Arm推出三款基于Armv9架構(gòu)的全新CPU內(nèi)核

從全面升級到Armv9架構(gòu)，到公布Neoverse V1和N2平臺技術(shù)細節(jié)，再到推出三款基于Armv9架構(gòu)的全新CPU內(nèi)核，短短兩個月時間里，Arm全面計算（Arm Total Compute）戰(zhàn)略正在以令人難以置信的速度加速推進，密集，但有條不紊。

何為“全面計算”

其實在2019年，Arm就提出要在共同架構(gòu)下推動全面計算，旨在解決單個IP與碎片化解決方案優(yōu)化問題時面臨的重大挑戰(zhàn)，并隨后發(fā)布了Total Compute解決方案白皮書。這意味著，在解決系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計的挑戰(zhàn)時，Arm需要將關(guān)注焦點逐漸從單一的產(chǎn)品演進，轉(zhuǎn)化為以應(yīng)用場景與體驗為導向的系統(tǒng)解決方案，要對硬件IP、物理IP、軟件、工具、以及彼此間的協(xié)作進行全面優(yōu)化。

這是在思考方式上做出的重大轉(zhuǎn)變。

Arm全新的IP設(shè)計思路可以歸納為兩點：一是以應(yīng)用場景、消費者體驗與生態(tài)系統(tǒng)的需求為核心；二是深度聚焦在性能、安全性與開發(fā)人員介入權(quán)的優(yōu)化，從而為未來的計算平臺提供安全的基礎(chǔ)，提升性能與效率，給予開發(fā)人員通過整個Arm生態(tài)系統(tǒng)獲取更多性能的機會。

Arm高級副總裁兼終端設(shè)備事業(yè)部總經(jīng)理Paul Williamson表示，在全面計算的概念下，IP之間的PPA（性能、功率、面積）原則也許不再是最重要的，反而是系統(tǒng)級的性能更為重要。此外，要確保開發(fā)者擁有最佳的開發(fā)體驗、并且對每一臺設(shè)備的性能與安全功能都有更簡易的取用途徑。

來自Arm的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，僅在2020年Q4季度，Arm芯片合作伙伴就出貨了73億顆Arm架構(gòu)芯片（年增22%），相當于每秒出貨超過900顆芯片、每日出貨7000萬顆芯片，創(chuàng)下出貨量歷史新高。而2020年的總出貨量更是高達250億顆（年增13%）累計總數(shù)已超過1，900 億。同時，Arm Mali GPU出貨量累計超過80億顆，其中2020年出貨超過10億，持續(xù)位居全球GPU出貨量榜首。

授權(quán)業(yè)務(wù)方面，2020財年，Arm與104家客戶簽署了162個授權(quán)協(xié)議，其中有超過一半的授權(quán)對象為首次與Arm合作的企業(yè)。Arm Flexible Access 目前已有 90 家合作伙伴，通過該計劃，這些合作伙伴可以更容易地獲取各項全球領(lǐng)先的 Arm IP、工具與支持。

按照Paul Williamson的說法，Armv9帶來了落實全面計算設(shè)計戰(zhàn)略的三大關(guān)鍵原則：首先是安全性，主要是引入內(nèi)存標簽擴展（MTE）、指針驗證（pointer authentication， PA）等新的安全技術(shù)；其次是開發(fā)者可及性，例如在機器學習方面，通過支持BFloat16格式更好地去支撐Int8計算和BFloat16?的Matmul；第三是計算性能，通過提升可伸縮矢量擴展能力，能夠更好地幫助開發(fā)者對高階的應(yīng)用場景進行開發(fā)，比如圖像信號處理。

“Arm正致力于將Armv9技術(shù)引入包括筆記本電腦、臺式機、云、5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、更多終端與車載架構(gòu)計算在內(nèi)的各個領(lǐng)域，借助移動生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模優(yōu)勢，以系統(tǒng)級設(shè)計最大程度地提高性能?！盤aul Williamson說，目前來看，全面計算在高性能應(yīng)用場景（游戲生態(tài)、擁有豐富人工智能功能的應(yīng)用）、涉及安全功能的應(yīng)用場景（安全交易、銀行類應(yīng)用、設(shè)備端個人數(shù)據(jù)保護等）中將會擁有更高的接受度。

例如在游戲中，“我們測量了整個游戲內(nèi)容中全面計算系統(tǒng)優(yōu)化的結(jié)果，每個系統(tǒng)組件都有助于性能的提升。Cortex-A710 CPU在運行驅(qū)動工作負載時，帶來了33%的性能提升；Mali-G710帶來了20%的性能提升，我們的系統(tǒng)級IP提供了15%的效率提升?！?/p>

再比如在AI中，“不同的Arm IP上運行多樣的AI工作服在帶來的巨大性能提升。這些性能提升各異，從Mali-G710平均35%的提升，到Cortex-M55的高達700%的提升，真是針對能耗有限制的工作負載，例如關(guān)鍵字偵測?！?/p>

在多種不同應(yīng)用場景之間進行設(shè)計權(quán)衡是比較困難的。因此，Arm全面計算框架的推出為生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴提供了跨多種應(yīng)用的可擴展性，也為具體的場景用例提供了特定的加速或增強功能，既能針對應(yīng)用場景構(gòu)建優(yōu)化的解決方案，同時也能平衡解決方案的性能和成本，這是下游設(shè)計真正需要的，在真實的用例中也非常有價值。

高筑墻，廣積糧

關(guān)于Armv9架構(gòu)和Neoverse V1/N2平臺技術(shù)的更多內(nèi)容，本刊此前曾進行過持續(xù)追蹤報道，有興趣的讀者可點擊《Armv9細節(jié)公布，Arm迎來十年最大架構(gòu)革新》、《性能如此強悍的服務(wù)器CPU對Arm意味著什么？》等文章進行了解，本文將更多介紹最新推出的IP套件，包括：首批Armv9 Cortex CPU、Mali GPU和全新的CoreLink系統(tǒng) IP，共計10款產(chǎn)品。

Arm Cortex CPU：全面計算解決方案的基石

三款Armv9架構(gòu)的CPU核包括：旗艦級Cortex-X2、大核CPU Cortex-A710、高效率小核Cortex-A510。

其中，Cortex-X2主要面向智能手機市場，相比于Cortex-X1，性能提升16%，可將旗艦型安卓智能手機的性能在當前基礎(chǔ)上再提升30%。除了峰值性能外，Cortex-X2還可在旗艦智能手機和筆記本電腦之間擴展，使合作伙伴可以根據(jù)市場需求來設(shè)計基于不同場景的計算能力。

Cortex-A710是首款基于Armv9架構(gòu)的大核CPU，與Cortex-A78相比，能效提升30%，性能提升10%。通過性能和效率的提升，當智能手機運行高要求的App時，用戶將獲得比以往更長的使用時間以及更優(yōu)化的體驗。

Cortex-A510是Arm過去四年來推出的首款高效率小核，其性能提升35%，機器學習性能提升超過3倍。它所帶來的性能水平已經(jīng)接近幾年前推出的上一代大核Cortex-A73，性能差距不到10%，但能效優(yōu)化可達35%，適用于智能手機、家用設(shè)備和可穿戴設(shè)備。

Armv9-A CPU集群的支柱是新款的動態(tài)共享單元（DynamIQ Shared Unit）DSU-110，該組件可為不同的細分市場提供各種解決方案。DSU-110具備可擴展性，可支持多達八個Cortex-X2內(nèi)核配置，也難怪Williamson在介紹中說，“一臺基于Cortex-X2的筆記本電腦比起2020年市場主流的筆記本，其單線程性能可領(lǐng)先40%。“

在2021年消費設(shè)備中常見的“1超大核+3大核+4小核，4MB L3（DSU）” Tri-Cluster CPU架構(gòu)中，如果將X1替換為X2，A78替換為A710，A55替換為A510，DSU替換為DSU-110，4MB L3（DSU）替換為8MB L3（DSU-110），預計2022年終端設(shè)備的峰值性能將會提升30%，持續(xù)性能將會提升30%，小核性能將會提升35%。

面向細分市場的新款 Arm Mali GPU套件

視覺體驗仍然是消費者與設(shè)備交互、并享用設(shè)備的關(guān)鍵，Arm新推出面向廣泛應(yīng)用的多款GPU，搭配Armv9 CPU，繼續(xù)提升用戶體驗。

最新的Arm Mali-G710是針對旗艦智能手機和Chromebook筆記本市場的高性能 GPU，在計算密集型體驗方面的性能提升20%（如AAA高保真游戲）。對于與機器學習有關(guān)的任務(wù)（如全新相機和視頻模式的圖像增強），Mali-G710也帶來35%的機器學習性能提升。

作為次旗艦GPU，Mali-G610繼承了Mali-G710 的功能，但價格更低，可將高階應(yīng)用場景帶給更多的開發(fā)者和消費者。

Mali-G510實現(xiàn)了性能和效率的較好平衡，在中端智能手機、旗艦智能電視和機頂盒上，實現(xiàn)了100%的性能提升以及22%的節(jié)能優(yōu)化，從而延長了電池續(xù)航時間，提升了100%的機器學習性能。

Mali-G310是Arm目前最高效的GPU，以最小的面積成本提供了最高的性能。通過Mali-G310，Valhall架構(gòu)和高質(zhì)量圖形技術(shù)將被引入到更低成本的設(shè)備中，例如入門級智能手機、AR設(shè)備和可穿戴設(shè)備。

提升系統(tǒng)性能的互連技術(shù)

互連技術(shù)對于提高系統(tǒng)性能至關(guān)重要。最新的CoreLink CI-700一致性互連技術(shù)和CoreLink NI-700片上網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)，可與Arm CPU、GPU和NPU IP無縫搭配，跨 SoC解決方案增強系統(tǒng)性能。CoreLink CI-700和CoreLink NI-700對新的Armv9-A功能提供硬件級支持，如內(nèi)存標簽擴展（Memory Tagging Extension），支持更高的安全性、改進的帶寬和延遲。

可以看出，全新的全面計算解決方案是系統(tǒng)范圍內(nèi)整體優(yōu)化的思路，橫跨硬件 IP、物理 IP、軟件、工具和標準，能夠為合作伙伴提供更為廣泛的選擇，以滿足細分市場的應(yīng)用場景和成本區(qū)間需求。同時，這也將解鎖整個生態(tài)系統(tǒng)的新體驗，例如，專為移動設(shè)備設(shè)計、支持 AI 功能的交互式應(yīng)用場景，可以使用戶身臨其境觀看電視8K內(nèi)容等體驗。

2023年移動應(yīng)用產(chǎn)品僅提供64位大、小核

隨著IP戰(zhàn)略的升級，Arm宣布，將在2023 年面向移動應(yīng)用僅提供64位的大核和小核。為此，Arm全球合作伙伴正在努力確保所有App都將在今年年底前支持64位。

據(jù)Paul Williamson介紹，Cortex-X2是完全面向智能手機市場的產(chǎn)品，預計在未來幾代手機產(chǎn)品中就能看到Cortex-X2的身影。對智能手機和其他終端計算設(shè)備而言，64位將提供終極的性能表現(xiàn)。Arm目前正與中國應(yīng)用商店生態(tài)合作伙伴進行密切協(xié)作，確保主要App都能在今年年底前支持 64 位，從而為中國消費者提供Cortex-X2所帶來的性能提升體驗。

Arm方面透露，向64位過渡需要分階段實現(xiàn)，目前，Cortex-X2、Cortex-A510已經(jīng)是64位CPU，A710仍然支持32位。預計到2023年，Arm在移動應(yīng)用的大核跟小核都將僅支持64位。

結(jié)語：

Paul Williamson總結(jié)稱，Arm合作伙伴希望能夠?qū)⑿缕犯焖俚赝葡蚴袌?，而全面計算解決方案包含了SoC設(shè)計流程中所需要的一切組件：硬件 IP、軟件、物理IP、工具和標準，將使合作伙伴在應(yīng)對所有終端市場上SoC復雜性時受益，讓他們能夠滿懷信心地通過最新的技術(shù)，將高性能的產(chǎn)品快速推向市場。
責任編輯:pj