ARM har annonserat Cortex-X Custom-programmet (CXC). Den första högpresterande kärnan under det anpassade programmet är ARM Cortex-X1. Läs vidare för att veta mer!
Varje år i maj tillkännager Storbritannien-baserade ARM, som ägs av Japan-baserade Softbank, sin nya mobila IP (intellektuell egendom) för användning i mobila enheter. Denna IP består av nya CPU-kärnor såväl som nya GPU: er. ARMs instruktionsuppsättning används i alla smartphones i världen - det är ett mycket viktigt företag. När det gäller CPU-kärnarkitekturer, från 2021, kommer varje större mobilchipsleverantör att använda ARMs lager CPU IP (som Samsung System LSI har gett upp på sina Exynos M anpassade kärnor). Det är därför, det är dubbelt viktigt att ARM får saker rätt. Nu för i år har ARM tillkännagett ARM Cortex-A78 CPU-arkitekturen och Mali-G78 GPU, efterföljarna till Cortex-A77 CPU och Mali-G77 GPU respektive. Även om dessa tillkännagivanden förväntades, var det som inte förväntades att ARM tillkännagav en annan CPU-kärna i form av Cortex-X. I åratal har tekniska granskare och användare beklagat det faktum att Apples CPU-arkitekturer ligger flera år före ARMs Cortex-A-serie. Med Cortex-X CPU-programmet och Cortex-X1 kan detta äntligen ändras 2021.
ARM vet att deras kunder efterfrågar fler lösningar och produkter utifrån olika behov inom olika produktsegment. De Cortex-A76, till exempel, används i flaggskepps-SoCs såväl som i vissa lägre mid-range SoCs. Dess maximala prestanda var inte lika hög som Apples konkurrenter eftersom ARM behövde fokusera på PPA (prestanda, kraft och area) först. Energieffektivitet och energieffektivitet var högre prioriterade för företaget istället för absolut prestanda.
Med Cortex-X1 ändras detta.
ARM har annonserat Cortex-X Custom (CXC)-programmet. Detta program innebär ett nära samarbete med ARMs ingenjörsteam och ARMs programpartners, som kan forma en slutlig CPU-produkt för att möta specifika marknadskrav. ARM noterar att detta tillåter programpartner att definiera sina egna prestationspunkter utanför det "vanliga Cortex-A-enveloppet för PPA". Den sista anpassade CPU: n, designad och byggd av ARM, kommer att levereras under varumärket ARM Cortex-X. Den första CPU: n som en del av CXC-programmet är ARM Cortex-X1 CPU.
ARM är mycket stolta över Cortex-X1 och säger att det är den mest kraftfulla Cortex-processorn hittills. Den ger 30 % toppprestandaförbättring jämfört med nuvarande Cortex-A77. Det sägs ge "ultimativ prestanda" för nästa generations anpassade lösningar. CPU: n kom som svar på partners som ville maximera prestanda i linje med sina egna användningsfall.
Cortex-X1 är, som väntat, också snabbare än den nyligen tillkännagivna Cortex-A78, som ryms in under den. Formuleringen är viktig här. ARM säger att det ger prestationshöjningar jämfört med Cortex-A78 med upp till 22 % entrådiga heltalsprestandaförbättringar. "Uplifts" syftar på det faktum att förbättringarna är relaterade till korta skurar av hög prestanda, som är bäst för reaktivitet och lyhördhet, enligt ARM. Detta kommer förmodligen att möjliggöra den högsta prestandan någonsin för smartphones och enheter med stor skärm, men på Med hänsyn till siffrorna kommer Cortex-X1 fortfarande inte att kunna matcha den kommande Apple A14, som den kommer att konkurrera. Det kan dock kunna få poäng i nivå med 2019 års Apple A13.
Cortex-X1 erbjuder 2x maskininlärning (ML) prestandaförbättringar jämfört med A77. Detta är en anmärkningsvärd förbättring, och den kommer som en del av ARMs bredare strävan efter mer lokal datorprestanda.
DynamIQ-klustret med 4x Cortex-A78 och 4x Cortex-A55-kärnor ger 20 % varaktiga prestandaförbättringar jämfört med 4x Cortex-A77 och 4x Cortex-A55-klustret. För mer information om 20%-anspråket, kolla in vår artikel. (Ja, ARM tillkännagav inte en efterträdare till Cortex-A55, tyvärr. Den kan komma nästa år.) Cortex-X1, å andra sidan, möjliggör större skalbarhet samtidigt som den höjer toppprestanda. Partners lägger till 1x Cortex-X1 som en del av DynamIQ-klustret tillsammans med 3x Cortex-A8 och 4x Cortex-A55 kommer att få 30 % förbättring i toppprestanda jämfört med föregående generation, vilket är en bragd värd noterar. A78 är speciellt gjord för effektivitet, så i kombination med Cortex-X1 kommer kombon att leverera den bästa hållbara och högsta prestanda. Flaggskepp Android-telefoner kommer att bli mycket snabbare.
ARM säger att nyckelmarknaden för lösningar med Cortex-X1 är smartphones och nya formfaktorer (vikbara telefoner och stora enheter med flera skärmar). X1 ger en snabbare UX med snabbare appladdningstider och förbättrad respons på webbsidorsrullning. AI och ML-baserade upplevelser kommer att bli bättre med förbättringen av ML-prestanda. X1 kommer, förutsägbart, också att förbättra användningsfall som produktivitet, kommunikation, säkerhet, multipel digital nedsänkning, kamerabaserat, avancerat spel och XR-upplevelser.
ARM Cortex-X1 - CPU-arkitektur
Cortex-X1:s arkitektur är där saker och ting blir intressanta. Den har många mikroarkitektoniska uppgraderingar som ger den högsta prestandaökningen. Cortex-A76, som tillkännagavs 2018, uppgraderade instruktionsavkodningsbredden till 4-bredd från 3-bredden på Cortex-A75, som i sin tur hade ökat från den 2-bredda bredden på Cortex-A73. Cortex-A77 valde dock att hålla avkodningsbredden konstant på 4-bredden. Apples A-seriechips är stora och breda, eftersom avkodningsbredden för alla A-seriechips sedan A11 har varit 7-bred, vilket är bredare än till och med stationära CPU-arkitekturer. ARM har tagit ett steg närmare Apple med Cortex-X1, eftersom avkodningsbandbredden har ökats med 25 % till 5 instruktioner avkodade per cykel.
Dessutom säger ARM att MOP-cache-genomströmningen har ökat med 33 % till 8 MOPs per cykel. Cortex-X1:s Neon-motor får ytterligare två rör som fördubblar sin beräkningskapacitet jämfört med A78. När det gäller cachestorlekar stöder X1 64kB L1 och upp till 1MB L2-cache, medan DynamIQ-klustret har uppgraderats för att nu stödja 8MB L3 för ultimat prestanda. Den större L3 kan även användas av A78 när den används i kombination med Cortex-X1.
Cortex-X1 är det första exemplet på en Cortex-CPU som produceras under CXC-programmet. Själva behovet av CXC-programmet är att driva prestanda på ett envelope utanför Cortex-A PPA. Det beror på att all den ökade prestandan har en kostnad. Cortex-X1 är 1,5 gånger så stor som Cortex-A78. Detta innebär att den har sämre PPA såväl som sämre energieffektivitet. Det är därför osannolikt att hittas i någon mellanklass- eller budgettelefon, eftersom den troligen kommer att vara begränsad till avancerade flaggskeppstelefoner. Att tillåta partner att ha en CPU som är specifik för deras marknadsbehov kommer att skilja mellan färdplanen för Cortex-A processorer. Det bör noteras här att programpartners inte direkt kommer att kunna anpassa någon CPU under CXC program. Istället är CXC-programmet i huvudsak efterföljaren till "Built for Cortex"-licensen, där ARM gör ändringar på partners begäran och designar CPU-IP: n som ska säljas till partnern. På detta sätt säger ARM att det kommer att möta behoven hos det ständigt expanderande ekosystemet.
Cortex-X1:s målklockhastighet är 3GHz. ARM har riktat in sig på 3GHz sedan A76, och klockhastigheten har särskilt misslyckats. Med den kommande tillkomsten av 5nm SoCs är ARM dock hoppfull att leverantörer äntligen kommer att leverera ARMs stora kärndesign vid 3GHz. ARM noterar att alla prestandauppskattningar baserades på SPECint2006, som är en industristandard riktmärke.
Syn
Cortex-X1:s tillkännagivande är spännande för blivande köpare av flaggskepps Android-telefoner 2021. För första gången sedan 2013 och Apple A7 kommer ARM att kunna komma nära Apples A-seriechips när det gäller toppprestanda. Även om Cortex-X1 inte matchar A14 kommer den att vara närmare än vad den var under de senaste sju åren.
Den kommande Qualcomm Snapdragon 875 kommer förmodligen att inkorporera både Cortex-X1 och Cortex-A78 som en del av dess "Prime Core" och "Performance Cores". HiSilicon är inte i någon position att anta ARM: s senaste IP eftersom TSMC har hindrats från att leverera chips, så Huawei-telefoner kommer inte att ha de nya CPU-kärnorna i år, och förmodligen inte ens i början av nästa år. Speciellt är Samsung i en stark position att anta Cortex-X1 + Cortex-A78 som en del av nästa flaggskepp Exynos SoC, som kommer att efterträda Exynos 990. Samsung släppte ett uttalande där de sa att det var "mycket upphetsat" över att se den nya riktningen ARM tar med Cortex-X Custom-programmet. Cortex-X1 förnekar i huvudsak Samsungs misslyckade satsning på anpassade kärnor. Det är att hoppas att nästa år kommer de Exynos-drivna Galaxy S21/S30-telefonerna äntligen att vara fria från större eller mindre CPU-prestandaunderskott mot den Snapdragon-drivna konkurrensen. Slutligen är det osäkert om MediaTek kommer att använda Cortex-X1. De Mått 1000Efterträdarens efterträdare kanske bara använder A78, eller så kan den gå för X1 plus A78-kombinationen för att konkurrera direkt med Qualcomm. Vi får vänta och se hur det blir nästa år.
Framtiden för CPU-prestanda i Android ser ljus ut även som en stor CPU-chiptillverkare står på randen till stängning.
Källor: ARM (1, 2), AnandTech