM和谷歌推動(dòng)的64位夢(mèng)將最終得以落地。

除了64位應(yīng)用生態(tài)建設(shè)以外，金標(biāo)聯(lián)盟還公布了金標(biāo)認(rèn)證服務(wù)。我們可以將金標(biāo)認(rèn)證服務(wù)理解為手機(jī)領(lǐng)域的“EVO認(rèn)證”，凡是通過(guò)聯(lián)盟制定的穩(wěn)定性、兼容性、性能、功耗、安全等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試后便能獲得金標(biāo)認(rèn)證（圖15），消費(fèi)者閉眼都可放心購(gòu)買。針對(duì)即將來(lái)襲的Android 13系統(tǒng)，金標(biāo)聯(lián)盟為開發(fā)者提供了兼容性框架工具（圖16），還與開發(fā)者分享了大屏手機(jī)應(yīng)用適配的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)思路（圖17）。