ARM kondigt de Cortex-A77 CPU-kern aan met prestatieverbeteringen van 20-35%

Tijdens het jaarlijkse TechDay-evenement van ARM heeft ARM de Cortex-A77 CPU-kern aangekondigd. De Cortex-A77-aankondiging komt samen met de aankondiging van de ARM Mali-G77-GPU, de eerste GPU die de gloednieuwe "Valhall" GPU-architectuur heeft. Samen zijn deze twee producten de opvolger van vorig jaar Cortex-A76 CPU en Mali-G76 GPU respectievelijk.

Het Britse ARM, in 2016 gekocht door het Japanse Softbank, is een van de belangrijkste bedrijven in de technologie-industrie. Elke smartphone ter wereld wordt aangedreven door de instructieset van ARM. Qualcomm gebruikt een semi-aangepaste "Made for Cortex"-licentie waarmee het bedrijf maatwerk kan integreren varianten van ARM's CPU IP in zijn producten (de Kryo 485 Gold is bijvoorbeeld een semi-aangepaste variant van de Cortex-A76). Huawei's HiSilicon-groep was een andere spraakmakende licentiehouder van ARM's CPU-IP

, waarbij gebruik wordt gemaakt van standaardversies van de CPU-kernen van ARM, terwijl Samsung Systems LSI en Apple volledig aangepaste kernen gebruiken bovenop de instructieset van ARM. Samsung en HiSilicon geven ook licenties aan ARM's Mali GPU's voor hun interne SoC's, terwijl Qualcomm en Apple kiezen voor hun aangepaste GPU-oplossingen (Qualcomm gebruikt bijvoorbeeld zijn eigen Adreno GPU's).

Dit is de reden waarom wanneer ARM een nieuwe aankondiging doet, dit aanzienlijke gevolgen heeft voor de smartphone-industrie. Het goede nieuws is dat ARM al een tijdje bezig is met het maken van nieuwe CPU-microarchitecturen. De Cortex-A72, Cortex-A73 en Cortex-A75 waren allemaal respectabele ontwerpen die de fouten van de Cortex-A57 goedmaakten. De Cortex-A76 van vorig jaar ging echter nog een stap verder in termen van prestaties, aangezien hij "prestaties van laptopklasse" beloofde met een prestatieverbetering van 35% ten opzichte van de toch al capabele Cortex-A75. Overeenkomstig, Qualcomm beloofde een prestatieverbetering van 45% met de Snapdragon 855de grootste prestatieverbetering van elke Snapdragon SoC in de geschiedenis.

De Cortex-A76 presteerde uitstekend op het gebied van IPC, PPA en efficiëntie. Het had de beste PPA in de branche met kleine matrijsoppervlakken. Het profiteerde wel van het uitstekende 7nm FinFET-proces van TSMC, maar de IPC-verbeteringen die het met zich meebracht, lieten ook hun sporen na. Het slaagde erin om beter te presteren dan de aangepaste Exynos M3-kern van Samsung in de Exynos 9810, ondanks dat het een smallere decodeerbreedte heeft (4-breed vs. 6 breed). Zelfs de release van dit jaar van de Exynos M4-kern in de Exynos 9820 was niet genoeg om het prestatievoordeel van ARM te grijpen (hoewel het de kloof wel dichtte), aangezien de Cortex-A76 geniet nog steeds een prestatie- en efficiëntievoordeel over de Exynos M4. (De Exynos werd ook in de steek gelaten door een inferieur productieproces: 8nm LPP vs. 7 nm FinFET). Met name de energie-efficiëntie van de Cortex-A76 is ongelooflijk gebleken. SoC's die de Cortex-A76 gebruiken, omvatten vlaggenschip-SoC's zoals de HiSilicon Kirin 980 en de Qualcomm Leeuwebek 855, maar we zien het ook in SoC's uit het middensegment in de vorm van de Qualcomm Leeuwebek 675 en de Leeuwebek 730/730G. De impact op de prestaties was effectief.

Op mobiel gebied is de Cortex-A76 nog steeds inferieur aan de aangepaste kernen van Apple zoals te zien op de Apple A11 en de Apple A12 in termen van instructies per klok (IPC). ARM heeft echter geen tekenen getoond dat het tempo van de verbeteringen afneemt. In augustus onthulde het bedrijf zijn CPU-kernroadmap met een "Deimos" -kern voor 2019 en een "Hercules" -kern voor 2020, beide gebaseerd op de Cortex-A76. Op indrukwekkende wijze beloofde het bedrijf elk jaar een CAGR-verbetering van 20-25% in de prestaties bij elke nieuwe chipset in de Austin-kernfamilie. ARM versnelt vooruit.

De Cortex-A77 is de "Deimos" CPU-kern en zal zijn weg vinden naar eind 2019 en begin 2020 vlaggenschip SoC's. Het is een evolutie van de Cortex-A76 en de tweede iteratie van de Austin-kern familie. De CPU is een directe microarchitectonische opvolger van de A76 en de meeste kernfuncties zijn hetzelfde. Leveranciers kunnen de SoC IP zonder veel moeite upgraden. Qua architectuur blijft het een ARM v8.2 CPU-kern die bedoeld is om te worden gecombineerd met een Cortex-A55 "kleine" kern in plaats van een DynamIQ Shared Unit (DSU) cluster.

De cachegroottes van de Cortex-A77 zijn: 64 KB L1 instructie- en datacaches, 256 en 512 KB L2-caches en maximaal 4 MB gedeelde L3-cache. De prestatieverbeteringen zullen moeten komen uit microarchitectonische verbeteringen, aangezien dit naar verwachting niet zal gebeuren met de frequentie van de kern verandering (ARM richt zich nog steeds op 3GHz, net als de A76, maar net als bij de A76 is het waarschijnlijk dat leveranciers ontwerpen zullen leveren met een lagere kloksnelheid kernen). De procesverbeteringen voor de volgende generatie SoC's zullen naar verwachting niet zo groot zijn als in 2018. (TSMC is dit jaar overgestapt op een 7 nm EUV-proces, dat waarschijnlijk de basis zal vormen voor de volgende Kirin- en Snapdragon-chipsets.)

De Cortex-A77 heeft daarom een ​​verbeterde microarchitectuur die resulteert in prestatieverbeteringen van 20%-35%. De A76 verschilde qua architectuur van zijn voorgangers en was bedoeld als een basislijn voor de volgende twee ontwerpen in de kernfamilie van Austin: de Cortex-A77 in 2019 en "Hercules" in 2020.

De belangrijkste doelstellingen van ARM waren het verhogen van de IPC van de architectuur en het blijven focussen op het leveren van de beste PPA (kracht, prestaties en oppervlakte) in de branche. De gebiedsgrootte en energie-efficiëntievoordelen van de A76 blijven ook voordelen voor de A77.

Op het gebied van de microarchitectuur is ARM behoorlijk veranderd. Aan de voorkant heeft de kern een hogere ophaalbandbreedte met een verdubbeling van de merkvoorspellingsmogelijkheden, een nieuwe macro-OP cachestructuur die fungeert als een L0-instructiecache, een nieuwe integer ALU-pijplijn en vernieuwde laad-/opslagwachtrijen en problemen vermogen. Er zijn ook dynamische code-optimalisaties op komst, en deze worden in detail uitgelegd in de blogpost van ARM. De decodeerbreedte blijft 4-breed.

De achterkant van de kern bevat ook verbeteringen, en ik raad gebruikers aan dit te lezen AnandTech's Dekking voor veel meer details. ARM heeft een extra geheel getal ALU toegevoegd. Dataprefetchers zijn ook verbeterd, wat goed nieuws is gezien het feit dat de A76 al over uitstekende prefetchers beschikte volgens AnandTech. Er zijn nieuwe extra prefetch-engines toegevoegd om de nauwkeurigheid van het prefetchen te verbeteren. Dit alles houdt verband met het geheugensubsysteem van de kern, wat een fundamenteel aspect is. Het geheugensubsysteem van een CPU bestaat uit geheugenlatentie en geheugenbandbreedte.

ARM belooft 20-35% prestatieverbeteringen voor de Cortex-A77

Volgens ARM heeft de Cortex-A77 een IPC single-thread prestatieverbetering van 20% ten opzichte van zijn voorganger voorganger in Geekbench 4, 23% in SPECint2006, 35% in SPECfp2006, 20% in SPECint2017 en 25% in SPECfp2017. Deze worden allemaal geprojecteerd met een 7nm-proces en een frequentie van 3GHz. Als deze verbeteringen zich voordoen, kunnen de SoC's van de volgende generatie geweldige prestaties en batterijlevensduur bieden op toekomstige smartphones. Vooral de FP-verbeteringen zijn een aanzienlijke generatieverbetering. Natuurlijk zal de A77 niet zonder concurrentie zijn, want Samsung komt in 2020 terug met de Exynos M5, en daarvoor is Apple's A13 zeker een onderdeel van de nieuwe iPhones.

ARM stelt ook dat de energie-efficiëntie van de A77 hetzelfde zal blijven als de A76 SoC's. Wat dit betekent is die topprestatie, CPU-kernen zullen dezelfde hoeveelheid energie (gemeten in joule) gebruiken om een taak. Kracht en energie zijn echter twee verschillende concepten. De A77 zal een hoger stroomverbruik hebben dat lineair is met de hogere prestaties. Dit kan leiden tot problemen met TDP-limieten in telefoons. Om dit tegen te gaan, zien we nu al dat de grote leveranciers grote + middelgrote + kleine onconventionele kernconfiguraties adopteren (2+2+4 in het geval van HiSilicon en 1+3+4 in het geval van Qualcomm). De A77 zal ook 17% groter zijn dan de A76, wat betekent dat hij op koers ligt om nog steeds de beste PPA in zijn klasse te zijn.

Ik ben een grote fan geweest van de implementaties van de A76, omdat deze zelfs zo goed werkt in SoC's uit het middensegment, zoals de Snapdragon 675. De Snapdragon 855 en de Kirin 980 zijn beide zeer presterende vlaggenschip-SoC's, en ik kan niet wachten om het niveau van verbeteringen te zien dat de implementaties van de A77 in de toekomst met zich meebrengen. SoC's van de volgende generatie. ARM stelt dat zijn grote klanten zich nog steeds sterk richten op het hebben van de beste PPA, en het is gemakkelijk in te zien dat het bedrijf op dit gebied de beste oplossingen levert. groet.

Wanneer zien we de A77 in een SoC? Voorafgaand aan de recente tumultueuze gebeurtenissen met Huawei zou ik hebben gezegd dat de HiSilicon Kirin 985 zeker naar verwachting zowel de A77 als de Mali-G77 GPU zou bevatten voor een echte SoC van de volgende generatie in 2019. Nu ARM besluit de banden met Huawei te verbreken, betwijfel ik echter of dit nog mogelijk is, tenzij de brandbare situatie met Huawei de komende weken wordt opgelost. Qualcomm's volgende vlaggenschip, Snapdragon SoC, zal waarschijnlijk pas in het eerste kwartaal van 2020 naar consumenten worden verzonden, dus consumenten die de nieuwste CPU-kern van ARM willen gebruiken, zullen mogelijk een tijdje moeten wachten.

Bron: ARM

Via: AnandTech