ARM oznamuje jadro CPU Cortex-A77 s 20-35% zlepšením výkonu

Na výročnom podujatí ARM TechDay spoločnosť ARM oznámila jadro CPU Cortex-A77. Oznámenie Cortex-A77 prichádza súčasne s oznámením o GPU ARM Mali-G77, čo je prvý GPU, ktorý má úplne novú architektúru GPU „Valhall“. Spoločne tieto dva produkty uspeli v minulom roku CPU Cortex-A76 a GPU Mali-G76.

ARM so sídlom v Spojenom kráľovstve, ktorú v roku 2016 kúpila japonská Softbank, je jednou z najdôležitejších spoločností v technologickom priemysle. Každý smartfón na svete je poháňaný inštrukčnou sadou ARM. Qualcomm používa čiastočne zákazkovú licenciu „Made for Cortex“, ktorá umožňuje spoločnosti začleniť prispôsobené varianty IP CPU ARM vo svojich produktoch (napríklad Kryo 485 Gold je semi-custom variant Cortex-A76). skupina HiSilicon od Huawei bol ďalší významný držiteľ licencie na IP CPU ARM, používajúce sériové verzie jadier CPU ARM, zatiaľ čo spoločnosti Samsung Systems LSI a Apple používajú plne prispôsobené jadrá nad inštrukčnou sadou ARM. Samsung a HiSilicon tiež licencujú GPU Mali od ARM pre svoje interné SoC, zatiaľ čo Qualcomm a Apple sa rozhodnú použiť svoje vlastné GPU riešenia (napríklad Qualcomm používa svoje vlastné GPU Adreno).

To je dôvod, prečo keď ARM vydá nové oznámenie, má to významné dôsledky na priemysel smartfónov. Dobrou správou je, že ARM je už nejaký čas v kurze, pokiaľ ide o vytváranie nových mikroarchitektúr CPU. Cortex-A72, Cortex-A73 a Cortex-A75 boli všetky úctyhodné návrhy, ktoré kompenzovali chyby Cortex-A57. Minuloročný Cortex-A76 však urobil z hľadiska výkonu o krok ďalej, pretože sľuboval „výkon triedy notebookov“ s 35% zlepšením výkonu oproti už schopnému Cortex-A75. v súlade s tým Qualcomm sľúbil 45% zlepšenie výkonu so Snapdragonom 855najväčší nárast výkonu zo všetkých Snapdragon SoC v histórii.

Cortex-A76 bol vysoko výkonný v oblasti IPC, PPA a účinnosti. Mal najlepšiu PPA v odvetví s malými rozmermi lisovacej plochy. Profitoval z vynikajúceho 7nm FinFET procesu TSMC, ale vylepšenia IPC, ktoré priniesol, sa tiež podpísali pod. Podarilo sa mu prekonať vlastné jadro Exynos M3 od Samsungu v Exynos 9810, napriek tomu, že má užšiu šírku dekódovania (4-široký vs. 6-široký). Dokonca aj tohtoročné vydanie jadra Exynos M4 v Exynos 9820 nestačilo na získanie výkonnostnej výhody ARM (hoci to zacelilo medzeru), pretože Cortex-A76 stále má výhodu v oblasti výkonu a efektívnosti cez Exynos M4. (Exynos bol tiež sklamaný horším výrobným procesom: 8nm LPP vs. 7nm FinFET). Zistilo sa, že energetická účinnosť Cortex-A76 je neuveriteľná. SoC používajúce Cortex-A76 zahŕňajú vlajkové SoC, ako je napr HiSilicon Kirin 980 a Qualcomm Snapdragon 855, ale začali sme to vidieť aj v SoC strednej triedy vo forme Qualcomm Snapdragon 675 a Snapdragon 730/730G. Vplyv na výkon bol účinný.

V mobilnom priestore je Cortex-A76 stále horší ako vlastné jadrá Apple, ako je vidieť na Apple A11 a Apple A12, pokiaľ ide o pokyny na takt (IPC). ARM však nepreukázal žiadne známky spomalenia tempa zlepšovania. V auguste spoločnosť predstavila svoju cestovnú mapu jadra CPU s jadrom „Deimos“ na rok 2019 a jadrom „Hercules“ na rok 2020, pričom obe sú založené na Cortex-A76. Pôsobivo, spoločnosť sľúbila 20-25% CAGR zlepšenie výkonu každý rok s každou novou čipovou sadou v rodine jadier Austin. ARM sa ženie vpred.

Cortex-A77 je jadro CPU "Deimos" a bude sa predávať koncom roka 2019 a začiatkom roka 2020. vlajková loď SoC. Je to evolúcia Cortex-A76 a je to druhá iterácia jadra Austin rodina. CPU je priamym mikroarchitektonickým nástupcom A76 a väčšina jeho základných funkcií je rovnaká. Predajcovia budú môcť upgradovať SoC IP bez veľkého úsilia. Pokiaľ ide o architektúru, zostáva jadrom CPU ARM v8.2, ktoré má byť spárované s „malým“ jadrom Cortex-A55 namiesto klastra zdieľanej jednotky DynamIQ (DSU).

Veľkosti vyrovnávacej pamäte Cortex-A77 sú: 64 KB vyrovnávacia pamäť L1 inštrukcií a údajov, 256 a 512 KB vyrovnávacia pamäť L2 a až 4 MB zdieľaná vyrovnávacia pamäť L3. Zlepšenia výkonu budú musieť pochádzať z mikroarchitektonických vylepšení, pretože sa neočakáva, že frekvencia jadra zmena (ARM sa stále zameriava na 3 GHz ako A76, ale rovnako ako pri A76, je pravdepodobné, že predajcovia dodajú návrhy s nižším taktovaním jadrá). Neočakáva sa, že vylepšenia procesov pre ďalšiu generáciu SoC budú také významné ako v roku 2018. (TSMC tento rok prešlo na 7nm EUV proces, ktorý bude pravdepodobne základom ďalších čipsetov Kirin a Snapdragon.)

Cortex-A77 má preto vylepšenú mikroarchitektúru, ktorá vedie k 20%-35% zlepšeniu výkonu. A76 sa líšil od svojich predchodcov z hľadiska architektúry a mal slúžiť ako a základná línia pre ďalšie dva dizajny v rodine jadra Austin: Cortex-A77 v roku 2019 a „Hercules“ v roku 2020.

Primárnymi cieľmi ARM bolo zvýšiť IPC architektúry, ako aj naďalej sa zameriavať na poskytovanie najlepších PPA (výkon, výkon a oblasť) v tomto odvetví. Veľkosť plochy a výhody energetickej účinnosti A76 zostanú výhodami aj pre A77.

Čo sa týka mikroarchitektúry, ARM sa dosť zmenil. Na front-ende má jadro vyššiu šírku pásma načítania so zdvojnásobením schopnosti predikcie značky, nový makro-OP štruktúra vyrovnávacej pamäte fungujúca ako vyrovnávacia pamäť inštrukcií L0, nový celočíselný kanál ALU a prepracované fronty načítania/ukladania a problém schopnosti. V závese sú aj dynamické optimalizácie kódu, ktoré sú podrobne vysvetlené v blogovom príspevku ARM. Šírka dekódovania zostáva na 4-šírke.

Back-end jadra tiež obsahuje vylepšenia a používateľom odporúčam prečítať si ho AnandTech pokrytie pre oveľa viac detailov. ARM pridal ďalšie celé číslo ALU. Vylepšené boli aj predvýbery dát, čo je dobrá správa vzhľadom na to, že A76 už mal vynikajúce predvýbery podľa AnandTech. Na zlepšenie presnosti predbežného načítania boli pridané nové ďalšie nástroje predbežného načítania. To všetko súvisí s pamäťovým subsystémom jadra, čo je zásadný aspekt. Pamäťový subsystém CPU pozostáva z latencie pamäte a šírky pásma pamäte.

ARM sľubuje 20-35% zlepšenie výkonu pre Cortex-A77

Podľa ARM má Cortex-A77 o 20 % lepší výkon IPC s jedným vláknom oproti svojmu predchodca v Geekbench 4, 23 % v SPECint2006, 35 % v SPECfp2006, 20 % v SPECint2017 a 25 % v SPECfp2017. Všetky sú premietané 7nm procesom a na frekvencii 3GHz. Ak sa tieto vylepšenia prejavia, SoC novej generácie by mohli v budúcich smartfónoch poháňať úžasný výkon a výdrž batérie. Najmä vylepšenia rámcového programu sú významným generačným zlepšením. Samozrejme, A77 nebude bez konkurencie, keďže Samsung sa v roku 2020 vráti s Exynosom M5 a ešte predtým je A13 od Apple istotou, že bude súčasťou nových iPhonov.

ARM tiež uvádza, že energetická účinnosť A77 zostane rovnaká ako u A76 SoC. Čo toto znamená je, že špičkový výkon, jadrá CPU spotrebujú rovnaké množstvo energie (merané v jouloch) na dokončenie a úloha. Sila a energia sú však dva rôzne pojmy. A77 bude mať zvýšenú spotrebu energie, ktorá je lineárna so zvýšeným výkonom. To môže viesť k problémom s limitmi TDP v telefónoch. Aby sme tomu zabránili, vidíme, že hlavní predajcovia prijímajú veľké + stredné + malé nekonvenčné konfigurácie jadra (2+2+4 v prípade HiSilicon a 1+3+4 v prípade Qualcommu). A77 bude tiež o 17 % väčší ako A76, čo znamená, že je na dobrej ceste mať stále najlepší PPA vo svojej triede.

Bol som veľkým fanúšikom implementácií A76, pretože to funguje tak dobre aj v SoC strednej triedy, ako je Snapdragon 675. Snapdragon 855 a Kirin 980 sú vysoko výkonné vlajkové lode SoC a nemôžem sa dočkať, až uvidím úroveň vylepšení, ktoré prinášajú implementácie A77 v SoC novej generácie. ARM uvádza, že jej hlavní klienti sa stále silne zameriavajú na to, aby mali najlepšiu PPA, a je ľahké vidieť, že spoločnosť v tomto poskytuje najlepšie riešenia. ohľad.

Kedy uvidíme A77 v SoC? Pred nedávnymi búrlivými udalosťami s Huawei by som povedal, že by sa určite očakávalo, že HiSilicon Kirin 985 bude v roku 2019 obsahovať A77, ako aj GPU Mali-G77 pre skutočný SoC novej generácie. Keď sa však ARM rozhodol prerušiť vzťahy s Huawei, pochybujem, či je to možné, pokiaľ sa horľavá situácia s Huawei v najbližších týždňoch nevyrieši. Ďalšia vlajková loď Snapdragon SoC spoločnosti Qualcomm sa pravdepodobne nebude dodávať spotrebiteľom skôr ako v prvom štvrťroku 2020, takže spotrebitelia, ktorí chcú používať najnovšie jadro CPU ARM, si možno budú musieť chvíľu počkať.

Zdroj: ARM

Cez: AnandTech