在上個(gè)月Arm發(fā)布了最新基礎(chǔ)架構(gòu)Neoverse V1和Neoverse N2 CPU IP之后，現(xiàn)在是時(shí)候該討論Arm在客戶端和移動(dòng)方面的進(jìn)展了。今年，Arm的情況比往常要大得多，因?yàn)槲覀兛吹搅嗣嫦蛞苿?dòng)設(shè)備和客戶端的三種新一代微體系結(jié)構(gòu)：旗艦級(jí)Cortex-X2內(nèi)核，以Cortex-A710形式亮相的新A78后續(xù)產(chǎn)品，還有名為Cortex-A510的全新小核心。

　　這三個(gè)新CPU構(gòu)成了Armv9兼容設(shè)計(jì)的新三重奏，旨在標(biāo)志著行業(yè)中很少出現(xiàn)的更大的體系結(jié)構(gòu)/ ISA轉(zhuǎn)換。

　　除了新的CPU內(nèi)核外，我們還看到了新L3和群集設(shè)計(jì)——DSU-110，Arm還通過新的緩存一致性CI-700網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和NI-700NoC IP對(duì)其互連IP進(jìn)行了重大升級(jí)。

　　Cortex-X2，A710和A510是去年X1，A78和A55的后續(xù)產(chǎn)品。特別是對(duì)于新的Cortex-X2和A710，它們是其前代產(chǎn)品的直接微體系結(jié)構(gòu)后繼產(chǎn)品。這些部分在迭代改進(jìn)IPC和效率的同時(shí)，還以Armv9和新擴(kuò)展（例如SVE2）的形式結(jié)合了全新的體系結(jié)構(gòu)功能。

　　Arm的新小核心Cortex-A510是一個(gè)更大的微體系結(jié)構(gòu)跳躍，因?yàn)樗砹薃rm的Cambridge CPU設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)新的CPU設(shè)計(jì)。A510在改進(jìn)IPC的同時(shí)仍繼續(xù)關(guān)注功率效率，并且也許最有趣的是，它保留了其有序的微體系結(jié)構(gòu)特征。

　　Armv9 CPU系列：僅用于所有實(shí)際目的的AArch64 *

　　新的CPU系列標(biāo)志著我們多年來最大的體系結(jié)構(gòu)飛躍之一，因?yàn)樵摴粳F(xiàn)在將所有三個(gè)新CPU IP都基于Armv9.0。早在三月下旬，我們就廣泛地介紹了新Arm架構(gòu)的細(xì)節(jié)。新ISA的基礎(chǔ)功能包括新注冊(cè)的先前可選/缺失的Armv8.2 +功能，這些功能在移動(dòng)和客戶端設(shè)計(jì)中無法得到保證（主要是由于較舊的A55內(nèi)核），以及引入了新的SVE2 SIMD和矢量擴(kuò)展。

　　我們期待已久的一大變化是，在即將到來的Arm Cortex-A移動(dòng)內(nèi)核中，我們將看到32位AArch32執(zhí)行模式的棄用。自從Google在2019年宣布Google Play商店將要求上傳64位應(yīng)用程序以來，我們就一直在為32位應(yīng)用程序倒計(jì)時(shí)。該公司也將于今年夏天晚些時(shí)候停止向64位兼容設(shè)備提供32位應(yīng)用程序，

　　盡管Arm宣布這一轉(zhuǎn)變將在2023年發(fā)生，但就所有意圖和目的而言，明年大多數(shù)全球用戶都已經(jīng)在發(fā)生這種轉(zhuǎn)變。Cortex-X2旗艦內(nèi)核和Cortex-A510小內(nèi)核都是僅限AArch64的微體系結(jié)構(gòu)，它們不再能夠執(zhí)行AArch32代碼。

　　話雖如此，信心的讀者可能會(huì)注意到，三分之二的CPU并不是一個(gè)完整的轉(zhuǎn)變，其原因是因?yàn)镃ortex-A710實(shí)際上仍然支持AArch32。Arm表示，這樣做的原因主要是為了滿足中國移動(dòng)市場的需求，因?yàn)橹袊苿?dòng)市場缺乏全球Play商店市場的同類生態(tài)系統(tǒng)功能，中國供應(yīng)商及其國內(nèi)應(yīng)用程序市場需要更多時(shí)間來促進(jìn)向僅64位轉(zhuǎn)變。這意味著明年我們將有一個(gè)奇怪的情況，那就是只有SoC能夠在其中級(jí)內(nèi)核上執(zhí)行32位應(yīng)用程序，而這些應(yīng)用程序被降級(jí)到A710內(nèi)核中級(jí)，而錯(cuò)過了A510內(nèi)核的小功率效率或X2內(nèi)核的性能。

　　在核心方面，新的Cortex-X2和Cortex-A710是Cortex-X1和Cortex-A78的后繼產(chǎn)品。這兩種設(shè)計(jì)大多由ARM奧斯汀的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的，從多年前的A76算起，新產(chǎn)品代表了這個(gè)微架構(gòu)系列的第四代產(chǎn)品。在Arm借助明年的新Sophia內(nèi)核將其移交給全新設(shè)計(jì)之前，這些內(nèi)核應(yīng)該是該微體系結(jié)構(gòu)家族中的最后一個(gè)，

　　在設(shè)計(jì)理念上，X2和A710總體上保持了X1和A78所定義的總體目標(biāo)：X系列繼續(xù)致力于通過增加微體系結(jié)構(gòu)來提高性能，并且Arm愿意在合理的范圍內(nèi)折衷功率。同時(shí)，A710繼續(xù)致力于通過更智能的設(shè)計(jì)來提高性能和效率，并著重于最大化IP的功率，性能和面積（PPA）平衡。

　　在上一張幻燈片中，Arm提出的重點(diǎn)是優(yōu)化了關(guān)鍵路徑（critical paths）和物理設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)持續(xù)的電壓運(yùn)行，這更多是該公司在下一代“Middle”內(nèi)核中追求的目標(biāo)，而不是在Cortex-A710中專門體現(xiàn)的目標(biāo)……

　　今年，我們也終于看到了一個(gè)新的小核心。我們?cè)缭?017年就介紹了Cortex-A55，自那時(shí)以來我們還沒有看到對(duì)Arm的小內(nèi)核的任何更新，以至于它被視為最后幾代移動(dòng)SoC的重大弱點(diǎn)。

　　全新的Cortex-A510是Arm劍橋設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的clean-sheet 設(shè)計(jì)，它利用了公司較大內(nèi)核中已采用的許多技術(shù)，但將這些技術(shù)實(shí)施到了新的有序（in-order）小型微體系結(jié)構(gòu)中。是的，我們?nèi)栽谟懻撚行騼?nèi)核，而Arm仍將其視為提取移動(dòng)設(shè)備最佳效率和“使用天數(shù)”的最佳選擇。

　　盡管這是一個(gè)有序內(nèi)核，但Arm進(jìn)行了比較，認(rèn)為新設(shè)計(jì)與2017年的旗艦內(nèi)核Cortex-A73非常相似，實(shí)現(xiàn)了非常相似的IPC和頻率功能，而功耗卻要低得多。

　　新設(shè)計(jì)還采用了非常有趣的共享復(fù)雜方法，并與第二個(gè)內(nèi)核共享了L2和FP / SIMD pipelines，一個(gè)被Arm稱為“合并內(nèi)核”（merged core）的設(shè)計(jì)方法，這無疑會(huì)讓讀者想起十年前AMD在推土機(jī)內(nèi)核中使用的CMT方法 ，即使在方法上有非常重要的差異。

　　Cortex-X2：更高的性能，更深的OoO

　　我們首先從去年的Cortex-X1的繼承者Cortex-X2開始。

　　X1是Arm推出的新IP系列產(chǎn)品中的第一款產(chǎn)品，在這個(gè)系列面世后，Arm將其“大”核心產(chǎn)品分成了兩個(gè)不同的IP產(chǎn)品線，其中Cortex-A兄弟繼續(xù)了Arm最初的PPA設(shè)計(jì)理念，而X系列則被允許為了實(shí)現(xiàn)更高的性能點(diǎn)而不斷發(fā)展壯大。

　　Cortex-X2延續(xù)了這一理念，并進(jìn)一步擴(kuò)大了其與“Middle”同類產(chǎn)品Cortex-A710之間的性能和功耗差距。我還注意到，在Arm的整個(gè)演講中，都提到了將Cortex-X2用于大屏幕計(jì)算設(shè)備和筆記本電腦等外形尺寸中的情況，因此這很可能表明該公司的這一代產(chǎn)品，將被應(yīng)用在上述場景的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

　　從體系結(jié)構(gòu)的角度來看，X2與X1自然不同，這在很大程度上要?dú)w功于它對(duì)Armv9的支持以及該體系結(jié)構(gòu)的新基準(zhǔn)化所帶來的所有安全性和相關(guān)的ISA平臺(tái)改進(jìn)。

　　如簡介中所述，Cortex-X2還是僅64位內(nèi)核，即使在PL0用戶模式應(yīng)用程序中，也僅支持AArch64執(zhí)行。從微體系結(jié)構(gòu)的角度來看，這很有趣，因?yàn)檫@意味著Arm將能夠消除設(shè)計(jì)中的某些缺陷。但是，由于該設(shè)計(jì)是Austin處理器系列的延續(xù)，因此，我想知道我們是否會(huì)在未來的 “clean-sheet” 大內(nèi)核設(shè)計(jì)中看到這種棄用的更多好處，因?yàn)閺囊婚_始就設(shè)計(jì)了僅AArch64。實(shí)際上，這是Arm的其他CPU內(nèi)核中已經(jīng)發(fā)生的事情，因?yàn)樾碌男?nèi)核Cortex-A510設(shè)計(jì)為sans-AArch32。

　　在前端方面，Arm一直在嘗試改進(jìn)其認(rèn)為微體系結(jié)構(gòu)最重要的方面：分支預(yù)測。這包括繼續(xù)以與獲取階段分離的方式運(yùn)行（run the branch resolution in a decoupled way）分支分辨率（branch resolution），以使這些功能塊能夠在錯(cuò)誤預(yù)測的情況下領(lǐng)先于內(nèi)核的其余部分運(yùn)行，并最大程度地減少分支氣泡（ branch bubbles）。Arm通常不愿就其預(yù)測變量在這里進(jìn)行過多少改動(dòng)而談?wù)撎嗉?xì)節(jié)，但希望在新的X2和A710內(nèi)核的分支預(yù)測準(zhǔn)確性方面取得顯著改善，從而有效地降低了MPKI（Misses per kilo instructions）指標(biāo)，以應(yīng)對(duì)非常廣泛的工作負(fù)載。

　　由于Arm能夠?qū)ispatch stages從2個(gè)周期減少到1個(gè)周期，因此新的核心總體上將其pipeline長度從11個(gè)周期減少到10個(gè)周期。需要注意的是，我們必須將pipeline cycles與mispredict penalties分開來，在大多數(shù)情況下，后者在Cortex-A77設(shè)計(jì)中已減少到10個(gè)周期。移除pipeline stage通常是一個(gè)相當(dāng)大的變化，特別是考慮到Arm的目標(biāo)是保持內(nèi)核的頻率能力。這種設(shè)計(jì)變更確實(shí)招致了一些更復(fù)雜的工程，并且具有面積和功耗成本。但是盡管如此，正如Arm所解釋的那樣，削減pipeline stage仍然可以帶來更大的投資回報(bào)，從而帶來績效收益，因此非常值得。

　　內(nèi)核還增加了亂序功能，這一代產(chǎn)品還將ROB（reorder buffer）從224個(gè)條目增加了30％，增加到288個(gè)條目。有效數(shù)字實(shí)際上還要高一點(diǎn)，因?yàn)樵趬嚎s和指令捆綁的情況下，實(shí)際上存儲(chǔ)了超過288個(gè)條目。Arm說，這一代產(chǎn)品還促進(jìn)了更多的指令融合案例。

　　在核心的后端，F(xiàn)P / ASIMD  pipelines的一部分有了新的重大變化，這些 pipelines現(xiàn)在支持SVE2。在移動(dòng)市場，SVE向量長度將繼續(xù)為128b，本質(zhì)上，新的X2內(nèi)核具有與X1的4x FP / NEON流水線相似的吞吐量特性。之所以選擇128b向量而不是更高的向量是因?yàn)樵赽ig.LITTLE設(shè)計(jì)中需要具有統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)特征，因?yàn)槟荒茉谕籗oC中以無縫方式混合不同向量長度的微體系結(jié)構(gòu)。

　　在后端，Cortex-X2繼續(xù)致力于通過將load-store窗口和結(jié)構(gòu)大小增加33％來提高M(jìn)LP （memory level parallelism） ）。Arm在這里采用了幾種結(jié)構(gòu)，且通常不會(huì)詳細(xì)說明已擴(kuò)展了哪些隊(duì)列，但是一旦我們拿到了X2系統(tǒng)，就很可能能夠?qū)Υ诉M(jìn)行衡量。L1 dTLB已從40個(gè)條目（entries）增加到48個(gè)條目，并且與每一代一樣，Arm還改進(jìn)了其預(yù)取器（prefetchers），提高了準(zhǔn)確性和覆蓋范圍。

　　Prefetchers是今年早些時(shí)候在Cortex-X1和A78上使我們驚訝的一個(gè)設(shè)計(jì)，這是我們?cè)谛袠I(yè)中認(rèn)識(shí)到的同類產(chǎn)品中的第一個(gè)。這能夠鎖定到任意重復(fù)的內(nèi)存模式上，并識(shí)別內(nèi)存訪問中的新迭代，從而能夠智能地預(yù)取整個(gè)模式直至一定深度（我們估計(jì)為32-64MB的窗口）。Arm表示，現(xiàn)在覆蓋范圍以及準(zhǔn)確性都得到了進(jìn)一步的提高，盡管只有在接觸到芯片之后，我們才能再次看到這些細(xì)節(jié)。

　　就IPC的改進(jìn)而言，在SPECint2006中，ISO頻率在今年數(shù)字達(dá)到了+ 16％。該度量標(biāo)準(zhǔn)的問題（并且適用于今天所有Arm的數(shù)據(jù)）是Arm將8MB L3緩存設(shè)計(jì)與4MB L3設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較，因此我希望+ 16％的數(shù)字中的較大部分是由于較大緩存而不是核心IPC自身進(jìn)行改進(jìn)。

　　就他們而言，Arm重申他們希望明年的X2 SoC使用8MB L3設(shè)計(jì)，因此，這個(gè)+ 16％的數(shù)字是現(xiàn)實(shí)的，這是用戶在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中應(yīng)該看到的。但是話雖這么說，我們?nèi)ツ赀€是就Arm期望用于X1 SoC的8MB L3緩存進(jìn)行了相同的討論，而Exynos 2100和Snapdragon 888都沒有采用。因此我們還是看最終商用的旗艦SoC將采多大的高速緩存。

　　在性能和功耗曲線方面，新的X2內(nèi)核在這兩個(gè)指標(biāo)上都超越了X1。盡管峰值性能點(diǎn)的確增加了16％的性能，但這確實(shí)要付出更高的功耗。

　　通常，考慮到我們現(xiàn)在在市場上看到的有關(guān)處理供應(yīng)商的節(jié)點(diǎn)選擇的情況，這有點(diǎn)令人擔(dān)憂。我們已經(jīng)看到，高通公司和S.LSI在Snapdragon 888和Exynos 2100中使用的三星5LPE節(jié)點(diǎn)在性能和能效方面的交付不足，我通常認(rèn)為這兩個(gè)大核的功耗都較高限制散熱。我認(rèn)為高通公司在下一代產(chǎn)品中將繼續(xù)使用三星代工廠，因此，我對(duì)采用旗艦級(jí)SoC的任何節(jié)點(diǎn)（無論是5LPP還是4LPP）在功率改進(jìn)方面都持悲觀態(tài)度。明年我們可能看不到實(shí)際SoC的全部+ 16％改善，這很有可能是合理的。

　　Cortex-A710：性能更高，效率更高

　　正如前面介紹，Cortex-X2在提供全面性能的同時(shí)，要付出功耗和面積上的損失，但Arm的Cortex-A710設(shè)計(jì)卻采用了更有效的方法。

　　首先，就Arm未來的發(fā)展而言，現(xiàn)在新產(chǎn)品的命名是顯而易見了的，他們跳過了A79的名稱，只是簡單地從A710的新的三位數(shù)方案開始。這在公司宏偉計(jì)劃中逼哥不是很重要，但卻是有趣的營銷方式。

　　與X2一樣，Cortex-A710是Armv9內(nèi)核，具有新體系結(jié)構(gòu)版本附帶的所有新功能。與X2不同，A710還支持EL0 AArch32執(zhí)行，并且如介紹中所述，這主要是因應(yīng)中國市場客戶要求所做的的設(shè)計(jì)選擇。因?yàn)樵谥袊袌?，生態(tài)系統(tǒng)將所有應(yīng)用程序遷移到AArch64方面仍然略有滯后。

　　在前端增強(qiáng)方面，我們看到了與X2相同的分支預(yù)測改進(jìn)，具有更大的結(jié)構(gòu)和更好的準(zhǔn)確性。其他結(jié)構(gòu)（例如L1I TLB）也已從32個(gè)條目增加到48個(gè)條目。其他前端結(jié)構(gòu)（例如macro-OP cache ）在1.5K條目處保持不變（X2在3K條目處也保持不變）。

　　A710中核的一個(gè)非常有趣的選擇是Arm將macro-OP cache和dispatch stage的吞吐量從6-wide降低到5-wide。這主要是針對(duì)這一代產(chǎn)品的有針對(duì)性的功率和效率優(yōu)化，因?yàn)槲覀兛吹紺ortex-A和Cortex-X內(nèi)核之間在其專業(yè)性和性能和功耗的目標(biāo)用例方面存在更大的分歧。

　　Dispatch stage還具有與X2相同的優(yōu)化功能，從流水線中刪除了1個(gè)周期，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)10周期的pipeline設(shè)計(jì)。

　　Arm還專注于影響系統(tǒng)非核心部分的核心改進(jìn)，這要?dú)w功于預(yù)取器設(shè)計(jì)的新改進(jìn)以及它們?nèi)绾闻c新的DSU-110交互。內(nèi)核和DSU的新組合能夠減少從內(nèi)核到L3緩存的訪問時(shí)間，并且由于效率更高的預(yù)取器和更大的L3緩存而減少了昂貴的DRAM訪問。

　　在IPC方面，Arm宣傳了10％的提升，但是這里出現(xiàn)的數(shù)字又是我們將8MB L3緩存設(shè)計(jì)與4MB L3緩存設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較。雖然這可能會(huì)與明年的旗艦SoC進(jìn)行比較，因?yàn)镃ortex-A710還是可用于中端或低端SoC（可能使用較小的L3緩存）的內(nèi)核，但我們不太可能看到這樣的IPC提升，除非實(shí)際的SoC確實(shí)能夠改善其DSU尺寸。

　　比性能提高+ 10％更為重要的是，當(dāng)稍微降低頻率時(shí)，我們可以看到功耗降低幅度可能很大。據(jù)Arm稱，在性能相同的情況下，A710的功耗比Cortex-A78少30％。這將大大有助于Cortex-A710的時(shí)鐘頻率適中的“中間”核心實(shí)現(xiàn)的持續(xù)性能和電源效率。

　　總的來說，X2和A710的性能和功率指標(biāo)都相當(dāng)適中，使其成為我們?cè)贏rm幾年中看到的最小的一代又一代的數(shù)字。Arm解釋說，由于這一代隨著向Armv9的遷移而進(jìn)行了較大的體系結(jié)構(gòu)更改，因此對(duì)我們?cè)谇皫状锌吹降耐ǔ５男屎托阅芨倪M(jìn)產(chǎn)生了影響。

　　X2和A710都是該奧斯汀微體系結(jié)構(gòu)家族的第四代產(chǎn)品，因此我們正面臨著不斷減少的收益和成熟的設(shè)計(jì)壁壘。幾年前，我們給人的印象是，奧斯汀家族只能進(jìn)行三代的工作，然后再將其移交給Sophia團(tuán)隊(duì)的全新clean-sheet設(shè)計(jì)，但是原來的路線圖已經(jīng)改變，現(xiàn)在我們將期待明年的Sophia新核心在性能上能有更大的飛躍。

　　Cortex-A510：全新的小巧設(shè)計(jì)

　　接下來，我們將介紹Arm最新的小內(nèi)核，即全新的Cortex-A510。新設(shè)計(jì)是工程師在過去4年中一直在研究的Arm劍橋團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一種clean-sheet的微體系結(jié)構(gòu)，它在將小內(nèi)核內(nèi)置到SoC中時(shí)標(biāo)志著一種截然不同的方法。

　　首先，Arm明確指出了設(shè)計(jì)繼續(xù)使用有序執(zhí)行，并指出他們認(rèn)為這仍然是為此類工作負(fù)載設(shè)計(jì)內(nèi)核的最省電方式。當(dāng)將其置于蘋果自己亂序的效率核心的上下文中時(shí)，這仍然是一個(gè)相對(duì)有爭議的話題和討論點(diǎn)，我稍后將再次討論該話題。

　　其次，Cortex-A510引入了一種稱為“合并核心”（merged-core）的微體系結(jié)構(gòu)，這與AMD十年前在其Bulldozer內(nèi)核中對(duì)CMT所做的一些非常高的比較和相似之處，但是在某些重要方面卻有很大不同。細(xì)節(jié)和設(shè)計(jì)方面。

　　當(dāng)然，與X2和A710一樣，A510是Armv9設(shè)計(jì)，并且所有三個(gè)內(nèi)核彼此共享相同的架構(gòu)功能，從而可以將它們集成到同一SoC中。值得注意的是，與X2一樣，A510是僅64位的AArch64內(nèi)核。

　　Cortex-A510最有趣的方面是新的合并核心方法。Arm在這里所做的事情是創(chuàng)建一個(gè)新的“復(fù)雜”，最多兩個(gè)核心對(duì)，它們共享L2緩存系統(tǒng)以及它們之間的FP / NEON / SVE pileline。

　　乍一看，這聽起來與AMD使用Bulldozer和CMT（Clustered Multithreading）方法所做的極為相似，但是Arm的設(shè)計(jì)在實(shí)際內(nèi)核共享方面更加分散。AMD的CMT模塊主要由兩個(gè)整數(shù)后端和一個(gè)FP / SIMD后端之間的共享前端組成，而Arm的“合并核心”實(shí)際上是具有各自前端，中核，整數(shù)后端和L1緩存層次結(jié)構(gòu)?！昂诵摹敝g共享的唯一內(nèi)容是實(shí)際的FP / SIMD后端以及L2緩存層次結(jié)構(gòu)。

　　此外，雖然我們希望在移動(dòng)市場中，供應(yīng)商能夠在每個(gè)復(fù)雜方法中使用這兩個(gè)新的合并核心，但實(shí)際上有可能僅在每個(gè)復(fù)雜中僅使用一個(gè)核心。在這種情況下，獨(dú)立核心將本質(zhì)上具有其自己的專用（非共享）資源，但是與預(yù)期的合并核心方法相比，其區(qū)域效率顯著降低。

　　通常，考慮到采用SVE2以及新執(zhí)行后端所需的相對(duì)較大的占位面積，為這些微小的新內(nèi)核實(shí)際共享這些資源是很有意義的。它們的典型工作負(fù)載也大多僅為整數(shù)綁定后臺(tái)工作負(fù)載，這對(duì)此類單元造成的壓力較小。

　　從更高級(jí)別的SoC角度來看，內(nèi)核數(shù)量并沒有真正改變，細(xì)節(jié)是我們將看到兩對(duì)或小的內(nèi)核現(xiàn)在彼此之間共享更大的L2緩存。該L2最多可配置為512KB，但一如既往，我們?cè)诋a(chǎn)品中實(shí)際看到的內(nèi)容將很大程度上取決于供應(yīng)商要在其設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容。由于新的綜合系統(tǒng)也僅占用DSU上的單個(gè)接口，因此也為大于8個(gè)“核心”的設(shè)計(jì)提供了可能性，我希望這種情況不會(huì)發(fā)生，或者希望僅通過更多的中型或大型核心發(fā)生。

　　就新A510的前端而言，我們看到了一個(gè)128位的fetch pipeline ，這意味著它每個(gè)周期最多可以獲取4條指令，這給前端留出了一些余地來關(guān)閉分支氣泡。解碼器的實(shí)際寬度已從2寬增加到3寬。

　　在分支預(yù)測方面，一如既往Arm并未透露太多細(xì)節(jié)，但該公司確實(shí)指出，它在大型核上使用了相同的最新方法和技術(shù)。L1指令高速緩存可以是32KB或64KB。

　　就共享向量執(zhí)行后端而言，這實(shí)際上非常有趣，因?yàn)锳rm可以選擇使用較小的2x64位流水線或2x128b流水線配置復(fù)雜系統(tǒng)，后者的吞吐量將是Cortex-A55的2倍。我不太確定將與哪些移動(dòng)設(shè)備供應(yīng)商合作；我們始終希望有更大的配置，但一如既往，我們將不得不拭目以待，看看實(shí)際產(chǎn)品中將采用什么配置。在這兩種配置中，向量長度均為128b，因?yàn)檫@是大型核心微體系結(jié)構(gòu)互操作性的要求。

　　Arm指出，Shared pipelines對(duì)硬件是完全透明的，并且還使用了細(xì)粒度的硬件調(diào)度。在同時(shí)使用兩個(gè)內(nèi)核的實(shí)際多線程工作負(fù)載中，與為每個(gè)內(nèi)核專用的pipeline相比，性能影響和不足僅占百分之幾。這基本上是為什么Arm決定使用這種面積更有效的合并核心方法的基石論據(jù)。

　　盡管這是一個(gè)有序的體系結(jié)構(gòu)，但Arm仍然擴(kuò)展了Cortex-A510的后端，該后端現(xiàn)在包括3個(gè)ALU，一個(gè)復(fù)雜的MAC / DIV單元和一個(gè)分支轉(zhuǎn)發(fā)端口。這里的解釋很簡單，當(dāng)有適當(dāng)?shù)闹噶钚蛄幸獔?zhí)行時(shí)，就有更多的機(jī)會(huì)在更少的周期內(nèi)執(zhí)行更多種類的代碼塊。

　　最后，在負(fù)載存儲(chǔ)系統(tǒng)中，與Cortex-A55相比，新結(jié)構(gòu)得到了極大的改進(jìn)，因?yàn)槲覀兛吹搅藦呢?fù)載和存儲(chǔ)管道向負(fù)載和負(fù)載/存儲(chǔ)管道的轉(zhuǎn)變，這有效地使存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)增加了一倍。每個(gè)周期執(zhí)行的負(fù)載數(shù)。管道的寬度也增加了，從64b的寬度增加了一倍，達(dá)到128b的寬度，因此與Cortex-A55相比，負(fù)載帶寬實(shí)際上增加了三倍。

　　A510還采用了我們?cè)谄渌罱拇笮虯rm內(nèi)核中已經(jīng)看到的類似的非常先進(jìn)的預(yù)取器設(shè)計(jì)，并增加了該內(nèi)核能夠?qū)崿F(xiàn)的巨大性能改進(jìn)。

　　在性能指標(biāo)方面，就像在X2和A710演示幻燈片上一樣，A510的數(shù)字也不盡相同。據(jù)說兩個(gè)核心之間的頻率是相同的。在這種情況下，我們看到SPECint2006中的+ 35％和SPECfp2006中的+ 50％，這似乎是非?？煽康氖来倪M(jìn)，但是考慮到緩存層次結(jié)構(gòu)的差異以及我們將得分與4年以上進(jìn)行比較的事實(shí)從舊的核心來看，實(shí)際的改進(jìn)，尤其是從復(fù)合年均增長率（CAGR）來看，似乎并沒有那么令人印象深刻。

　　在發(fā)布CPU的同時(shí)，Arm還帶來了全新的CPU家族Mali-G710旗艦系列，G510中端系列和新型超區(qū)域高效Mali-G310的廣泛產(chǎn)品陣容。

　　在高端產(chǎn)品上，Mali-G710是Mali-G78的直接繼承者，在目標(biāo)上是相對(duì)簡單的世代改進(jìn)：Arm的架構(gòu)師可以在Mali GPU中實(shí)現(xiàn)最高性能。Mali-G610是一項(xiàng)品牌推廣活動(dòng)，旨在以更少的核心數(shù)量區(qū)分與G710相同的微體系結(jié)構(gòu)，目的是幫助合作伙伴更好地區(qū)分旗艦產(chǎn)品與“高端”產(chǎn)品。

　　Mali-G510是2019年Mali-G57的后繼產(chǎn)品，是Arm中檔產(chǎn)品組合的重大升級(jí)，帶來了極大的功耗性能提升，并在功率效率方面比以前的產(chǎn)品有所提高。

　　最后，新的Mali-G310是基于Valhall的新低端產(chǎn)品，代表了基于Bifrost的Mali-G31的多代架構(gòu)升級(jí)，并瞄準(zhǔn)了以低面積效率為重點(diǎn)的市場我們看到了數(shù)千億的低成本設(shè)備和其他嵌入式市場，例如智能電視。

　　Mali-G710：使每核性能提高一倍

　　作為Valhall GPU架構(gòu)的延續(xù)，新型G710執(zhí)行引擎的基礎(chǔ)特征與上一代Mali-G77和Mali-G78相似且大致相同。

　　我們?cè)赩alhall看到的更大變化包括從wavefront/warp 大小8到16的轉(zhuǎn)變，每個(gè)執(zhí)行引擎具有dual datapaths （clusters） ，從而在G77和G78中看到了32 FMA /核心設(shè)計(jì)。

　　據(jù)說ISA已經(jīng)有了Vulkan等新的現(xiàn)代API所設(shè)計(jì)的更大改進(jìn)，但始終很難量化此類更改對(duì)GPU的整體性能和效率的影響。

　　Mali-G710的新增功能是添加了第二個(gè)執(zhí)行引擎，有效地將Valhall架構(gòu)的每個(gè)著色器核心（shader core）的計(jì)算性能提高了一倍。從某種意義上說，Arm在這里重新采用了我們?cè)谏弦淮鶰ali體系結(jié)構(gòu)中所見過的一些擴(kuò)展手段，例如與Mali-G76每個(gè)著色器核心具有三個(gè)執(zhí)行引擎的情況相比。

　　在上面的幻燈片中，“ 8x”和“ 4x”指標(biāo)與每個(gè)內(nèi)核的每個(gè)周期的吞吐量有關(guān)，通過這些指標(biāo)我們可以看到，GPU的其他功能塊在吞吐量方面也提高了一倍，以保持執(zhí)行引擎的計(jì)算執(zhí)行吞吐量提高了一倍。

　　新的G710包括一個(gè)全新的紋理單元（texture unit ），現(xiàn)在每個(gè)時(shí)鐘可以處理多達(dá)8個(gè)雙線性紋理元素，Arm通常對(duì)新設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，以顯著提高面積效率，從而使新的TMU具有+ 50％的性能密度優(yōu)勢(shì)。

　　在執(zhí)行引擎中，Arm繼續(xù)使用兩個(gè)處理單元或處理元素集群，在這方面，我們看不出各代之間有太大差異，但是，如果我們更深入地研究實(shí)際的處理單元，則會(huì)對(duì)塊進(jìn)行更改：

　　在最簡單和基本的解釋中，我們看到的是從一個(gè)16寬（warp wide））處理元素和執(zhí)行單元的單個(gè)實(shí)例轉(zhuǎn)換為四個(gè)4寬執(zhí)行單元的實(shí)例。設(shè)計(jì)之間的吞吐量沒有改變，但是新的微體系結(jié)構(gòu)為處理元素提供了更多的專用資源，并允許更好的結(jié)構(gòu)以提高效率。

　　總的來說，新的執(zhí)行引擎設(shè)計(jì)使FMA每個(gè)內(nèi)核的每個(gè)時(shí)鐘頻率提高了一倍，這在某種程度上是顯而易見的，但是它還具有將執(zhí)行引擎在著色器內(nèi)核內(nèi)的能量分配降低20％的好處。

　　G710的另一個(gè)非常重要的亮點(diǎn)是用新的“Command Stream Frontend”代替了傳統(tǒng)的“Job Manager”，該“Command Stream Frontend”可以處理draw-calls的調(diào)度和處理。CSF引入了一個(gè)未公開性質(zhì)的新CPU，并且現(xiàn)在還將首次向Mali GPU引入固件層。

　　該設(shè)計(jì)的目標(biāo)是為更復(fù)雜的圖形工作負(fù)載實(shí)現(xiàn)更靈活和可擴(kuò)展的性能，同時(shí)通過為其提供非常輕量級(jí)的submission path來減少驅(qū)動(dòng)程序開銷，從而提高系統(tǒng)CPU的電源效率。它有助于簡化對(duì)API功能（例如狀態(tài)繼承和輔助緩沖區(qū)）的支持，以及處理對(duì)時(shí)間敏感的應(yīng)用程序（例如VR或time-warp應(yīng)用程序）。靠近硬件的距離以及由此帶來的等待時(shí)間的減少也極大地受益于同步事件。

　　固件與硬件緊密耦合，可以處理來自主機(jī)的請(qǐng)求或命令緩沖區(qū)完成通知，減少諸如受保護(hù)的入口退出之類的開銷，甚至還可以通過額外的功能來模擬硬件中尚不存在的API功能。指示。

　　新硬件從頭開始進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，以便能夠跟上最新內(nèi)容，并允許將job submission 吞吐量傳遞到其他GPU單元中。Arm在這里聲稱，新的CSF每秒最多可以進(jìn)行500萬次調(diào)用。

　　總體而言，新的G710微體系結(jié)構(gòu)看起來非常有趣，尤其是要解決與Arm的Mali GPU的API開銷相關(guān)的一些弱點(diǎn)。如何發(fā)揮作用還有待觀察，但從這一代人所宣稱的20％的性能和功率效率增益來看，這似乎是一個(gè)穩(wěn)固的進(jìn)步，盡管這些數(shù)字不足以改變移動(dòng)市場的競爭格局。

　　Mali-G610是與G710相同的微架構(gòu)，只是內(nèi)核配置低于7個(gè)內(nèi)核而使用了不同的名稱。

　　Mali-G510和G310：攻占低端

　　在中檔中，新的Mali-G510和Mali-G310是對(duì)市場上正在使用的前輩產(chǎn)品G57和G31的代升級(jí)。這些新設(shè)計(jì)代表了微體系結(jié)構(gòu)中的新重大突破，對(duì)于Arm的中端和低端產(chǎn)品而言，這是自然而然的大性能提升。

　　從很高的角度來看，G510可從2核擴(kuò)展到6核，但通過更改每個(gè)核之一的執(zhí)行單元中的簇?cái)?shù)，或更改使用的紋理單元的類型（4倍的吞吐量）來提供差異化單位或8x單位。

　　在執(zhí)行引擎方面，我們總是有兩個(gè)執(zhí)行引擎，但是可以將其中一個(gè)執(zhí)行引擎配置為僅包含一個(gè)集群，從而有效地將核心的計(jì)算部分從64 FMA /周期設(shè)計(jì)減少到48 FMA /周期設(shè)計(jì)。這種粒度的原因是此類GPU的普通客戶具有超優(yōu)化的用例，并將針對(duì)特定用例和標(biāo)準(zhǔn)配置其GPU實(shí)施，并且僅使用最小的最小配置來滿足這些需求。

　　Arm在這里重點(diǎn)介紹G510 IP的10種不同配置選項(xiàng)，它們均具有不同的計(jì)算或填充率優(yōu)化性能點(diǎn)。對(duì)于讀者來說，了解這種可配置性的需求可能有點(diǎn)不直觀，但是在實(shí)現(xiàn)方面，有些非移動(dòng)市場真正關(guān)心每平方毫米的幾分之一。

　　新的G310可進(jìn)一步擴(kuò)展到G510以下。與上一代最小的Mali IP產(chǎn)品G31相比，此GPU實(shí)際上是一項(xiàng)重大的性能飛躍，因?yàn)槲覀兛吹搅藦腂ifrost架構(gòu)到新的Valhall設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變。

　　在這里，我們看到采用了新的執(zhí)行引擎設(shè)計(jì)，但是允許將集群進(jìn)一步縮小到每個(gè)EE僅一個(gè)集群，并且還允許在最低配置下僅允許一個(gè)EE，從而允許擴(kuò)展16、32、48或64 FMA每個(gè)著色器核心。紋理單元還可以最小縮小到2個(gè)紋理像素/周期單元，并且看到一個(gè)變化的單元，與其較大的同級(jí)對(duì)象相比，該單元被縮小了。

　　G310僅是單個(gè)著色器核心設(shè)計(jì)，因此配置是通過更改該核心內(nèi)的不同執(zhí)行單元來唯一實(shí)現(xiàn)的。不幸的是，Arm似乎并未針對(duì)各種配置計(jì)劃任何公開的命名方案，因此，廠商將有責(zé)任進(jìn)行任何形式的披露。