ARM har annonceret Cortex-X Custom-programmet (CXC). Den første højtydende kerne under det brugerdefinerede program er ARM Cortex-X1. Læs videre for at vide mere!
Hvert år i maj annoncerer UK-baserede ARM, ejet af Japan-baserede Softbank, sin nye Mobile IP (intellektuel ejendom) til brug i mobile enheder. Denne IP består af nye CPU-kerner samt nye GPU'er. ARMs instruktionssæt bruges i alle smartphones i verden – det er en meget vigtig virksomhed. Med hensyn til CPU-kernearkitekturer vil enhver større mobilchipleverandør fra 2021 bruge ARMs lager CPU IP (som Samsung System LSI har givet op på dens Exynos M brugerdefinerede kerner). Det er derfor, det er dobbelt vigtigt, at ARM får tingene rigtigt. Nu i år har ARM annonceret ARM Cortex-A78 CPU-arkitekturen og Mali-G78 GPU, efterfølgerne til Cortex-A77 CPU og Mali-G77 hhv. GPU. Selvom disse meddelelser var forventet, var det, der ikke var forventet, at ARM annoncerede en anden CPU-kerne i form af Cortex-X. I årevis har tekniske anmeldere og brugere beklaget sig over, at Apples CPU-arkitekturer er flere år foran ARMs Cortex-A-serie. Med Cortex-X CPU-programmet og Cortex-X1 kan dette endelig ændre sig i 2021.
ARM ved, at deres kunder efterspørger flere løsninger og produkter baseret på forskellige behov i forskellige produktsegmenter. Det Cortex-A76bruges for eksempel i flagskibs-SoC'er såvel som i nogle lavere mid-range-SoC'er. Dens maksimale ydeevne var ikke så høj som Apples konkurrenter, fordi ARM skulle fokusere på PPA (ydelse, kraft og areal) først. Energieffektivitet og energieffektivitet var højere prioriteter for virksomheden i stedet for absolut ydeevne.
Med Cortex-X1 ændres dette.
ARM har annonceret Cortex-X Custom (CXC) programmet. Dette program indebærer tæt samarbejde med ARM-ingeniørteams og ARMs programpartnere, som kan forme et endeligt CPU-produkt, så det opfylder specifikke markedskrav. ARM bemærker, at dette giver programpartnere mulighed for at definere deres egne præstationspunkter uden for den "sædvanlige Cortex-A-konvolut for PPA". Den endelige brugerdefinerede CPU, designet og bygget af ARM, vil blive leveret under ARM Cortex-X-mærket. Den første CPU som en del af CXC-programmet er ARM Cortex-X1 CPU.
ARM er meget stolte af Cortex-X1 og siger, at det er den mest kraftfulde Cortex CPU til dato. Det bringer 30 % topydelsesforbedring i forhold til den nuværende Cortex-A77. Det siges at give "ultimativ ydeevne" til næste generations brugerdefinerede løsninger. CPU'en kom som svar på partnere, der ønskede at maksimere ydeevnen i overensstemmelse med deres egne use cases.
Cortex-X1 er som forventet også hurtigere end den nyligt annoncerede Cortex-A78, som stikker ind under den. Her er formuleringen vigtig. ARM siger, at det giver præstationsløft sammenlignet med Cortex-A78 med op til 22% enkelt-tråds heltals ydeevneforbedringer. "Uplifts" henviser til det faktum, at forbedringerne er relateret til korte udbrud af høj ydeevne, som er bedst til reaktivitet og reaktionsevne, ifølge ARM. Dette vil angiveligt muliggøre den højeste ydeevne nogensinde for smartphones og enheder med stor skærm, men tændt i betragtning af tallene, vil Cortex-X1 stadig ikke være i stand til at matche den kommende Apple A14, som den vil konkurrere. Det kan dog være i stand til at score på niveau med 2019's Apple A13.
Cortex-X1 tilbyder 2x maskinlæring (ML) ydeevneforbedringer i forhold til A77. Dette er en bemærkelsesværdig forbedring, og det kommer som en del af ARMs bredere fremstød for mere lokal computerydelse.
DynamIQ-klyngen med 4x Cortex-A78 og 4x Cortex-A55-kerner giver 20 % vedvarende ydelsesforbedringer i forhold til 4x Cortex-A77 og 4x Cortex-A55-klyngen. For mere information om kravet på 20 %, se vores artikel. (Ja, ARM annoncerede ikke en efterfølger til Cortex-A55, desværre. Det kan komme næste år.) Cortex-X1 muliggør på den anden side større skalerbarhed, mens den øger topydelsen. Partnere tilføjer 1x Cortex-X1 som en del af DynamIQ-klyngen sammen med 3x Cortex-A8 og 4x Cortex-A55 vil få 30 % forbedring i topydelse i forhold til den forrige generation, hvilket er en bedrift værd bemærker. A78 er specielt lavet til effektivitet, så når den kombineres med Cortex-X1, vil comboen levere den bedste vedvarende og maksimale ydeevne. Flagskibet Android-telefoner bliver meget hurtigere.
ARM siger, at nøglemarkedet for løsninger med Cortex-X1 er smartphones og nye formfaktorer (foldbare telefoner og store enheder med flere skærme). X1 giver en hurtigere UX med hurtigere app-indlæsningstider og forbedret respons på websiderulning. AI- og ML-baserede oplevelser vil blive bedre med forbedringen i ML-ydeevne. X1 vil, forudsigeligt, også forbedre use cases såsom produktivitet, kommunikation, sikkerhed, multiple digital immersion, kamerabaseret, avanceret spil og XR-oplevelser.
ARM Cortex-X1 - CPU-arkitektur
Cortex-X1's arkitektur er dér, hvor tingene bliver interessante. Den har adskillige mikroarkitektoniske opgraderinger, der giver det højeste ydelsesboost. Cortex-A76, som blev annonceret i 2018, opgraderede instruktionsdekodningsbredden til 4-bredden fra 3-bredden på Cortex-A75, som til gengæld var steget fra den 2-brede bredde på Cortex-A73. Cortex-A77 valgte dog at holde afkodningsbredden konstant på 4-bredden. Apples A-serie-chips er store og brede, da afkodningsbredden af alle A-serie-chips siden A11 har været 7-bred, hvilket er bredere end selv desktop CPU-arkitekturer. ARM har taget et skridt tættere på Apple med Cortex-X1, da afkodningsbåndbredden er blevet øget med 25 % til 5 instruktioner afkodet pr. cyklus.
Desuden siger ARM, at MOP-cache-gennemløbet er blevet øget med 33% til 8 MOP'er pr. cyklus. Cortex-X1's Neon-motor får to ekstra rør, der fordobler dens beregningskapacitet i forhold til A78. Med hensyn til cachestørrelser understøtter X1 64kB L1 og op til 1MB L2-cache, mens DynamIQ-klyngen er blevet opgraderet til nu at understøtte 8MB L3 for ultimativ ydeevne. Den større L3 kan også bruges af A78, når den bruges i kombination med Cortex-X1.
Cortex-X1 er det første eksempel på en Cortex-CPU produceret under CXC-programmet. Selve behovet for CXC-programmet er at skubbe ydeevnen på en konvolut uden for Cortex-A PPA. Det er fordi al den øgede ydeevne har en pris. Cortex-X1 er 1,5x størrelsen af Cortex-A78. Det betyder, at den har dårligere PPA samt dårligere energieffektivitet. Det er derfor usandsynligt, at den findes i nogen mellemklasse- eller budgettelefon, da den sandsynligvis vil være begrænset til avancerede flagskibstelefoner. At tillade partnere at have en CPU, der er specifik for deres markedsbehov, vil skelne mellem køreplanen for Cortex-A CPU'er. Det skal bemærkes her, at programpartnere ikke vil være i stand til direkte at tilpasse nogen CPU under CXC program. I stedet er CXC-programmet i det væsentlige efterfølgeren til "Built for Cortex"-licensen, hvor ARM foretager ændringer efter partnernes anmodning og designer CPU-IP'en til at blive solgt til partneren. På denne måde siger ARM, at det vil opfylde behovene i det stadigt ekspanderende økosystem.
Cortex-X1's målklokkehastighed er 3GHz. ARM har målrettet 3GHz siden A76, og clockhastigheden er især ikke lykkedes. Med den kommende fremkomst af 5nm SoC'er håber ARM dog, at leverandører endelig vil sende ARMs store kernedesign ved 3GHz. ARM bemærker, at alle præstationsestimater var baseret på SPECint2006, som er en industristandard benchmark.
Outlook
Cortex-X1's meddelelse er spændende for håbefulde købere af flagskibs Android-telefoner i 2021. For første gang siden 2013 og Apple A7 vil ARM være i stand til at komme tæt på Apples A-serie chips med hensyn til topydelse. Selvom Cortex-X1 ikke matcher A14, vil den være tættere på, end den var i de sidste syv år.
Den kommende Qualcomm Snapdragon 875 vil sandsynligvis inkorporere både Cortex-X1 såvel som Cortex-A78 som en del af dens "Prime Core" og "Performance Cores". HiSilicon er i ingen position at adoptere ARMs nyeste IP, da TSMC er blevet udelukket fra at levere chips, så Huawei-telefoner vil ikke have de nye CPU-kerner i år, og sandsynligvis ikke engang i begyndelsen af næste år. Navnlig er Samsung i en stærk position til at adoptere Cortex-X1 + Cortex-A78 som en del af det næste flagskib Exynos SoC, som vil efterfølge Exynos 990. Samsung udgav en erklæring, hvori det sagde, at det var "meget begejstret" for at se den nye retning, ARM tager med Cortex-X Custom-programmet. Cortex-X1 ophæver i det væsentlige Samsungs mislykkede satsning på brugerdefinerede kerner. Det er at håbe, at næste år vil de Exynos-drevne Galaxy S21/S30-telefoner endelig være fri for større eller mindre CPU-ydelsesunderskud mod den Snapdragon-drevne konkurrence. Endelig er det usikkert, om MediaTek vil adoptere Cortex-X1. Det Dimensioner 1000's efterfølger kan kun adoptere A78, eller den kunne gå efter X1 plus A78-kombinationen for at konkurrere direkte med Qualcomm. Vi må vente og se, hvordan tingene udvikler sig næste år.
Fremtiden for CPU-ydeevne i Android ser lys ud, selv som en stor CPU-chipproducent står på randen af lukning.
Kilder: ARM (1, 2), AnandTech