ARM kündigt die Mali-G77-GPU mit neuer „Valhall“-GPU-Architektur und 1,4-facher Leistungsverbesserung an

ARM hat auf seinem jährlichen TechDay die Mali-G77-GPU zusammen mit der Cortex-A77-CPU angekündigt. Während der Cortex-A77 einen deutlichen Generationsfortschritt gegenüber seinem Vorgänger, dem Cortex-A76, darstellt, ist die Mali-G77-GPU etwas völlig anderes. Es ist die erste GPU in der Mali-Reihe von ARM, die eine neue GPU-Architektur mitbringt, seit der Mali-G71, die 2016 die Bifrost-Architektur hervorbrachte. Die Mali-G77 bringt die brandneue „Valhall“-Architektur mit.

Obwohl die CPU-IP von ARM in der Smartphone-Landschaft historisch gesehen recht konkurrenzfähig war, Die Mali-GPU-Reihe des Unternehmens hatte im Laufe der Zeit Schwierigkeiten, mit den besten Lösungen ihrer Klasse zu konkurrieren Jahre. Immer wieder erwies sich die Mali-GPU-Serie in Bezug auf Leistung und Energieeffizienz als unterlegen gegenüber den PowerVR-GPUs von Adreno und Imagination Technologies. Die Bifrost-Architektur löste die Midgard-Architektur ab und wechselte von einem Vektortyp zu einem Skalartyp. Leider gelang es nicht, die scheinbar immer größer werdende Leistungs- und Energieeffizienzlücke zu schließen. Der Mali-G71 und der Mali-G72 litten unter einem zu hohen Stromverbrauch und einer Drosselung, die dazu führte machte sie den Adreno-GPUs von Qualcomm und der benutzerdefinierten GPU von Apple (beginnend mit dem Apple) unterlegen A11).

Die schlechte GPU-Leistung wurde zu einem so schwerwiegenden Problem, dass die Anbieter die Aussicht auf geringfügige GPU-Verbesserungen nach einer Generation geringschätzten. Der Exynos 9810Die Mali-G72MP18-GPU war beispielsweise eine leichte Verbesserung gegenüber dem Vorgänger. Huaweis HiSilicon Group hatte mit den Mali-GPUs in deutlich größerem Ausmaß zu kämpfen. Das HiSilicon Kirin 960 und das Kirin 970 wurden durch GPUs enttäuscht, die ungewöhnlich viel Strom verbrauchen, während sie relativ wenig liefern Leistung, soweit Huawei gezwungen war, einen unkonventionellen Drosselungsmechanismus einzuführen, Was zu... führte Benchmark-Cheats werden entdeckt für mehrere Huawei-Handys im letzten Jahr.

Die letztjährige Mali-G76 brachte glücklicherweise erhebliche Verbesserungen sowohl bei der Leistung als auch bei der Energieeffizienz. Mit einer 10-Core-Version des Mali-G76 konnte HiSilicon eine Leistungssteigerung von 46 % versprechen, und obwohl das Unternehmen die Leistungszahlen erreichte, Es war immer noch nicht in der Lage, die GPU-Leistung zu erreichen (sowohl Spitzen- als auch Dauerleistung). sowie Energieeffizienzkrone. Samsung Systems LSI hat eine 12-Core-Version der GPU im Exynos 9820 implementiert und Am Ende verringerte sich die Lücke zum Die Adreno 640-GPU von Qualcomm Snapdragon 855. Die Adreno-GPUs von Qualcomm sind nach wie vor die Klassenbesten auf dem Android-Markt, aber Apple hat letztes Jahr mit der benutzerdefinierten GPU des Apple A12 noch einen draufgesetzt. Apple konnte Qualcomm sowohl in puncto Spitzen- als auch Dauerleistung schlagen und zeigte zudem eine konkurrenzfähige Energieeffizienz. Derzeit bleibt die GPU des A12 führend, während die Adreno 640 GPU des Snapdragon 855 in den meisten Benchmarks den zweiten Platz belegt.

Angesichts dieses Wettbewerbsumfelds musste ARM sich der Herausforderung stellen.

Das Ergebnis war die Mali-G77 und die neue Valhall-Architektur. Laut ARM bietet es eine Steigerung der Leistungsdichte um 30 %, eine Verbesserung der Energieeffizienz um 30 % und eine Verbesserung des maschinellen Lernens (ML) um 60 %. ARM geht davon aus, dass Mali-G77-basierte Geräte eine um 40 % bessere Spitzengrafikleistung in Mobilgeräten liefern werden.

Das Unternehmen geht davon aus, dass das Mali-G77 mehr High-End-Gaming auf Mobiltelefonen bringen wird, und stellt fest, dass dies 2018 der Fall war Das Jahr, in dem die Einnahmen aus mobilen Spielen erstmals die Einnahmen aus Konsolen- und PC-basierten Spielen übertrafen Zeit.

In Bezug auf ML gibt ARM an, dass die Mali-G77 Geräten die Möglichkeit gibt, „immer komplexere“ ML-Aufgaben schneller auf dem Gerät auszuführen, mit einer Verbesserung der Leistungsdichte um 60 %. Dies ist besser, als sie zur Verarbeitung in die Cloud zu schicken, was zu größeren Sicherheitsbedenken und geringerer Leistung sowie höherer Latenz führt.

Die neue Valhall-Architektur ist die Basis des Mali-G77 und zukünftiger Mali-GPUs. Laut ARM machen die folgenden Merkmale von Valhall es zu einer „neuartigen Architektur“:

• „Eine neue superskalare Engine, die einen weiteren Sprung in puncto Energieeffizienz und Leistungsdichte ermöglicht.“
• Eine vereinfachte Skalar-ISA mit einem neuen Befehlssatz, der Compiler-freundlicher ist
• Neue dynamische Planung von Anweisungen
• Überarbeitete Datenstrukturen, die besser an moderne APIs wie Vulkan angepasst sind.
• Obwohl es viele verschiedene Weiterentwicklungen und neue Funktionen gibt, sind die beiden wichtigsten die Ausführungs-Engine und der Texture Mapper in Mali-G77.

Laut ARM verbessern die Wide-Execution-Motoren der Mali-G77 die Leistungsdichte, indem sie die Kontrolle über eine große Anzahl von Fahrspuren teilen. Der Mali-G76 verfügt über 8 Wide Warps und insgesamt 24 FMA-Lanes pro Shader-Kern, während der Mali-G77 über 16 Wide Warps, 32 Lanes (zwei Cluster mit 16 FMA pro Ausführungs-Engine) und eine Engine pro Shader-Kern verfügt. Nach Angaben des Unternehmens führt dies zu 33 % mehr Rechenleistung im gleichen Bereich im Vergleich zum G76.

ARM gibt außerdem an, dass die verbesserte Spieleleistung des Mali-G77 mit dem Quad-Texture-Mapper zusammenhängt. Dies bietet vier Texel/Zyklus, was einen doppelt so hohen Durchsatz als der Mali-G76 und einen viermal höheren Durchsatz als der Mali-G76 darstellt G72. Es soll Verbesserungen in allen Bereichen von High-Fidelity- und Casual-Gaming bringen, wird aber besonders große Auswirkungen auf texturlastige Spiele haben. Die Rechenkapazität des G77 wurde erhöht, daher musste laut ARM auch die Texturfähigkeit erhöht werden, um die Maschine im Gleichgewicht zu halten. Das Endziel? Liefern Sie mehr Leistung pro Quadratmillimeter als zuvor.

Die Mali-G77 wurde für die neuen 16-Wide-Execution-Engines und den Quad-Texture-Mapper optimiert. Diese Optimierung umfasst eine Neugestaltung des LSC und der Attributleitung mit Schwerpunkt auf Leistungsdichte und Energieeffizienz.

ARM gibt an, einen „erheblichen Fokus“ auf die Verbesserung der Energieeffizienz zu legen und wirbt dafür, dass die Mali-G77 die gleiche Arbeit mit 50 % der Energie leisten kann wie die Mali-G72 von vor zwei Jahren. Nach Angaben des Unternehmens steigern die Valhall-Architektur und der Mali-G77 die Energieeffizienz bei allen Arbeitslasten, was zu Folgendem führt: eine Verbesserung um das 1,3-fache bei „einem breiten Spektrum an Inhalten“, was bedeutet, dass Benutzer bei Premium-Angeboten eine längere Akkulaufzeit erhalten Geräte.

ARM gibt an, dass die dynamische Befehlsplanung jetzt in Hardware abgewickelt wird, um eine bessere Leistung zu ermöglichen. Der dynamische Scheduler soll entscheiden, welche Anweisungen von welchen Warps ausgeführt werden sollen, und die Arbeit wird dann im superskalaren Stil an unabhängige parallele ALUs ausgegeben.

Abschließend stellt ARM fest, dass die Valhall-Architektur die Weiterentwicklung der ARM-Frame-Buffer-Komprimierung durch AFBC 1.3 fortsetzt. Es bringt einige neue Funktionen mit sich, die im Blogbeitrag von ARM nachgelesen werden können.

ARM hat einige große Versprechen für die Mali-G77 gemacht und verkündet, dass sie erhebliche Leistungsverbesserungen in komplexer AR und ML bringen wird sorgen für „kompromisslose Grafikleistung und gesteigerte Effizienz“. Wenn sich die Behauptungen bewahrheiten, könnten wir endlich eine ARM-Mali-GPU auf den Markt bringen Sie können sich mit der Adreno-GPU einer bestimmten Generation messen oder sie sogar übertreffen, und der Markt für mobile GPUs ist einfach um einiges größer geworden wettbewerbsfähig.

Quelle: ARM

Über: AnandTech