雷鋒網(wǎng)消息，今年三月，Arm推出了面向未來十年的新一代架構(gòu)Armv9。今天，Arm發(fā)布新一代CPU、GPU產(chǎn)品和互聯(lián)技術(shù)，Arm要用全新的全面計算產(chǎn)品組合，應(yīng)對智能手機(jī)、高性能PC、可穿戴等眾多應(yīng)用的計算需求和設(shè)計挑戰(zhàn)。

全新的CPU內(nèi)核包括高性能核心Cortex-X1的升級版Cortex-X2，Cortex-A78的繼任者Cortex-A710，時隔四年后升級Cortex-A55的全新小核心Cortex-A510。

三款全新的CPU核心都基于今年三月份推出的Armv9架構(gòu)，可謂一鍵三連，因此在改進(jìn)性能和效率的同時，也將擁有擴(kuò)展的SVE（可伸縮矢量擴(kuò)展）、機(jī)密計算架構(gòu)、內(nèi)存標(biāo)簽擴(kuò)展特性。

Arm新一代Mali GPU產(chǎn)品包括高端系列Mali-G78的繼任者M(jìn)ali-G710，中端系列Mail-G57的后繼產(chǎn)品Mali-G510，以及高能效產(chǎn)品Mali-G310。

全新的GPU系列依舊采用2019年發(fā)布的Valhall架構(gòu)，這一架構(gòu)2019年被Mali-G77首次使用，去年發(fā)布的Mali-G78進(jìn)行了小幅升級，麒麟9000、Exynos 2100以及MediaTek天璣都使用了Mali-G78。

Arm高級副總裁兼終端設(shè)備事業(yè)部總經(jīng)理 Paul Williamson告訴雷鋒網(wǎng)，“之所以引入新的產(chǎn)品命名規(guī)則，主要是因?yàn)橐肓薃rmv9架構(gòu)，希望用新的命名表示這個新架構(gòu)將會給市場帶來的變化?！?/strong>

除了全新CPU和GPU，Arm還發(fā)布了CoreLink CI-700 一致性互連技術(shù)和 CoreLink NI-700片上網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)與Arm CPU、GPU和NPU IP搭配，可跨SoC解決方案增強(qiáng)系統(tǒng)性能。

Armv9架構(gòu)三款全新CPU，性能平均提升超30%

2023年完成向64位應(yīng)用程序過渡

雷鋒網(wǎng)此前文章指出，Armv9架構(gòu)有三個系列，分別是針對通用計算的A系列，實(shí)時處理器的R系列，微控制器的M系列，預(yù)計未來兩代移動基礎(chǔ)設(shè)施CPU的性能提升將超過30%。首款基于Armv9架構(gòu)CPU的移動處理器最快將在今年底問世，可能來自MediaTek。

全新Cortex核心首先需要關(guān)注的是兼容性問題。自谷歌2019年宣布Google Play商店要求開發(fā)者上傳64位應(yīng)用程序之后，業(yè)界就開始向64位應(yīng)用程序過渡，并且，谷歌表示將在今年夏天晚些時候停止64位設(shè)備對32位應(yīng)用程序的兼容。

Arm則表示，為了支持生態(tài)系統(tǒng)對于性能的需求， 2023 年將僅提供 64 位的移動應(yīng)用大核和小核。因?yàn)樵贏rmv9架構(gòu)的全新三款CPU中，Cortex-X2和Cortex-A510只支持AArch64微體系結(jié)構(gòu)，它們不再能夠執(zhí)行AArch32代碼，而Cortex-A710仍將支持AArch32。

Arm解釋稱這主要是為了滿足中國市場需求，由于中國移動應(yīng)用市場缺乏像Google Play商店的同類生態(tài)系統(tǒng)，中國的供應(yīng)商以及應(yīng)用程序需要更多時間過渡到64位應(yīng)用程序。

這意味著，在采用Arm全新Cortex內(nèi)核的SoC上如果要運(yùn)行32位的應(yīng)用程序，只能運(yùn)行在Cortex-A710核心。

仍要看到的是，全新的Armv9架構(gòu)的產(chǎn)品X2和A710總體保持著X1和A78的目標(biāo)，X系列愿意在合理的范圍內(nèi)折衷功率，通過微體系結(jié)構(gòu)提高性能。A710則更著重于PPA（性能、功耗、面積）的平衡，通過更智能的設(shè)計提高性能和效率。小核A510是四年來的首次更新，是一種全新的小巧設(shè)計。

Cortex-X2性能優(yōu)勢進(jìn)一步擴(kuò)大

Cortex-X2進(jìn)一步擴(kuò)大了與Cortex-A710的性能和功耗的差距，Arm稱X2除了可以用于智能手機(jī)SoC，也可以用于大屏幕計算設(shè)備和筆記本電腦等對性能要求更高的終端?；贏rmv9架構(gòu)，X2核心從前端分支預(yù)測改進(jìn)、調(diào)度優(yōu)化到后端的管道等都進(jìn)行了諸多改進(jìn)。

就單核性能而言，在SPECint2006測試中，在相同工藝制程和頻率下，X2相比X1的集成性能提升了16%，機(jī)器學(xué)習(xí)性能提升高達(dá)2倍。但由于Arm是將8MB L3緩存設(shè)計與4MB L3設(shè)計進(jìn)行比較，6%的性能提升到底是較大緩存還是核心性能提升暫不清楚。

性能和功耗曲線來看，想要實(shí)現(xiàn)16%的性能提升需要付出更高的功耗，這將給三星和高通等手機(jī)SoC設(shè)計公司帶來更大挑戰(zhàn)。

Cortex-A710能效提升30%

由于同樣采用了最新的Armv9架構(gòu)，因此Cortex-A710同樣從核心的前端到后端也進(jìn)行了改進(jìn)，不同的是A710還支持AArch32。

經(jīng)過優(yōu)化的結(jié)果是，Cortex-A710相比Cortex-A78實(shí)現(xiàn)了最多10%的性能提升和30%的能效提升。同樣，10%的性能提升也是在8MB L3緩存設(shè)計與4MB L3緩存設(shè)計的比較。由于Cortex-A710可用于中端或低端SoC，這就意味著會使用較小緩存，10%的性能提升可能不容易實(shí)現(xiàn)。

相比性能提升，稍微降低頻率可以帶來很大的功耗降低。Arm稱，在性能相同的情況下，A710的功耗比Cortex-A78少30%。這將有利于適中頻率的Cortex-A710 “中間”核心實(shí)現(xiàn)持續(xù)的性能和電源效率。

總體看來，X2和A710的性能和功率指標(biāo)都很適中，提升也是近幾年來最少的。Arm解釋稱，由于向Armv9的遷移而進(jìn)行了較大的體系結(jié)構(gòu)更改，因此對通常的效率和性能改進(jìn)產(chǎn)生了影響。

X2和A710都是該奧斯汀微體系結(jié)構(gòu)家族的第四代產(chǎn)品，因此我們正面臨著不斷減少的收益和成熟的設(shè)計壁壘。

四年來首次更新Cortex小核

小核心是時隔四年終于迎來更新，因?yàn)樯弦淮『诵腃ortex-A55早在2017年就發(fā)布。全新的Cortex-A510來自Arm劍橋團(tuán)隊(duì)，使用了很多已經(jīng)在較大核中使用的技術(shù)。Arm稱Cortex-A510新內(nèi)核與此前的旗艦內(nèi)核Cortex-A73的單核性能和頻率非常相似，但功耗卻低很多。

據(jù)悉，Arm采用了一個被稱為“合并內(nèi)核”的設(shè)計方法，這是一種非常復(fù)雜的方法，最多兩個核心對，它們共享L2緩存系統(tǒng)以及它們之間的FP / NEON / SVE管道。

Arm指出，共享管道對硬件是完全透明的，并且還使用了細(xì)粒度的硬件調(diào)度。在同時使用兩個內(nèi)核的實(shí)際多線程工作負(fù)載中，與為每個內(nèi)核專用的管道相比，性能影響和不足僅占百分之幾。

乍一看，Arm的做法與AMD十年前在其Bulldozer內(nèi)核中對CMT（集群多線程）所做的改進(jìn)有一些非常相似，但是在某些重要方面卻有很大不同。

從性能指標(biāo)看，將Cortex-A55與32KB L1、128KB L2和4MB L3與具有32KB L1、256KB L2和8MB L3的Cortex-A510比較。在核心頻率相同的情況下，SPECint2006性能提升35%，SPECfp2006性能提升50%，提升非常顯著，但從年均復(fù)合增長率的角度看，提升并不那么令人印象深刻。

比較IOS功率和性能，Cortex-A510性能提升10%，功耗可以降低20%。

值得注意的是，A510與A55的曲線在較低工作點(diǎn)幾乎重疊。盡管A510總體上具有更好的性能，但這似乎主要是將效率曲線擴(kuò)展到更高的功率水平的結(jié)果。實(shí)際上要在任何結(jié)構(gòu)化的基準(zhǔn)測試中重現(xiàn)這些更真實(shí)的工作負(fù)載是極其困難的。

需要注意，Armv9-A CPU群集（cluster）的支柱是新款的動態(tài)共享單元（ DynamIQ Shared Unit）DSU-110，DSU-110 具備可擴(kuò)展性、可支持最多八Cortex-X2 內(nèi)核配置，同時確保效率表現(xiàn)。

Paul Williamson稱：“通過共享系統(tǒng)級緩存最多可以降低15%的能耗。”

旗艦Mali-G710 GPU是關(guān)注重點(diǎn)，中低端GPU性能大躍升

新的GPU系列延續(xù)采用Valhall 架構(gòu)，旗艦產(chǎn)品Mali-G710是Mali-G78的繼承者，目標(biāo)是相對簡單的代際演進(jìn)，這是Arm的架構(gòu)師在Mali GPU中實(shí)現(xiàn)的最高性能。

Mali-G610對于Mali GPU的品牌有積極意義，G610繼承了 Mali-G710 的所有功能，微體系結(jié)構(gòu)相同，但價格更低。G610配置低于7個內(nèi)核，可以幫助合作伙伴更好地區(qū)分旗艦產(chǎn)品與“高端”產(chǎn)品。

AnandTech指出，新的G710微體系結(jié)構(gòu)看起來非常有趣，尤其是要解決與Arm的Mali GPU的API開銷相關(guān)的一些弱點(diǎn)。如何發(fā)揮作用還有待觀察，但從性能和功耗的提升來看，這似乎是一個穩(wěn)健的進(jìn)步，即便這不足以改變移動市場的競爭格局。

總的來說，對于大部分消費(fèi)者而言，此次Arm升級的三款GPU關(guān)注的重點(diǎn)仍然是旗艦GPU Mali-G710。作為Valhall GPU架構(gòu)的延續(xù)，新款G710執(zhí)行引擎的與上一代Mali-G77和Mali-G78大致相同。與前一代Mali-G78 GPU相比，Arm承諾的改進(jìn)是性能提高約20%，功耗有望降低20%，機(jī)器學(xué)習(xí)性能提升35%。

Mali-G510和Mali-G310是在前代G57和G31產(chǎn)品的基礎(chǔ)上迭代升級。Mali-G510是Arm中端產(chǎn)品組合的重大升級，G510可從2核擴(kuò)展到6核，可以在端智能手機(jī)、旗艦智能電視和機(jī)頂盒上實(shí)現(xiàn) 100%的性能提升以及22%的節(jié)能優(yōu)化，延長了電池續(xù)航。

新的Mali-G310是基于Valhall的新低端產(chǎn)品，瞄準(zhǔn)的是以低面積效率為重點(diǎn)的市場，包括數(shù)千億的低成本設(shè)備和其他嵌入式市場，例如入門級智能手機(jī)、AR 設(shè)備和可穿戴設(shè)備。G310一個關(guān)鍵的價值是代表了Mali GPU架構(gòu)從Bifrost架構(gòu)到新的Valhall設(shè)計的重大轉(zhuǎn)變。

這些新設(shè)計代表了微體系結(jié)構(gòu)中新的重大突破，讓Arm的中端和低端產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了顯著的性能提升。G510相比G54性能提升了1倍，能效提升22%，機(jī)器學(xué)習(xí)性能提升了1倍。G310相比G31圖形變形性能提升4.5倍，Vulkan性能提升4.5倍，Android UI性能提升2倍。

有意思的是，Anandtech認(rèn)為由于缺少更大的幅度變化或步進(jìn)功能升級，Arm的高端GPU前景看起來并不十分理想，三星已經(jīng)確認(rèn)在下一代Exynos GPU中采用AMD RDNA GPU，海思麒麟SoC被按下了暫停鍵。聯(lián)發(fā)科成為最后一個會采用Mali高端GPU的公司，但他們至今還未推出真正的旗艦級SoC，所以有可能看不到高端Mali-G710產(chǎn)品。

Arm Mali GPU設(shè)計哲學(xué)一直是一把雙刃劍，特別是它們正試圖通過非常相似的微體系結(jié)構(gòu)來滿足如此廣闊的市場。高端市場看起來有些暗淡，但中端和低端產(chǎn)品看起來非常有前途。

Arm表示，到2020年，他們已經(jīng)出貨了超過10億個Mali GPU， DTV市場份額為80%，智能手機(jī)市場份額超過50%。

全面計算時代系統(tǒng)性能更加重要

Arm在2019年首次提出全面計算戰(zhàn)略，隨著全新架構(gòu)產(chǎn)品的發(fā)布，Arm的全面計算戰(zhàn)略也進(jìn)一步升級。Arm認(rèn)為全面計算設(shè)計戰(zhàn)略的三大關(guān)鍵原則是——計算性能、開發(fā)者可及性和安全性。要同時滿足這三大關(guān)鍵原則，需要提供出色的性能、安全性、可擴(kuò)展性和效率。

“我們正致力于將 Armv9 技術(shù)引入到各個領(lǐng)域，以系統(tǒng)級設(shè)計最大程度地提高性能?；?Arm 架構(gòu)的計算技術(shù)正在構(gòu)建超越智能手機(jī)市場以外的領(lǐng)導(dǎo)地位，借助移動生態(tài)系統(tǒng)帶來的巨大規(guī)模優(yōu)勢，在筆記本電腦、臺式機(jī)、云等應(yīng)用領(lǐng)域打造領(lǐng)先的解決方案。這些靈活的解決方案將被應(yīng)用于Arm 合作伙伴的各種應(yīng)用中，開啟新一代沉浸式的交互體驗(yàn)?！盤aul Williamson表示。

全面計算對于移動設(shè)備、有豐富功能的AI產(chǎn)品都非常重要。因此，既需要Arm的Cortex CPU和Mali GPU，還需要全新的互聯(lián)技術(shù)，這對于提高系統(tǒng)性能至關(guān)重要。

Arm今天推出的CoreLink CI-700 和 CoreLink NI-700 對新的 Armv9-A 功能提供硬件級支持，如內(nèi)存標(biāo)簽擴(kuò)展（Memory Tagging Extension），并支持更高的安全性、改進(jìn)的帶寬和延遲。

Paul Williamson指出，“以往算力用基準(zhǔn)測試來衡量，但全面計算的時代PPA的重要性越來越低，交付更好的用戶體驗(yàn)和更高的系統(tǒng)性能將變得更加重要。Arm 全新的全面計算解決方案采用系統(tǒng)范圍的整體優(yōu)化方法，橫跨硬件 IP、物理 IP、軟件、工具和標(biāo)準(zhǔn)，滿足所有終端細(xì)分市場的應(yīng)用場景和成本區(qū)間?！?/strong>

對算力需求越來越高以及應(yīng)用越來越豐富是可以看到的趨勢，在變化越來越快的5G、AI和數(shù)字化時代，芯片巨頭都已經(jīng)轉(zhuǎn)向多芯片組合競爭的時代，更加靈活的產(chǎn)品組合能夠滿足不同應(yīng)用的性能需求。當(dāng)然，與之相對應(yīng)的還有制程、異構(gòu)集成、封裝等一系列的問題，需要整個產(chǎn)業(yè)鏈共同面對。

Arm的全面計算策略能獲得多大的成功？

注，文中配圖來自Arm

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