Arm發(fā)布首款同步多線程架構(gòu)Cortex A65AE，繼續(xù)加力自動(dòng)駕駛計(jì)算

早在今年9月，Arm就推出了新的ArmSafetyReady計(jì)劃，旨在為自動(dòng)駕駛汽車開(kāi)發(fā)解決方案，還推出了第一款專為無(wú)人駕駛汽車設(shè)計(jì)的處理器架構(gòu)CortexA76AE。

先前宣布的CortexA76AE是Arm首次采用“雙位鎖定”技術(shù)，可以讓SoC開(kāi)發(fā)人員以分離和雙位鎖定兩種不同模式使用處理器：在分離模式下各核心獨(dú)立運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)更高性能，而雙位鎖定模式下CPU核心兩兩配對(duì)，同步運(yùn)行相同的代碼，一旦監(jiān)控到任何類型的差異，便將其報(bào)告為錯(cuò)誤，并且故障恢復(fù)機(jī)制將接管（或至少會(huì)通知驅(qū)動(dòng)程序）。

CortexA76AE非常專注于繁重的計(jì)算任務(wù)，因此也充分利用了由奧斯汀團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的Arm新型微架構(gòu)提供的高性能。然而在CortexA76AE的揭曉期間，有人提到了一個(gè)名為“Helios”的架構(gòu)，目前還不太清楚這是什么意思，但它看起來(lái)像是一個(gè)類似于CortexA76AE的新架構(gòu)。

今天，Arm終于正式公布了新的CortexA65AE，雖然目前的資料并不是新架構(gòu)的完整技術(shù)信息，還是讓我們對(duì)Helios的設(shè)計(jì)有了一些了解。

就像在CortexA76AE發(fā)布時(shí)一樣，Arm再次談到了汽車市場(chǎng)的需求，以及汽車對(duì)計(jì)算能力需求的要求越來(lái)越高這一現(xiàn)狀。汽車的每個(gè)部件都變得越來(lái)越計(jì)算機(jī)化，ADAS的進(jìn)步和自動(dòng)化應(yīng)用程序的普及將使未來(lái)所需的處理能力激增。

與專注于高性能應(yīng)用的CortexA76AE不同，CortexA65AE專注于高通量應(yīng)用，二者的區(qū)別在于，高性能應(yīng)用在某種意義上更需要強(qiáng)大的單線程負(fù)載性能，而高通量應(yīng)用則要求高度并行的多線程負(fù)載性能。Arm特別強(qiáng)調(diào)了自動(dòng)駕駛中傳感器處理的需求，汽車中的傳感器數(shù)量大量增加，隨之而來(lái)的是對(duì)更高吞吐量處理能力的需求。

Arm首款同步多線程（SMT）微架構(gòu)

CortexA65AE是Arm的第一個(gè)支持SMT的CPU架構(gòu)，每個(gè)內(nèi)核可以執(zhí)行兩個(gè)線程。目前，Arm對(duì)架構(gòu)細(xì)節(jié)守口如瓶，但他們可以評(píng)論一些背景信息。

此前分析CortexA76時(shí)曾提到，Arm在全球擁有3家設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，分別是位于美國(guó)德州的奧斯丁團(tuán)隊(duì)、位于法國(guó)南部的索菲亞團(tuán)隊(duì)以及位于英國(guó)大本營(yíng)的劍橋團(tuán)隊(duì)。這三家團(tuán)隊(duì)各有分工，奧斯丁團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)高性能架構(gòu)，代表作為CortexA57、CortexA72以及最新的CortexA76；劍橋團(tuán)隊(duì)專門設(shè)計(jì)CortexA53和CortexA55等低功耗架構(gòu)；而索菲亞團(tuán)隊(duì)則主打均衡，CortexA73和CortexA75便是出自其手。

CortexA65AE最有趣的地方是它的血統(tǒng)：它最初是由劍橋團(tuán)隊(duì)開(kāi)始設(shè)計(jì)的，但它后來(lái)成為一個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目，最后由Arm在亞利桑那州的最新團(tuán)隊(duì)錢德勒設(shè)計(jì)中心完成，而CortexA65AE也是這個(gè)新團(tuán)隊(duì)的第一個(gè)項(xiàng)目。

我們深挖內(nèi)核來(lái)源的原因是，它能讓我們更加了解微架構(gòu)可能的樣子。Arm表示CortexA65AE確實(shí)是一個(gè)支持SMT的亂序執(zhí)行架構(gòu)，但他們能透露的也就僅此而已。這項(xiàng)設(shè)計(jì)始于劍橋的事實(shí)，很好地暗示了它在某種程度上與之前的一些小核心有關(guān)，比如CortexA53和CortexA55，但亂序執(zhí)行和SMT技術(shù)的加入，使它看起來(lái)更像是遠(yuǎn)房表親而不是繼承者。

CortexA65AE支持SMT的主要好處在于，在其所面向的汽車領(lǐng)域中，將有大量傳感器同時(shí)與汽車的中央控制單元通信。在演示過(guò)程中，Arm所公布的唯一性能數(shù)據(jù)是CortexA65AE的吞吐量比同一市場(chǎng)領(lǐng)域的前一代內(nèi)核CortexA53高3.5倍。

Arm通常會(huì)結(jié)合制程節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行性能預(yù)測(cè)，CortexA65AE瞄準(zhǔn)的是7nm制程，而在最佳狀況下SMT可使吞吐量提高1.8~2倍，仍然與公布的數(shù)值有很大差距，這就需要新架構(gòu)的執(zhí)行效率有相當(dāng)?shù)奶嵘?，或是依靠制程紅利提升頻率來(lái)解決。

Arm的SMT在功能安全特性方面看起來(lái)也是獨(dú)一無(wú)二的，與CortexA76AE上的分離模式非常相似，其中兩個(gè)物理內(nèi)核可以相互鎖定，而CortexA65AE則更進(jìn)一步，可以在物理核心和邏輯線程兩個(gè)維度上均做到這一點(diǎn)，有效的使兩個(gè)線程在同一個(gè)內(nèi)核上以鎖定步進(jìn)操作，并在物理影子核心上使用另外兩個(gè)線程。這里檢查指令流和每個(gè)指令輸出的硬件級(jí)別的差異，對(duì)操作軟件都是透明的，在發(fā)生故障的情況下將生成異常。

在預(yù)想的系統(tǒng)的實(shí)際示例中，可以看到專用于不同工作負(fù)載任務(wù)的不同Cortex核心集群，集群中的多個(gè)CortexA65AE內(nèi)核在分離模式下獨(dú)立運(yùn)行，從而在處理傳感器數(shù)據(jù)時(shí)最大化其吞吐量。

然后，數(shù)據(jù)處理將被傳遞到不同的集群以進(jìn)行感知和決策任務(wù)，這時(shí)需要更高級(jí)別的功能安全性，因此核心將以鎖定模式運(yùn)行。Arm還強(qiáng)調(diào)了其在硬件布局配置方面的靈活性，該技術(shù)配置在固件中，如果供應(yīng)商愿意，可以使用軟件更新進(jìn)行重新配置。

小結(jié)

CortexA65AE是Arm第二個(gè)專用于汽車市場(chǎng)的核心，它看起來(lái)很像是劍橋團(tuán)隊(duì)小核心架構(gòu)的衍生品，Arm也確實(shí)將核心定位為“更大的小核心”與大核心CortexA76AE并排而列。

CortexA65AE也是Arm的第一款SMT核心，雖然這可能會(huì)引發(fā)一些討論，但SMT在移動(dòng)負(fù)載方面依然沒(méi)有多大意義，這個(gè)市場(chǎng)的關(guān)鍵焦點(diǎn)仍是能源效率。從電氣工程的角度來(lái)看，SMT永遠(yuǎn)不會(huì)比在未充分利用的物理核心和時(shí)鐘門控功能塊之間分散工作負(fù)載更有效。

Arm預(yù)計(jì)首批CortexA65AE產(chǎn)品將在2020年問(wèn)世。如果CortexA65AE未來(lái)會(huì)有一個(gè)不帶“AE”的Cortex-A65傳統(tǒng)版本，那么Arm將如何定位這一核心，以及它將針對(duì)哪些市場(chǎng)，將是非常有趣的。

本文來(lái)源：雷鋒網(wǎng)