ARM napoveduje jedro procesorja Cortex-A77 z 20-35 % izboljšavami zmogljivosti

Na ARM-jevem letnem dogodku TechDay je ARM napovedal jedro procesorja Cortex-A77. Obvestilo o Cortex-A77 prihaja poleg obvestila o GPU ARM Mali-G77, ki je prvi grafični procesor s popolnoma novo arhitekturo GPU "Valhall". Ta dva izdelka skupaj nasledita lanskoletnega Cortex-A76 CPU in Mali-G76 GPE.

ARM s sedežem v Veliki Britaniji, ki ga je leta 2016 kupila japonska Softbank, je eno najpomembnejših podjetij v tehnološki industriji. Vsak pametni telefon na svetu poganja nabor navodil ARM. Qualcomm uporablja delno prilagojeno licenco "Made for Cortex", ki podjetju omogoča vključitev prilagojenih različice ARM CPU IP v svojih izdelkih (na primer, Kryo 485 Gold je delno prilagojena različica Cortex-A76). Huaweijeva skupina HiSilicon je bil še en odmevni imetnik licence ARM CPU IP, ki uporablja standardne različice jeder procesorja ARM, medtem ko Samsung Systems LSI in Apple uporabljata popolnoma prilagojena jedra poleg nabora navodil ARM. Samsung in HiSilicon prav tako licencirata ARM-ove Mali GPU-je za svoje interne sisteme na čipu, medtem ko se Qualcomm in Apple odločita za svoje prilagojene GPE-je (Qualcomm na primer uporablja lastne GPE-je Adreno).

Zato ima ARM novo objavo pomembne posledice za industrijo pametnih telefonov. Dobra novica je, da je ARM že nekaj časa v teku, ko gre za izdelavo novih mikroarhitektur CPE. Cortex-A72, Cortex-A73 in Cortex-A75 vsi so bili ugledni dizajni, ki so nadomestili napake Cortex-A57. Vendar pa je lanski Cortex-A76 naredil korak dlje v smislu zmogljivosti, saj je obljubil "zmogljivost prenosnega razreda" s 35-odstotnim izboljšanjem zmogljivosti v primerjavi z že zmogljivim Cortex-A75. V skladu s tem Qualcomm je obljubil 45-odstotno izboljšanje zmogljivosti s Snapdragonom 855največji skok zmogljivosti med vsemi Snapdragon SoC v zgodovini.

Cortex-A76 je bil zelo uspešen na področjih IPC, PPA in učinkovitosti. Imel je najboljši PPA v industriji z majhnimi velikostmi površine matrice. Imel je koristi od odličnega 7nm postopka FinFET podjetja TSMC, vendar so tudi izboljšave IPC, ki jih je prinesel, pustile svoj pečat. Uspelo mu je preseči Samsungovo jedro po meri Exynos M3 v Exynos 9810, čeprav ima ožjo širino dekodiranja (4-široko v primerjavi s. 6-širok). Tudi letošnji izid jedra Exynos M4 v Exynos 9820 ni bil dovolj, da bi izkoristil prednost zmogljivosti ARM (čeprav je zmanjšal vrzel), saj je Cortex-A76 še vedno uživa prednost v zmogljivosti in učinkovitosti preko Exynos M4. (Exynos je razočaral tudi slabši proizvodni proces: 8nm LPP v primerjavi s. 7nm FinFET). Zlasti je bilo ugotovljeno, da je energetska učinkovitost Cortex-A76 neverjetna. SoC-ji, ki uporabljajo Cortex-A76, vključujejo vodilne SoC-je, kot je HiSilicon Kirin 980 in Qualcomm Snapdragon 855, vendar smo ga začeli videvati tudi v sistemih na čipu srednjega razreda v obliki Qualcomm Snapdragon 675 in Snapdragon 730/730G. Vpliv na uspešnost je bil učinkovit.

V mobilnem prostoru je Cortex-A76 še vedno slabši od Applovih jeder po meri, kot jih vidimo na Apple A11 in Apple A12, kar zadeva navodila na uro (IPC). Vendar pa ARM ni pokazal znakov upočasnitve stopnje izboljšav. Avgusta je podjetje razkrilo svoj načrt CPE jeder z jedrom "Deimos" za leto 2019 in jedrom "Hercules" za leto 2020, oba temeljita na Cortex-A76. Presenetljivo je, da je podjetje vsako leto obljubilo 20–25-odstotno CAGR izboljšanje zmogljivosti z vsakim novim naborom čipov v jedrni družini Austin. ARM hiti naprej.

Cortex-A77 je CPU jedro "Deimos" in bo na voljo do konca leta 2019 in začetka 2020 vodilni SoC-ji. To je razvoj Cortex-A76 in je druga ponovitev jedra Austin družina. CPE je neposredni mikroarhitekturni naslednik A76 in večina njegovih osnovnih funkcij je enakih. Prodajalci bodo lahko nadgradili SoC IP brez veliko truda. Kar zadeva arhitekturo, ostaja jedro procesorja ARM v8.2, ki naj bi bilo združeno z "majhnim" jedrom Cortex-A55 namesto gruče DynamIQ Shared Unit (DSU).

Velikosti predpomnilnika Cortex-A77 so: 64 KB predpomnilnikov za navodila in podatke L1, 256 in 512 KB predpomnilnikov L2 in do 4 MB skupnega predpomnilnika L3. Izboljšave zmogljivosti bodo morale izhajati iz mikroarhitekturnih izboljšav, saj se ne pričakuje, da bo frekvenca jedra sprememba (ARM še vedno cilja na 3 GHz kot A76, toda kot pri A76 je verjetno, da bomo prodajalci dobavljali modele z nižjo takto jedra). Pričakuje se, da izboljšave procesov za naslednjo generacijo SoC-jev ne bodo tako velike, kot so bile leta 2018. (TSMC je letos prešel na 7nm EUV proces, ki bo verjetno osnova naslednjih naborov čipov Kirin in Snapdragon.)

Cortex-A77 ima torej izboljšano mikroarhitekturo, ki ima za posledico 20-35-odstotno izboljšanje zmogljivosti. A76 se je od svojih predhodnikov razlikoval po arhitekturi in naj bi služil kot izhodišče za naslednja dva dizajna v jedrni družini Austin: Cortex-A77 leta 2019 in "Hercules" leta 2020.

Glavni cilji ARM-a so bili povečati IPC arhitekture in se še naprej osredotočati na zagotavljanje najboljšega PPA (moč, zmogljivost in območje) v industriji. Velikost površine in prednosti energetske učinkovitosti A76 bodo še vedno ostale prednosti za A77.

Z vidika mikroarhitekture se je ARM precej spremenil. Na sprednji strani ima jedro večjo pasovno širino pridobivanja s podvojitvijo zmožnosti napovedovanja blagovne znamke, nov makro-OP struktura predpomnilnika, ki deluje kot predpomnilnik navodil L0, nov celoštevilski cevovod ALU in prenovljene čakalne vrste za nalaganje/shranjevanje in težava zmogljivost. Obstajajo tudi dinamične optimizacije kode, ki so podrobno razložene v objavi v spletnem dnevniku ARM. Širina dekodiranja ostane 4-širina.

Zaledje jedra vsebuje tudi izboljšave in uporabnikom priporočam branje AnandTech's pokritost za veliko več podrobnosti. ARM je dodal dodatno celoštevilsko ALU. Izboljšani so bili tudi vnaprejšnji zbiralniki podatkov, kar je dobra novica glede na to, da je A76 že imel odlične vnaprejšnje zbiralnike glede na AnandTech. Za izboljšanje natančnosti vnaprejšnjega pridobivanja so bili dodani novi dodatni mehanizmi za vnaprejšnje pridobivanje. Vse to je povezano s pomnilniškim podsistemom jedra, ki je temeljni vidik. Pomnilniški podsistem CPE je sestavljen iz zakasnitve pomnilnika in pasovne širine pomnilnika.

ARM obljublja 20-35% izboljšave zmogljivosti za Cortex-A77

Po navedbah ARM ima Cortex-A77 20-odstotno izboljšavo zmogljivosti enonitnega IPC v primerjavi z predhodnik v Geekbench 4, 23 % v SPECint2006, 35 % v SPECfp2006, 20 % v SPECint2017 in 25 % v SPECfp2017. Vsi ti so projicirani v 7nm procesu in pri frekvenci 3GHz. Če se te izboljšave uveljavijo, bi lahko naslednja generacija sistemov na čipu zagotavljala neverjetno zmogljivost in življenjsko dobo baterije na prihodnjih pametnih telefonih. Zlasti izboljšave FP so pomembna generacijska izboljšava. Seveda A77 ne bo brez konkurence, saj se bo Samsung leta 2020 vrnil z Exynos M5, pred tem pa bo Applov A13 zagotovo del novih iPhonov.

ARM tudi navaja, da bo energetska učinkovitost A77 ostala enaka kot pri A76 SoC. Kaj to pomeni je ta največja zmogljivost, bodo jedra CPU porabila enako količino energije (merjeno v džulih) za dokončanje naloga. Vendar sta moč in energija dva različna pojma. A77 bo imel povečano porabo energije, ki je linearna s povečano zmogljivostjo. To lahko povzroči težave z omejitvami TDP v telefonih. Da bi preprečili to, že vidimo, da glavni prodajalci sprejemajo velike + srednje + majhne nekonvencionalne konfiguracije jeder (2+2+4 v primeru HiSilicon in 1+3+4 v primeru Qualcomm). A77 bo tudi 17 % večji od A76, kar pomeni, da je na dobri poti, da bo še vedno imel najboljše PPA v svojem razredu.

Bil sem velik oboževalec izvedb A76, saj deluje tako dobro tudi v sistemih na čipu srednjega razreda, kot je Snapdragon 675. Snapdragon 855 in Kirin 980 sta zelo zmogljiva vodilna procesorja SoC in komaj čakam, da vidim raven izboljšav, ki jih prinašajo implementacije A77 v SoC naslednje generacije. ARM navaja, da se njegove glavne stranke še vedno močno osredotočajo na najboljši PPA, in zlahka je videti, da podjetje ponuja najboljše rešitve v tem glede.

Kdaj bomo videli A77 v SoC? Pred nedavnimi burnimi dogodki s Huaweijem bi rekel, da bi zagotovo pričakovali, da bo HiSilicon Kirin 985 v letu 2019 vključeval A77 in Mali-G77 GPU za pravo SoC naslednje generacije. Ker pa se je ARM odločil prekiniti sodelovanje s Huaweijem, dvomim, da je to več mogoče, razen če se vnetljiva situacija s Huaweijem razreši v prihodnjih tednih. Qualcommov naslednji vodilni procesor Snapdragon SoC verjetno ne bo dobavljen potrošnikom do prvega četrtletja leta 2020, tako da bodo morali potrošniki, ki želijo uporabiti najnovejše jedro procesorja ARM, počakati nekaj časa.

Vir: ROKA

prek: AnandTech