0
雷鋒網消息，今年三月，Arm推出了面向未來十年的新一代架構Armv9。今天，Arm發布新一代CPU、GPU產品和互聯技術，Arm要用全新的全面計算產品組合，應對智能手機、高性能PC、可穿戴等眾多應用的計算需求和設計挑戰。
全新的CPU內核包括高性能核心Cortex-X1的升級版Cortex-X2，Cortex-A78的繼任者Cortex-A710，時隔四年后升級Cortex-A55的全新小核心Cortex-A510。
三款全新的CPU核心都基于今年三月份推出的Armv9架構，可謂一鍵三連，因此在改進性能和效率的同時，也將擁有擴展的SVE（可伸縮矢量擴展）、機密計算架構、內存標簽擴展特性。
Arm新一代Mali GPU產品包括高端系列Mali-G78的繼任者Mali-G710，中端系列Mail-G57的后繼產品Mali-G510，以及高能效產品Mali-G310。
全新的GPU系列依舊采用2019年發布的Valhall架構，這一架構2019年被Mali-G77首次使用，去年發布的Mali-G78進行了小幅升級，麒麟9000、Exynos 2100以及MediaTek天璣都使用了Mali-G78。
Arm高級副總裁兼終端設備事業部總經理 Paul Williamson告訴雷鋒網，“之所以引入新的產品命名規則，主要是因為引入了Armv9架構，希望用新的命名表示這個新架構將會給市場帶來的變化。”
除了全新CPU和GPU，Arm還發布了CoreLink CI-700 一致性互連技術和 CoreLink NI-700片上網絡互連技術與Arm CPU、GPU和NPU IP搭配，可跨SoC解決方案增強系統性能。
Armv9架構三款全新CPU，性能平均提升超30%
2023年完成向64位應用程序過渡
雷鋒網此前文章指出，Armv9架構有三個系列，分別是針對通用計算的A系列，實時處理器的R系列，微控制器的M系列，預計未來兩代移動基礎設施CPU的性能提升將超過30%。首款基于Armv9架構CPU的移動處理器最快將在今年底問世，可能來自MediaTek。
全新Cortex核心首先需要關注的是兼容性問題。自谷歌2019年宣布Google Play商店要求開發者上傳64位應用程序之后，業界就開始向64位應用程序過渡，并且，谷歌表示將在今年夏天晚些時候停止64位設備對32位應用程序的兼容。
Arm則表示，為了支持生態系統對于性能的需求， 2023 年將僅提供 64 位的移動應用大核和小核。因為在Armv9架構的全新三款CPU中，Cortex-X2和Cortex-A510只支持AArch64微體系結構，它們不再能夠執行AArch32代碼，而Cortex-A710仍將支持AArch32。
Arm解釋稱這主要是為了滿足中國市場需求，由于中國移動應用市場缺乏像Google Play商店的同類生態系統，中國的供應商以及應用程序需要更多時間過渡到64位應用程序。
這意味著，在采用Arm全新Cortex內核的SoC上如果要運行32位的應用程序，只能運行在Cortex-A710核心。
仍要看到的是，全新的Armv9架構的產品X2和A710總體保持著X1和A78的目標，X系列愿意在合理的范圍內折衷功率，通過微體系結構提高性能。A710則更著重于PPA（性能、功耗、面積）的平衡，通過更智能的設計提高性能和效率。小核A510是四年來的首次更新，是一種全新的小巧設計。
Cortex-X2性能優勢進一步擴大
Cortex-X2進一步擴大了與Cortex-A710的性能和功耗的差距，Arm稱X2除了可以用于智能手機SoC，也可以用于大屏幕計算設備和筆記本電腦等對性能要求更高的終端。基于Armv9架構，X2核心從前端分支預測改進、調度優化到后端的管道等都進行了諸多改進。
就單核性能而言，在SPECint2006測試中，在相同工藝制程和頻率下，X2相比X1的集成性能提升了16%，機器學習性能提升高達2倍。但由于Arm是將8MB L3緩存設計與4MB L3設計進行比較，6%的性能提升到底是較大緩存還是核心性能提升暫不清楚。
性能和功耗曲線來看，想要實現16%的性能提升需要付出更高的功耗，這將給三星和高通等手機SoC設計公司帶來更大挑戰。
Cortex-A710能效提升30%
由于同樣采用了最新的Armv9架構，因此Cortex-A710同樣從核心的前端到后端也進行了改進，不同的是A710還支持AArch32。
經過優化的結果是，Cortex-A710相比Cortex-A78實現了最多10%的性能提升和30%的能效提升。同樣，10%的性能提升也是在8MB L3緩存設計與4MB L3緩存設計的比較。由于Cortex-A710可用于中端或低端SoC，這就意味著會使用較小緩存，10%的性能提升可能不容易實現。
相比性能提升，稍微降低頻率可以帶來很大的功耗降低。Arm稱，在性能相同的情況下，A710的功耗比Cortex-A78少30%。這將有利于適中頻率的Cortex-A710 “中間”核心實現持續的性能和電源效率。
總體看來，X2和A710的性能和功率指標都很適中，提升也是近幾年來最少的。Arm解釋稱，由于向Armv9的遷移而進行了較大的體系結構更改，因此對通常的效率和性能改進產生了影響。
X2和A710都是該奧斯汀微體系結構家族的第四代產品，因此我們正面臨著不斷減少的收益和成熟的設計壁壘。
四年來首次更新Cortex小核
小核心是時隔四年終于迎來更新，因為上一代小核心Cortex-A55早在2017年就發布。全新的Cortex-A510來自Arm劍橋團隊，使用了很多已經在較大核中使用的技術。Arm稱Cortex-A510新內核與此前的旗艦內核Cortex-A73的單核性能和頻率非常相似，但功耗卻低很多。
據悉，Arm采用了一個被稱為“合并內核”的設計方法，這是一種非常復雜的方法，最多兩個核心對，它們共享L2緩存系統以及它們之間的FP / NEON / SVE管道。
Arm指出，共享管道對硬件是完全透明的，并且還使用了細粒度的硬件調度。在同時使用兩個內核的實際多線程工作負載中，與為每個內核專用的管道相比，性能影響和不足僅占百分之幾。
乍一看，Arm的做法與AMD十年前在其Bulldozer內核中對CMT（集群多線程）所做的改進有一些非常相似，但是在某些重要方面卻有很大不同。
從性能指標看，將Cortex-A55與32KB L1、128KB L2和4MB L3與具有32KB L1、256KB L2和8MB L3的Cortex-A510比較。在核心頻率相同的情況下，SPECint2006性能提升35%，SPECfp2006性能提升50%，提升非常顯著，但從年均復合增長率的角度看，提升并不那么令人印象深刻。
比較IOS功率和性能，Cortex-A510性能提升10%，功耗可以降低20%。
值得注意的是，A510與A55的曲線在較低工作點幾乎重疊。盡管A510總體上具有更好的性能，但這似乎主要是將效率曲線擴展到更高的功率水平的結果。實際上要在任何結構化的基準測試中重現這些更真實的工作負載是極其困難的。
需要注意，Armv9-A CPU群集（cluster）的支柱是新款的動態共享單元（ DynamIQ Shared Unit）DSU-110，DSU-110 具備可擴展性、可支持最多八Cortex-X2 內核配置，同時確保效率表現。
Paul Williamson稱：“通過共享系統級緩存最多可以降低15%的能耗。”
旗艦Mali-G710 GPU是關注重點，中低端GPU性能大躍升
新的GPU系列延續采用Valhall 架構，旗艦產品Mali-G710是Mali-G78的繼承者，目標是相對簡單的代際演進，這是Arm的架構師在Mali GPU中實現的最高性能。
Mali-G610對于Mali GPU的品牌有積極意義，G610繼承了 Mali-G710 的所有功能，微體系結構相同，但價格更低。G610配置低于7個內核，可以幫助合作伙伴更好地區分旗艦產品與“高端”產品。
AnandTech指出，新的G710微體系結構看起來非常有趣，尤其是要解決與Arm的Mali GPU的API開銷相關的一些弱點。如何發揮作用還有待觀察，但從性能和功耗的提升來看，這似乎是一個穩健的進步，即便這不足以改變移動市場的競爭格局。
總的來說，對于大部分消費者而言，此次Arm升級的三款GPU關注的重點仍然是旗艦GPU Mali-G710。作為Valhall GPU架構的延續，新款G710執行引擎的與上一代Mali-G77和Mali-G78大致相同。與前一代Mali-G78 GPU相比，Arm承諾的改進是性能提高約20%，功耗有望降低20%，機器學習性能提升35%。
Mali-G510和Mali-G310是在前代G57和G31產品的基礎上迭代升級。Mali-G510是Arm中端產品組合的重大升級，G510可從2核擴展到6核，可以在端智能手機、旗艦智能電視和機頂盒上實現 100%的性能提升以及22%的節能優化，延長了電池續航。
新的Mali-G310是基于Valhall的新低端產品，瞄準的是以低面積效率為重點的市場，包括數千億的低成本設備和其他嵌入式市場，例如入門級智能手機、AR 設備和可穿戴設備。G310一個關鍵的價值是代表了Mali GPU架構從Bifrost架構到新的Valhall設計的重大轉變。
這些新設計代表了微體系結構中新的重大突破，讓Arm的中端和低端產品實現了顯著的性能提升。G510相比G54性能提升了1倍，能效提升22%，機器學習性能提升了1倍。G310相比G31圖形變形性能提升4.5倍，Vulkan性能提升4.5倍，Android UI性能提升2倍。
有意思的是，Anandtech認為由于缺少更大的幅度變化或步進功能升級，Arm的高端GPU前景看起來并不十分理想，三星已經確認在下一代Exynos GPU中采用AMD RDNA GPU，海思麒麟SoC被按下了暫停鍵。聯發科成為最后一個會采用Mali高端GPU的公司，但他們至今還未推出真正的旗艦級SoC，所以有可能看不到高端Mali-G710產品。
Arm Mali GPU設計哲學一直是一把雙刃劍，特別是它們正試圖通過非常相似的微體系結構來滿足如此廣闊的市場。高端市場看起來有些暗淡，但中端和低端產品看起來非常有前途。
Arm表示，到2020年，他們已經出貨了超過10億個Mali GPU， DTV市場份額為80%，智能手機市場份額超過50%。
全面計算時代系統性能更加重要
Arm在2019年首次提出全面計算戰略，隨著全新架構產品的發布，Arm的全面計算戰略也進一步升級。Arm認為全面計算設計戰略的三大關鍵原則是——計算性能、開發者可及性和安全性。要同時滿足這三大關鍵原則，需要提供出色的性能、安全性、可擴展性和效率。
“我們正致力于將 Armv9 技術引入到各個領域，以系統級設計最大程度地提高性能。基于 Arm 架構的計算技術正在構建超越智能手機市場以外的領導地位，借助移動生態系統帶來的巨大規模優勢，在筆記本電腦、臺式機、云等應用領域打造領先的解決方案。這些靈活的解決方案將被應用于Arm 合作伙伴的各種應用中，開啟新一代沉浸式的交互體驗。”Paul Williamson表示。
全面計算對于移動設備、有豐富功能的AI產品都非常重要。因此，既需要Arm的Cortex CPU和Mali GPU，還需要全新的互聯技術，這對于提高系統性能至關重要。
Arm今天推出的CoreLink CI-700 和 CoreLink NI-700 對新的 Armv9-A 功能提供硬件級支持，如內存標簽擴展（Memory Tagging Extension），并支持更高的安全性、改進的帶寬和延遲。
Paul Williamson指出，“以往算力用基準測試來衡量，但全面計算的時代PPA的重要性越來越低，交付更好的用戶體驗和更高的系統性能將變得更加重要。Arm 全新的全面計算解決方案采用系統范圍的整體優化方法，橫跨硬件 IP、物理 IP、軟件、工具和標準，滿足所有終端細分市場的應用場景和成本區間。”
對算力需求越來越高以及應用越來越豐富是可以看到的趨勢，在變化越來越快的5G、AI和數字化時代，芯片巨頭都已經轉向多芯片組合競爭的時代，更加靈活的產品組合能夠滿足不同應用的性能需求。當然，與之相對應的還有制程、異構集成、封裝等一系列的問題，需要整個產業鏈共同面對。
Arm的全面計算策略能獲得多大的成功？
注，文中配圖來自Arm
相關文章：
雷峰網原創文章，未經授權禁止轉載。詳情見轉載須知。
