Η ARM ανακοινώνει τον πυρήνα της CPU Cortex-A77 με βελτιώσεις απόδοσης 20-35%

Στην ετήσια εκδήλωση TechDay της ARM, η ARM ανακοίνωσε τον πυρήνα της CPU Cortex-A77. Η ανακοίνωση Cortex-A77 έρχεται μαζί με την ανακοίνωση του GPU ARM Mali-G77, η οποία είναι η πρώτη GPU που έχει την ολοκαίνουργια αρχιτεκτονική GPU "Valhall". Μαζί, αυτά τα δύο προϊόντα πετυχαίνουν τα περσινά CPU Cortex-A76 και GPU Mali-G76 αντίστοιχα.

Η ARM με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο, η οποία αγοράστηκε από την Softbank με έδρα την Ιαπωνία το 2016, είναι μια από τις σημαντικότερες εταιρείες στον κλάδο της τεχνολογίας. Κάθε smartphone στον κόσμο τροφοδοτείται από το σετ οδηγιών της ARM. Η Qualcomm χρησιμοποιεί μια ημι-προσαρμοσμένη άδεια "Made for Cortex" που επιτρέπει στην εταιρεία να ενσωματώνει προσαρμοσμένες παραλλαγές της IP CPU της ARM στα προϊόντα της (για παράδειγμα, το Kryo 485 Gold είναι μια ημι-προσαρμοσμένη παραλλαγή του Cortex-A76). Ο όμιλος HiSilicon της Huawei ήταν άλλος υψηλού προφίλ δικαιοδόχος της IP CPU της ARM

, χρησιμοποιώντας στοκ εκδόσεις των πυρήνων CPU της ARM, ενώ η Samsung Systems LSI και η Apple χρησιμοποιούν πλήρως προσαρμοσμένους πυρήνες πάνω από το σετ εντολών της ARM. Η Samsung και η HiSilicon αδειοδοτούν επίσης τις GPU Mali της ARM για τα εσωτερικά τους SoC, ενώ η Qualcomm και η Apple επιλέγουν να χρησιμοποιούν τις προσαρμοσμένες λύσεις GPU τους (για παράδειγμα, η Qualcomm χρησιμοποιεί τις δικές της Adreno GPU).

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο όταν η ARM κάνει μια νέα ανακοίνωση, έχει σημαντικές επιπτώσεις στη βιομηχανία των smartphone. Τα καλά νέα είναι ότι η ARM βρίσκεται σε εξέλιξη εδώ και λίγο καιρό όσον αφορά τη δημιουργία νέων μικροαρχιτεκτονικών CPU. Τα Cortex-A72, Cortex-A73 και Cortex-A75 ήταν όλα αξιοσέβαστα σχέδια που αναπλήρωσαν τα λάθη του Cortex-A57. Ωστόσο, το περσινό Cortex-A76 έκανε ένα βήμα παραπέρα όσον αφορά τις επιδόσεις, καθώς υποσχέθηκε "επιδόσεις κατηγορίας φορητών υπολογιστών" με 35% βελτίωση απόδοσης σε σχέση με το ήδη ικανό Cortex-A75. Αναλόγως, Η Qualcomm υποσχέθηκε βελτίωση απόδοσης 45% με τον Snapdragon 855το μεγαλύτερο χτύπημα απόδοσης οποιουδήποτε SoC Snapdragon στην ιστορία.

Το Cortex-A76 είχε υψηλή απόδοση στους τομείς του IPC, του PPA και της αποδοτικότητας. Είχε τον καλύτερο ΟΛΠ στον κλάδο με μικρά μεγέθη επιφάνειας καλουπιών. Όντως επωφελήθηκε από την εξαιρετική διαδικασία FinFET των 7nm της TSMC, αλλά οι βελτιώσεις IPC που έφερε άφησαν επίσης το στίγμα τους. Κατάφερε να ξεπεράσει τον προσαρμοσμένο πυρήνα Exynos M3 της Samsung Exynos 9810, παρά το ότι έχει μικρότερο πλάτος αποκωδικοποίησης (4-πλάτος έναντι. 6-πλάτος). Ακόμη και η φετινή κυκλοφορία του πυρήνα Exynos M4 στο Exynos 9820 δεν ήταν αρκετό για να αρπάξει το πλεονέκτημα απόδοσης της ARM (αν και έκλεισε το χάσμα), καθώς το Cortex-A76 εξακολουθεί να απολαμβάνει ένα πλεονέκτημα απόδοσης και αποδοτικότητας πάνω από το Exynos M4. (Το Exynos απογοητεύτηκε επίσης από μια κατώτερη διαδικασία κατασκευής: 8nm LPP vs. 7nm FinFET). Συγκεκριμένα, η ενεργειακή απόδοση του Cortex-A76 έχει βρεθεί ότι είναι απίστευτη. Τα SoC που χρησιμοποιούν το Cortex-A76 περιλαμβάνουν κορυφαία SoC όπως το HiSilicon Kirin 980 και το Qualcomm Snapdragon 855, αλλά έχουμε αρχίσει να το βλέπουμε και σε SoC μεσαίας κατηγορίας με τη μορφή του Qualcomm Snapdragon 675 και το Snapdragon 730/730G. Ο αντίκτυπος στην απόδοση ήταν αποτελεσματικός.

Στον φορητό χώρο, ο Cortex-A76 εξακολουθεί να είναι κατώτερος από τους προσαρμοσμένους πυρήνες της Apple, όπως φαίνεται στο Apple A11 και το Apple A12 όσον αφορά τις οδηγίες ανά ρολόι (IPC). Η ARM, ωστόσο, δεν έχει δείξει σημάδια επιβράδυνσης του ρυθμού βελτιώσεών της. Τον Αύγουστο, η εταιρεία αποκάλυψε τον οδικό χάρτη του πυρήνα της CPU με έναν πυρήνα "Deimos" για το 2019 και έναν πυρήνα "Hercules" για το 2020, και οι δύο βασίζονται στον Cortex-A76. Εντυπωσιακά, η εταιρεία υποσχέθηκε 20-25% βελτίωση της απόδοσης CAGR κάθε χρόνο με κάθε νέο chipset στην οικογένεια πυρήνων του Austin. Η ARM επιταχύνεται προς τα εμπρός.

Το Cortex-A77 είναι ο πυρήνας της CPU "Deimos" και θα φτάσει στα τέλη του 2019 και στις αρχές του 2020 ναυαρχίδες SoC. Είναι μια εξέλιξη του Cortex-A76 και είναι η δεύτερη επανάληψη του πυρήνα του Austin οικογένεια. Η CPU είναι ένας άμεσος μικροαρχιτεκτονικός διάδοχος του A76 και τα περισσότερα βασικά χαρακτηριστικά του είναι τα ίδια. Οι προμηθευτές θα μπορούν να αναβαθμίσουν το SoC IP χωρίς μεγάλη προσπάθεια. Όσον αφορά την αρχιτεκτονική, παραμένει ένας πυρήνας CPU ARM v8.2 που προορίζεται να συνδυαστεί με έναν "μικρό" πυρήνα Cortex-A55 αντί για ένα σύμπλεγμα DynamIQ Shared Unit (DSU).

Τα μεγέθη κρυφής μνήμης του Cortex-A77 είναι: 64 KB L1 εντολές και κρυφές μνήμες δεδομένων, 256 και 512 KB κρυφές μνήμες L2 και έως 4 MB κοινόχρηστη κρυφή μνήμη L3. Οι βελτιώσεις απόδοσης θα πρέπει να προέρχονται από μικροαρχιτεκτονικές βελτιώσεις, καθώς η συχνότητα του πυρήνα δεν αναμένεται να αλλαγή (το ARM εξακολουθεί να στοχεύει στα 3GHz όπως το A76, αλλά όπως και με το A76, είναι πιθανό να δούμε τους πωλητές να αποστέλλουν σχέδια με χαμηλότερο χρονισμό πυρήνες). Οι βελτιώσεις της διαδικασίας για την επόμενη γενιά SoC δεν αναμένεται να είναι τόσο σημαντικές όσο ήταν το 2018. (Η TSMC έχει μετακινηθεί σε μια διαδικασία 7nm EUV φέτος, η οποία πιθανότατα θα είναι η βάση των επόμενων chipset Kirin και Snapdragon.)

Το Cortex-A77, λοιπόν, έχει βελτιωμένη μικροαρχιτεκτονική που έχει ως αποτέλεσμα βελτιώσεις απόδοσης 20%-35%. Το A76 ήταν διαφορετικό από τους προκατόχους του όσον αφορά την αρχιτεκτονική και προοριζόταν να χρησιμεύσει ως βασική γραμμή για τα δύο επόμενα σχέδια στην οικογένεια πυρήνων του Austin: το Cortex-A77 το 2019 και το "Hercules" στο 2020.

Οι πρωταρχικοί στόχοι της ARM ήταν να αυξήσει το IPC της αρχιτεκτονικής καθώς και να συνεχίσει να εστιάζει στην παροχή του καλύτερου PPA (ισχύς, απόδοση και περιοχή) στον κλάδο. Το μέγεθος της περιοχής και τα πλεονεκτήματα ενεργειακής απόδοσης του Α76 θα εξακολουθήσουν να πλεονεκτήματα για το Α77.

Όσον αφορά τη μικροαρχιτεκτονική, το ARM έχει αλλάξει αρκετά. Στο μπροστινό μέρος, ο πυρήνας έχει υψηλότερο εύρος ζώνης ανάκτησης με διπλασιασμό της ικανότητας πρόβλεψης επωνυμίας, ένα νέο macro-OP δομή κρυφής μνήμης που λειτουργεί ως προσωρινή μνήμη εντολών L0, μια νέα διοχέτευση ακέραιου αριθμού ALU και ανανεωμένες ουρές φόρτωσης/αποθήκευσης και πρόβλημα ικανότητα. Υπάρχουν επίσης δυναμικές βελτιστοποιήσεις κώδικα και εξηγούνται λεπτομερώς στην ανάρτηση ιστολογίου της ARM. Το πλάτος αποκωδικοποίησης παραμένει στο πλάτος 4.

Το back-end του πυρήνα περιέχει επίσης βελτιώσεις και συνιστώ στους χρήστες να διαβάσουν της AnandTech κάλυψη για πολλές περισσότερες λεπτομέρειες. Η ARM έχει προσθέσει έναν επιπλέον ακέραιο ALU. Οι προ-συλλέκτες δεδομένων έχουν επίσης βελτιωθεί, κάτι που είναι καλά νέα, δεδομένου ότι το A76 είχε ήδη εξαιρετικούς προ-συλλέκτες σύμφωνα με AnandTech. Νέες πρόσθετες μηχανές προανάκτησης έχουν προστεθεί για τη βελτίωση της ακρίβειας της προανάκτησης. Όλα αυτά σχετίζονται με το υποσύστημα μνήμης του πυρήνα, το οποίο είναι μια θεμελιώδης πτυχή. Το υποσύστημα μνήμης μιας CPU αποτελείται από την καθυστέρηση μνήμης και το εύρος ζώνης μνήμης.

Η ARM υπόσχεται βελτιώσεις απόδοσης 20-35% για το Cortex-A77

Σύμφωνα με την ARM, το Cortex-A77 έχει 20% βελτίωση απόδοσης IPC single-thread σε σχέση με το προκάτοχος στο Geekbench 4, 23% στο SPECint2006, 35% στο SPECfp2006, 20% στο SPECint2017 και 25% στο SPECfp2017. Όλα αυτά προβάλλονται σε διαδικασία 7nm και σε συχνότητα 3GHz. Εάν πραγματοποιηθούν αυτές οι βελτιώσεις, τα SoC επόμενης γενιάς θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν μερικές εκπληκτικές εμπειρίες απόδοσης και διάρκειας μπαταρίας σε μελλοντικά smartphone. Οι βελτιώσεις του ΠΠ, ειδικότερα, αποτελούν σημαντική βελτίωση των γενεών. Φυσικά, το A77 δεν θα είναι χωρίς ανταγωνισμό, καθώς η Samsung θα επιστρέψει με το Exynos M5 το 2020 και πριν από αυτό, το A13 της Apple είναι βέβαιο ότι θα είναι μέρος των νέων iPhone.

Η ARM δηλώνει επίσης ότι η ενεργειακή απόδοση του A77 θα παραμείνει ίδια με τα SoC A76. Τι σημαίνει αυτό είναι ότι η κορυφαία απόδοση, οι πυρήνες της CPU θα χρησιμοποιούν την ίδια ποσότητα ενέργειας (μετρούμενη σε joules) για να ολοκληρώσουν ένα έργο. Ωστόσο, η ισχύς και η ενέργεια είναι δύο διαφορετικές έννοιες. Το A77 θα έχει αυξημένη κατανάλωση ενέργειας που είναι γραμμική με την αυξημένη απόδοση. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα με τα όρια TDP στα τηλέφωνα. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, βλέπουμε ήδη τους μεγάλους προμηθευτές να υιοθετούν μεγάλες + μεσαίες + μικρές μη συμβατικές διαμορφώσεις πυρήνα (2+2+4 στην περίπτωση του HiSilicon και 1+3+4 στην περίπτωση της Qualcomm). Το A77 θα είναι επίσης 17% μεγαλύτερο από το A76, πράγμα που σημαίνει ότι είναι σε καλό δρόμο για να έχει ακόμα τον καλύτερο PPA στην κατηγορία του.

Ήμουν μεγάλος θαυμαστής των υλοποιήσεων του A76, καθώς λειτουργεί τόσο καλά ακόμα και σε SoC μεσαίας κατηγορίας όπως ο Snapdragon 675. Ο Snapdragon 855 και ο Kirin 980 είναι και τα δύο κορυφαία SoC υψηλής απόδοσης και ανυπομονώ να δω το επίπεδο βελτιώσεων που επιφέρουν οι υλοποιήσεις του A77 στο SoC επόμενης γενιάς. Η ARM δηλώνει ότι οι κύριοι πελάτες της εξακολουθούν να εστιάζουν σε μεγάλο βαθμό στο να έχουν τον καλύτερο PPA και είναι εύκολο να δει κανείς ότι η εταιρεία προσφέρει τις καλύτερες λύσεις σε αυτό σχέση.

Πότε θα δούμε το A77 σε SoC; Πριν από τα πρόσφατα ταραχώδη γεγονότα με την Huawei, θα έλεγα ότι το HiSilicon Kirin 985 θα αναμενόταν σίγουρα να διαθέτει την A77 καθώς και την GPU Mali-G77 για ένα αληθινό SoC επόμενης γενιάς το 2019. Ωστόσο, καθώς η ARM αποφασίζει να διακόψει τους δεσμούς της με την Huawei, αμφιβάλλω αν αυτό είναι εφικτό πλέον, εκτός και αν επιλυθεί η εύφλεκτη κατάσταση με την Huawei τις επόμενες εβδομάδες. Το επόμενο κορυφαίο Snapdragon SoC της Qualcomm πιθανότατα δεν θα αποσταλεί στους καταναλωτές μέχρι το πρώτο τρίμηνο του 2020, επομένως οι καταναλωτές που θέλουν να χρησιμοποιήσουν τον πιο πρόσφατο πυρήνα CPU της ARM μπορεί να χρειαστεί να περιμένουν λίγο.

Πηγή: ΜΠΡΑΤΣΟ

Μέσω: AnandTech