Arm TCS23現(xiàn)迄今最快處理器IP組合，前瞻定義旗艦手機SoC性能，為生成式AI而來

最近Arm推出2023 全面計算解決方案（TCS23），發(fā)布最新CPU和GPU IP等產(chǎn)品。沒有意外，高通和聯(lián)發(fā)科的下一代旗艦手機SoC將采用Arm最新的CPU架構(gòu)Cortex-X4，并且聯(lián)發(fā)科還將以最新的Arm Immortalis-G720 IP為基礎(chǔ)提升手機硬件光追的性能。Arm表示這是迄今最快的CPU和GPU，那么它們究竟有哪些提升呢？



Cortex-X4： 相比于 Cortex-X3，性能提高 15%，功耗降 40%

Cortex-X4是第四代X內(nèi)核，基于全新的Armv9架構(gòu)。得益于Armv9計算集群，處理器連續(xù)三年實現(xiàn)兩位數(shù)的性能提升，Cortex-X4也同樣如此。

與 Cortex-X3 相比，Cortex-X4 的性能提高15%，降低多達40%的功耗，而面積僅增加10%，Arm 中國區(qū)業(yè)務全球副總裁鄒挺表示，這是Cortex-X系列處理器中，在每平方毫米的性能方面最出類拔萃的產(chǎn)品。


處理器的性能提升將帶來更快速的即時應用響應，更流暢的網(wǎng)頁瀏覽體驗，在3A 級游戲、全天候生產(chǎn)力、后臺任務等方面帶給用戶直觀感受。

除了Cortex-X4超大核之外，Arm全新的大核處理器 Cortex-A720 和全新小核 Cortex-A520，與其上一代相比在能效方面都提高了20%。Cortex-A720 是業(yè)界主流的 CPU IP，主打高性能，可提高持續(xù)性能，是新CPU集群的核心主力。而Cortex-A520主打低功耗，是最出眾的的高效性能核心。為了完善CPU 集群，Arm還推出了全新DSU-120 ，專門為了滿足高要求的多線程用例而設(shè)計。


GPU——Immortalis-G720 ：相比于 Immortalis-G715 ，性能和能效分別提高15%，系統(tǒng)級效率躍升 40%

此次發(fā)布的基于第五代架構(gòu)的 GPU——Immortalis-G720，可帶來15%的性能提升，減少多達 40%的內(nèi)存帶寬用量，有助于實現(xiàn)更出色且持久的幀率，最終帶來更高質(zhì)量的圖形，實現(xiàn)更扣人心弦的視覺感受。在相同的配置下，相較于前一代產(chǎn)品，Immortalis-G720 的性能提高15%，而面積僅增加2%。而前一代產(chǎn)品已經(jīng)證實在面積效率方面勝出相近競品高達 20%。



鄒挺表示，這是 Arm 有史以來效率最高的GPU架構(gòu)，在設(shè)計時還兼顧了CPU和系統(tǒng)。該架構(gòu)重新定義了部分圖形管道，顯著減少了內(nèi)存帶寬，從而讓總體系統(tǒng)效率與功耗優(yōu)化高達 14%。延遲頂點著色 (DVS) 的引入重新定義了GPU中的圖形數(shù)據(jù)流，并將成為未來圖形和幾何復雜工作負載的關(guān)鍵，有助于合作伙伴擴展內(nèi)核數(shù)量，并在未來達到更高的性能水平。

Arm 全新的GPU架構(gòu)使下一代游戲和實時3D應用成為可能，讓游戲體驗更順暢，并讓復雜的PC 端和游戲主機體驗在移動設(shè)備上實現(xiàn)。現(xiàn)在，游戲玩家喜歡的游戲可以通過更高幀率和經(jīng)優(yōu)化的高動態(tài)范圍成像技術(shù) HDR運行，帶來更逼真的體驗感，此外建筑師可以在現(xiàn)場直接通過建筑物實時 3D 效果圖將計算機輔助設(shè)計 CAD 規(guī)劃變?yōu)楝F(xiàn)實。

基于臺積電N3E先進工藝，完成業(yè)內(nèi)首個 Cortex-X4 流片

實現(xiàn)芯片的高效能離不開工藝的調(diào)優(yōu)。Arm宣布目前已經(jīng)在臺積電N3E先進工藝上順利完成了業(yè)內(nèi)首個 Cortex-X4 的流片。鄒挺也表示，Arm和臺積電共同為 Arm Cortex-X4 內(nèi)核打造定制 IP，為充分利用制程工藝和處理器帶來的PPA 優(yōu)勢做好準備。這項合作為未來奠定了基礎(chǔ)，通過設(shè)計分區(qū)和利用先進的封裝技術(shù)，一同協(xié)作提高系統(tǒng)性能和能效。


鄒挺談到隨著制程工藝的結(jié)合，將達到比上一代多的額外頻率。通過提高處理器每時鐘指令，來獲得15%的性能提升。同時，降低功耗的關(guān)鍵之一是清楚地了解如何利用額外的 IPC，在更低的工作和電壓點去運轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)40%的能耗降低。

在系統(tǒng)優(yōu)化方面，全新第五代 GPU 架構(gòu)具有 DVS 功能，有助于優(yōu)化系統(tǒng)級緩存的使用，同時新的 CPU 集群提供更多的 DSU 電源模式，以支持更高效地使用更大的 L3 緩存，并減少外部 DRAM 流量，從而實現(xiàn)性能更佳、效率更高的 SoC。在2023 全面計算解決方案中，在新版 CI-700 中引入了許多創(chuàng)新技術(shù)，進一步縮小了芯片面積。并將互連產(chǎn)生的延遲降低了 25%，同時優(yōu)化了空閑電源，在不影響電池續(xù)航時間的前提下，實現(xiàn)了杰出的系統(tǒng)性能表現(xiàn)。


MTE 功能有助內(nèi)存安全

Arm 的內(nèi)存標記擴展MTE 功能，支持開發(fā)者在應用部署前后，都能檢測和避免內(nèi)存安全漏洞，為用戶提供功能安全及信息安全的數(shù)字體驗。通過 Armv9 架構(gòu)的 CPU，Arm提供的MTE 功能能夠消除占所有軟件漏洞中 70% 的內(nèi)存安全漏洞。



當前，企業(yè)和消費者市場都部署了相關(guān)解決方案。手機廠商榮耀最近宣布將向開發(fā)者提供支持 MTE 的設(shè)備。而作為潛心致力于保護隱私和安全的優(yōu)秀短視頻平臺，快手也將進一步借助該技術(shù)優(yōu)化改進其開發(fā)流程，為 3.6 億日活用戶帶來更好的用戶體驗。


適應生成式AI應用

兩周前，Google I/O 大會重點強調(diào)考慮把生成式 AI 引入到安卓生態(tài)系統(tǒng)，不久前，微軟的 Build 開發(fā)者大會也在談到把這些引入 Windows 11，從而讓 Windows 的用戶體驗有進一步的提升。顯然，生成式 AI 和大型語言模型是一個新興領(lǐng)域。

在采訪中Arm 高級副總裁兼終端事業(yè)部總經(jīng)理Chris Bergey談及他對生成式AI發(fā)展的看法，他說我們認為大型語言模型將塑造計算的未來，這意味著需要進一步提升AI方面的工作負載，而Arm 在這方面有非常深厚的儲備，Arm CPU 和 GPU 的性能提升帶動了 AI 處理能力大約每兩年便會翻一番。

他進一步表示，Arm 正在通過相關(guān)工作以確保 AI 可以很好地在 Arm 架構(gòu)上運行。我們相信未來將是一個比較混合（hybrid）的環(huán)境，大型語言模型在云端運行，但考慮到智能手機或其他計算設(shè)備上本地運行 AI 的隱私和能源效率等問題，用戶可以更愿意在設(shè)備本機上運行較小的模型，如安卓。



Arm將繼續(xù)推進對開源軟件庫Arm NN 和 Arm Compute Library 的支持，以便那些以世界上部署最多的平臺 (即 Arm) 為目標的開發(fā)者能夠繼續(xù)利用類似 Chat GPT 或大型語言模型的應用程序來開發(fā)他們的應用。

自今年年初以來，Arm NN 和 Arm Compute Library 已在安卓平臺上面向 Google Apps 開放，目前擁有超一億的日活用戶。明年年初，這些 Arm 技術(shù)庫將通過谷歌移動服務向第三方應用程序的安卓開發(fā)者開放訪問。將進一步助力開發(fā)者優(yōu)化運行在 Armv9 CPU 和 Arm GPU 的機器學習工作負載，并預計未來的發(fā)展速度將會更快。


小結(jié)：

聯(lián)發(fā)科已明確表示，Arm的2023 年 IP 極具創(chuàng)新力，Cortex-X4、Cortex-A720以及Immortalis-G720 為下一代天璣旗艦移動芯片奠定了良好的基礎(chǔ)，我們將通過突破性的架構(gòu)設(shè)計與技術(shù)創(chuàng)新提供令人驚嘆的性能和能效。MediaTek 天璣移動芯片將結(jié)合 Arm 的先進技術(shù)，為用戶開啟移動新體驗，帶來更快的多任務處理、更出色的游戲與長續(xù)航表現(xiàn)。



可以肯定的是，Arm 2023 全面計算解決方案（TCS23）將帶來旗艦智能手機性能的極大躍升。同時，Arm也透露正在加大投入下一代核心IP包括Krake GPU 和 Blackhawk CPU等，持續(xù)推進Arm全面計算解決方案的演進。