Arm全面進(jìn)化：CPU超越酷睿i7、GPU光追性能猛增3倍

作為移動(dòng)芯片領(lǐng)域的王者，Arm每年都會(huì)帶來(lái)新的CPU、GPU、互連技術(shù)方案，近日就奉上了全新的Arm TCS22，也就是2022年全面計(jì)算解決方案，包括一系列IP組合。

CPU方面是全新旗艦超大核心Cortex-X3、大核心Cortex-A715，以及升級(jí)版小核心Cortex-A510(名字沒(méi)變)。

GPU方面是首次支持硬件光線追蹤的旗艦級(jí)Immotalis-G715、高端的Mali-G715、高端的Mali-G615。

互連方面則是升級(jí)版的DSU-110。

接下來(lái)，我們就分別看看都有哪些變化。

【CPU：超大核性能提升25％、三種核心組合更靈活】

2021年3月底，Arm正式發(fā)布了全新的Armv9指令集，號(hào)稱10年最重要的創(chuàng)新、面向未來(lái)10年移動(dòng)計(jì)算的基石。

Armv9重點(diǎn)增強(qiáng)矢量計(jì)算(SVE2指令集)、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)字信號(hào)處理，強(qiáng)化安全性，并繼續(xù)提升性能，號(hào)稱IPC性能未來(lái)兩代提升會(huì)超過(guò)30％。

當(dāng)然，它完全向下兼容Armv8。

Armv9指令集的Cortex-X2超大核心已經(jīng)在驍龍8/驍龍8+、天璣9000/天璣9000+等旗艦移動(dòng)處理器中得到應(yīng)用，這次發(fā)布的是新一代Cortex-X3。

Cortex-X3在架構(gòu)設(shè)計(jì)上的變化相當(dāng)深入、廣泛，比如解碼器每周期指令從5個(gè)增加到6個(gè)，亂序執(zhí)行窗口從288個(gè)增加到320個(gè)， ALU整數(shù)算數(shù)單元從4個(gè)增加到6個(gè)，二級(jí)緩存容量從512KB翻番到1MB，并且不再支持32位指令集。

性能方面，3.3GHz頻率、1MB二級(jí)緩存、8MB三級(jí)緩存的配置下，與基于Cortex-X2的安卓旗艦處理器對(duì)比，提升最多25％。

3.6GHz頻率、1MB二級(jí)緩存、16MB三級(jí)緩存的配置下，與主流筆記本處理器(Intel i7-1260p)相比，單核性能高出最多34％。

Cortex-A715注重性能與能效的平衡，對(duì)比去年的Cortex-A710，在同等性能下能效提升最多20％，而在同等功耗下性能提升最多5％。

同時(shí)，它已經(jīng)達(dá)到了上上代超大核Cortex-X1的性能水準(zhǔn)。

對(duì)了，A715也僅支持64位指令集。

Cortex-A510名字沒(méi)變，性能也沒(méi)變，不過(guò)能效提升了5％，應(yīng)該是與更新制造工藝結(jié)合的效果。

同時(shí)，它也是唯一保留32位指令集支持的核心。如果一款A(yù)pp還沒(méi)有升級(jí)到64位，今后只能依賴小核心執(zhí)行，效率必然大打折扣。

Arm也是意在通過(guò)此舉推動(dòng)行業(yè)向64位加速轉(zhuǎn)型。

另外，DSU-110互連單元也更加強(qiáng)大靈活，支持核心數(shù)量增加50％，比如Cortex-X3可以最多12核心、16MB三級(jí)緩存，還支持更多指令集。

big.LITTLE大小核的組合也更加靈活、豐富，同樣1+3+4，X3+A715+A510的組合比去年的X2+A710+A510性能可提升12％。

1+4+4則可比1+3+4性能提升最多21％，2+2+4可提升最多23％，還首次加入了8+4+0這樣的組合，面向中高端筆記本，性能高出足足120％。

總體而言，Cortex CPU今年的升級(jí)比較中規(guī)中矩。X3、A715都是預(yù)料之中的對(duì)位升級(jí)，A510本身幾乎毫無(wú)變化。

但是，結(jié)合新的DSU-10互連單元，三種核心的配置更加靈活多變，可滿足不同設(shè)備、應(yīng)用場(chǎng)景的不同需求，包括在筆記本領(lǐng)域繼續(xù)競(jìng)爭(zhēng)Intel、AMD x86雙雄。

【GPU：首次迎來(lái)硬件光追 名字都變了】

Arm Mali GPU憑借與Cortex CPU的整合優(yōu)化、持續(xù)不斷的迭代升級(jí)，已經(jīng)成為移動(dòng)行業(yè)的絕對(duì)主流，出貨量全球領(lǐng)先，累計(jì)已超80億。

這一次，Arm GPU迎來(lái)了一次超級(jí)變臉，旗艦型號(hào)放棄了Mali的傳統(tǒng)名字，改成了全新的“Immortalis”，首款型號(hào)“Immortalis-G715”。

之所以改名，首要原因就是第一次支持基于硬件的光線追蹤，和NVIDIA、AMD、Intel的高性能顯卡一樣進(jìn)入了光追時(shí)代。

當(dāng)然，Arm GPU不是第一個(gè)支持光追的移動(dòng)端產(chǎn)品，Imagination此前已經(jīng)做到，但是兩家的影響力不可同日而語(yǔ)，Imagination的光追方案時(shí)至今日仍然沒(méi)有落地。

其實(shí)，去年的Mali-G710已經(jīng)支持軟件光追，聯(lián)發(fā)科天璣9000就開(kāi)啟了這一功能，并用在了OPPO Find X5 Pro天璣版手機(jī)中，今年則升級(jí)為硬件光追。

當(dāng)然，光線追蹤非常消耗硬件和軟件資源，一般也會(huì)大大增加功耗，不過(guò)Arm宣稱，Immortalis-G715的光追單元只占用了大約4％的著色器核心面積，而且功耗非常低，就帶來(lái)了超過(guò)3倍的性能提升(對(duì)比軟件光追)。

以下是Arm官方給出的光追效果對(duì)比圖，右半部分為開(kāi)啟光追，可以看到豐富、清晰的反射、陰影，與非光追不可同日而語(yǔ)。

當(dāng)然，無(wú)論是性能、功耗、效果，都還有待實(shí)際考驗(yàn)。

VRS可變刷新率也成了標(biāo)配，同樣追上了NVIDIA、AMD、Intel的腳步。

該技術(shù)隸屬于DX12范疇，簡(jiǎn)單地說(shuō)可在單個(gè)幀畫面內(nèi)改變著色速率，選擇性地降低畫面部分區(qū)域的細(xì)節(jié)水平(被遮擋/畫面邊緣等)，從而在幾乎不影響畫質(zhì)的情況下，提升圖形性能。

Arm展示了VRS在騰訊《王者榮耀》中的效果，原畫面和VRS畫面幾乎看不出任何區(qū)別，而在性能上，官方號(hào)稱可將幀率提升最多達(dá)40％。

回到常規(guī)層面，Immotalis-G715的提升也非?？捎^，官方號(hào)稱對(duì)比上代Mali-G710同等功耗下性能提升最多15％，機(jī)器學(xué)習(xí)性能直接翻番，而在同等性能下能效可提升最多15％。

它可以配置10-16個(gè)核心。

另外，Arm對(duì)執(zhí)行引擎也做了全方位增強(qiáng)，主要有三個(gè)方面：

一是重新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換模塊，大大縮小占用面積。

二是升級(jí)乘積累加運(yùn)算(FMA)，模塊數(shù)量翻番，進(jìn)一步提升性能和能效。

三是支持矩陣乘法指令(Matrix Multiply)，可提升計(jì)算攝影、圖像增強(qiáng)的效率，這也是機(jī)器學(xué)習(xí)性能翻倍的主要來(lái)源。

其他方面，指令流前端(Command Stream Frontend)、層次細(xì)節(jié)(LOD)、固定率壓縮(AFRC)等技術(shù)都得到了升級(jí)。

同時(shí)，Arm 也發(fā)布了高端的Mali-G715 GPU(是的編號(hào)一樣)，沒(méi)有光追，能效提升15％，可配置7-9個(gè)核心。

還有高端的Mali-G615，可配置最多6個(gè)核心。

它們倆也都支持VRS可變刷新率，這已經(jīng)是Arm GPU的標(biāo)配，同時(shí)也升級(jí)了執(zhí)行引擎。

總體而言，Arm GPU今年的變化比較極端，新引入的頂級(jí)核心Immortalis-G715整體煥然一新，性能提升明顯，尤其是將開(kāi)啟手游的光追新時(shí)代。

Mali-G715、G615的亮點(diǎn)則在于普及了VRS。

【未來(lái)：一年一變 每年提升兩位數(shù)性能】

有趣的是，Arm這次很大方地公布了未來(lái)兩年的路線圖。

明年的TCS23，超大核CPU升級(jí)為CXC23(預(yù)計(jì)命名Cortex-X4)，大核、小核分別升級(jí)為Hunter、Hayes，DSU互聯(lián)單元升級(jí)為Hayden，旗艦GPU則升級(jí)為Titan。

后年的TCS24，超大核CPU再次升級(jí)為CXC24(預(yù)計(jì)命名Cortex-X5)，大核升級(jí)為Chaberton，小核則維持不變還是Hayes，旗艦GPU則繼續(xù)升級(jí)為Krake。

另外，沿用多代的CoreLink CI-700一致性互連技術(shù)、CoreLink NI-700片上網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)，也終將迎來(lái)更新，代號(hào)Tower。

希望Arm未來(lái)能在能效、擴(kuò)展性、平臺(tái)安全性方面齊頭并進(jìn)。