Arm's Immortalis är nästa generation av sina GPU: er, men vad är det?

Det mobila GPU-utrymmet har värmts upp ett tag nu. Apple höll kronan på den snabbaste grafikprocessorn under lång tid men överträffades av Qualcomm den här generationen, och Qualcomms dominans i förhållande till resten av Android-världen var också otrolig. Men med Arms Immortalis GPU: er tar det fart och gör utrymmet allt mer konkurrenskraftigt.

Vi satt nyligen ner med Steve Raphael från Arm på årets MWC och följde upp det med ytterligare ett samtal med Andy Craigen för att prata oss genom Arm, dess nuvarande bana och det arbete företaget har slutfört kring sin nya linje av Immortalis GPU: er, som börjar med G715. Som Raphael uttrycker det, "vi är så stolta över vad laget har gjort. Om du tittar på några av jämförelserna så håller den sig där ute, som en flaggskepps-GPU."

Våra tester bekräftar definitivt det, och det kan det gå någorlunda tå till tå mot Adreno 740

av Snapdragon 8 Gen 2. Men vad är det egentligen som gör Immortalis G715 till en formidabel konkurrent?

Dissekera Immortalis-namnet

Först och främst är "Immortalis" ett nytt namn för Arms högsta GPU: er, och anledningen till dess existens är av nödvändighet och för att inte förvirra konsumenterna. "För att inte skapa förvirring på marknaden måste vi skapa några separata kategorier" säger Craigen till mig. Immortalis har funktioner som Mali inte har, även om den omfattar alla funktioner som Mali har.

Som ett resultat kan du faktiskt få en Mali G715 GPU också, och det är den inte bara Immortalis G715. Båda GPU: erna är mer eller mindre desamma, förutom att Mali G715 inte har en Ray-Tracing Unit, eller RTU, och har också färre kärnalternativ; även om dessa kärnor alla är desamma på en teknisk nivå. Det finns inget att säga om det kommer att finnas ytterligare avvikelser i framtiden mellan de två, men det är det lägger grunden för att det ska bli betydligt fler skillnader i framtiden om Arm bedömer det relevant.

När det gäller vad namnet "Immortalis" betyder, är det latin för "odödlig", vilket betyder att något är immunt från döden. Det antyder kraft och styrka, vilket är något som Arm verkar luta sig mycket mer mot eftersom den producerar flaggskeppsklass GPU: er.

Djupdykning in i Immortalis G715

Craigen tillbringade tid med mig och gick igenom vilka förändringar som var i G715 som ledde till att den blev så presterande, och några av dessa förändringar är otroligt intressanta. Den största förändringen var den övergripande förbättringen av prestandaeffektiviteten för hela styrkretsen, med krympningen av Fused-Multiply Add-modulen. Den här modulen används för flyttalsberäkningar, vilket är otroligt viktigt i GPU: er.

Som ett resultat av detta kunde Arm fördubbla antalet FMA per exekveringsmotor, en i varje shader-kärna, samtidigt som han lade till en MMUL, vilket innebar betydande vinster i form av en tvåfaldig förbättring av prestanda på endast 1,3 gånger kiselarean. Men, som Craigen noterar, "om vi fördubblar mängden FMA i exekveringsenheten måste du se till att det inte finns några flaskhalsar någon annanstans i maskinen. Annars är det meningslöst."

På grund av det förbättrade Arm också flera andra moduler över GPU: n. Dessa kallas "PPA-förbättringar" eller kraft-, prestanda- och områdesförbättringar. Command Stream Frontend (CSF) görs snabbare, det finns en trefaldig förbättring av triangelgenomströmningen via Tiler, två gånger FP16-mixergenomströmningen och några andra förbättringar också. Alla dessa förbättringar är det som resulterar i en mycket snabbare GPU.

Om det finns en 100% förbättring i beräkningen, varför finns det då inte en 100% förbättring i GPU, enligt Arms egna siffror som de delade? Företaget har en blygsam förbättring på 15 %, men även i våra egna tester är många av de resultat vi samlat in mycket mer än bara en 15 % förbättring av FPS. Craigen berättar att anledningen är att företaget testar i många olika användningsfall, och compute är bara ett av dem. Andra förbättringar är inte lika extrema, och det är en helhet av GPU: n som de testar för när de delar med sig av sina förbättringsmått. Det är vettigt och skulle vara vilseledande att annonsera en 100 % beräkningsförbättring utan att klargöra vad det faktiskt betyder för GPU: n.

Begränsningen med att vara i en smartphone är i första hand storleken. "Mobila enheter skiljer sig mycket från konsoler eller datorer där du har, absolut på datorer, en nästan obegränsad termisk budget beroende på dina fans [och andra kriterier]," säger Craigen till mig. Det är en perfekt balansgång mellan den termiska uteffekten av ett chip och kraften som det är kapabelt till, och många OEM-tillverkare sätter sin egen spin på det också.

Immortalis G715 är den mest flaggskeppsnivå GPU från Arm hittills

I åratal har Mali GPU: er vacklat efter resten av konkurrenterna inom det mobila spelområdet. De är lämpliga för grundläggande uppgifter och för hobbyspelande mobilt, men alla som menar allvar med att få bästa prestanda skulle vanligtvis vilja avvika från en Mali GPU. Med Immortalis G715 valde Arm ett nytt varumärke som Craigen säger är "där vi säger att dessa är de bästa prestandafunktionerna och funktionerna för premiumsmarttelefonmarknaden."

Där saker och ting blir lite förvirrande är att det fortfarande finns en Mali G715 GPU, men dess enda skillnad är att den inte har stöd för ray-tracing. Allt annat förblir detsamma mellan Immortalis och Mali G715 GPU, även om det inte betyder att det kommer att vara den enda skillnaden i framtida modeller. När fler flaggskeppsfunktioner kommer till Arms GPU: er kan behovet av att skilja mellan Immortalis och Mali ytterligare bli uppenbart.

När det gäller hur dessa teknologier implementeras pressar Arm på att använda Vulkan när det är möjligt för fullständig interoperabilitet. Craigen säger att "proprietära API: er orsakar fragmentering, som ingen gillar särskilt", medan man använder Vulkan API för att implementera strålspårning, för betyder att appar som använder det bara kan anropa Vulkan API, och det spelar ingen roll vilken hårdvara som finns på plats så länge den har ray-tracing Stöd. Han sa till mig att "vi är väldigt fokuserade, och har varit det länge, på Vulkan."

Vad kommer härnäst från Arm?

När vi pratar med både Raphael och Craigen är det tydligt att en massa går in på GPU-design. Som Craigen säger, "det är en ganska lång period mellan hur vi utvecklar en IP och sedan att få in den i en SoC för att sedan få ut den i en telefon. Det är en ganska betydande tidsperiod, ungefär i storleksordningen fem år." Jag frågade Raphael vad han kunde förvänta sig av framtiden, och han tog en modig inställning. Han sa till mig att förvänta mig stora saker och att från den här generationen kommer det att finnas ett "brett utbud av implementeringar, du kommer att se alla möjliga saker."

Med så massiva hopp som görs från en generation till nästa, kommer jag att vara nyfiken på att se om nästa generation av Arm GPU kommer att ha liknande förbättringar. Armen gick nästan tå till tå mot Qualcomm i den här generationen, och för vanlig daglig användning är båda GPU: erna i princip lika kraftfulla. Tester avslöjar till och med att Arms strålspårning verkar fungera bättre än Qualcomms.

Framtiden ser ljus ut för Immortalis GPU: er, och vi är glada över att se en annan spelare verkligen komma in i utrymmet och ta sig an Qualcomm.