Arm发布全新CPU/GPU：X3超大核性能提升34%，新GPU可支持光线追踪

Arm发布全新CPU/GPU：X3超大核性能提升34%，新GPU可支持光线追踪

去年5月，Arm发布了第一代基于64位ARMv9指令集的处理器IP：超大核-X2、高性能大核-A710、高效小核-A510。 同时，Arm还发布了三款Mali GPU IP——Mali G710/G510/G310。

时隔一年，6 月 28 日，Arm 带来了全新的 Arm IP 组合，包括第二代 ARMv9 CPU 内核-X3 和 Arm-A715，以及-A510 和 DSU-110（共享单元）的重要更新。旨在提高-A510 的能效，DSU-110 最多可支持12 个内核。

Arm 表示，新的 Armv9 CPU 展示了其释放计算性能的承诺，旨在突破峰值性能的极限并提供卓越的持续性能和效率。

同时，新的 Armv9 CPU 以及对 Arm-A510 和 DSU-110 的更新构成了 Arm 新的整体计算解决方案 (TCS22) 的基础。

Arm 的综合计算战略植根于开发人员的可访问性、安全性和计算性能，旨在为所有消费设备市场提供卓越的性能。 通过优化的系统设计和实施，帮助合作伙伴不断突破极限。

同时，Arm还推出了全新旗舰GPU产品Arm。 这是首款在移动设备上支持基于硬件的光线追踪的 GPU，可提供更逼真的身临其境的游戏体验。

-X3：性能提升高达 34%

作为Arm面向超高性能市场的第三代-X系列CPU IP，-X3也是面向旗舰智能手机/平板或笔记本产品的CPU IP。 与上一代-X2相比，-X3带来了两位数（同制程约11%的提升）IPC性能提升。

具体来说，如果应用在旗舰智能手机/平板电脑上，-X3将带来25%的性能提升； 如果应用在基于Arm的笔记本设备上，-X3将带来34%的性能提升提升。

虽然Arm并未介绍-X3的具体能耗性能，但根据Arm提供的一张图表，在测试下，在相同性能水平下，-X3的功耗通常要高于-X2。 虽然-X3在最高性能下功耗更高，但性能提升要高于功耗提升。 这也意味着-X3的能效要优于-X2。

根据Arm向媒体透露的数据，-X3核心的峰值性能（按照相当于3.6GHz的时钟频率模拟，拥有1MB二级和16MB三级缓存）优于今年英特尔中端的P核心- 至高端的酷睿i7-1260P处理器（性能核心）高出34%。 而这个数据是基于e单线程基准测试的。 不过与苹果M系列的高性能核心似乎还是有差距。

与上一代产品相比，-X3核心之所以能够在IPC性能上取得大幅提升，主要得益于其核心前端的大量优化工作，比如提高分支预测的准确性，带来更低的 ，这要归功于用于间接分支（带指针的分支）的新专用结构。 同时，L1/L2 (BTB) 也大幅增加了 50%，L0 BTB 容量达到了原来的 10 倍，让预测器可以提前取更多的指令来利用较大的 BTB。

此外，-X3 比 -X2 小 50%（与 X1 相同的 1.5K 条目），但由于改进的填充算法减少了抖动，因此微操作（解码指令）缓存更高效。 这种更小的 mop 缓存还允许 Arm 将总流水线深度从 10 个周期减少到 9 个周期，从而减少分支预测错误和流水线刷新的惩罚。

然而，Arm 芯片设计人员如果要在笔记本市场上与英特尔竞争，就需要集成更多的 -X3 内核，并结合其他能效内核。 例如，英特尔用于轻薄型笔记本电脑的新型 28 瓦处理器具有四个性能内核和八个效率内核。

对此，Arm还对之前推出的共享单元DSU-110进行了升级，使Arm芯片设计人员能够将多达12-X3个内核或其他内核集成到一个处理器中（此前仅支持多达8个内核），并支持高达16MB三级缓存。 还具有最新的 ISA 功能。

“这些变化通过增加我们合作伙伴的灵活性并提供资源来实现 Arm CPU 的全部潜力来改善用户体验，”Arm 产品管理高级总监说。 我们的合作伙伴现在可以针对高端笔记本设备采用新配置的 CPU，例如 8-X3 CPU 内核和 4-A715 CPU 内核，解锁新一代消费设备。”

-A715：高性能与高能效的平衡

-A715是Arm去年推出的高性能大核A710的继任者，主要面向对性能和能效要求兼顾的移动设备。 需要指出的是-A715只支持64位指令，不再兼容32位最新手机gpu性能排行，而之前的-A710则保留了32位的兼容性。

在具体性能和能效方面，Arm表示在相同的主频和相同的制造工艺下，-A715的性能比-A710高出5%。 虽然这个性能提升比之前的-A710要低很多，但相比-A78的性能提升（10%）要高出10%。 好消息是-A715的性能比-A710提升了20%，这意味着-A715可以在保持提升性能的同时大幅降低功耗，提升设备的电池续航能力。

Arm表示，A715能效的显着提升，将推动其成为big CPU核心集群的主力军。 中央处理器集群。

新版-A510：功耗进一步降低

除了新的CPU核心，Arm还更新了去年推出的Armv9 CPU核心——A510。 这种小核CPU主要是为了高能效和低功耗而设计的。 Arm在保持2021版A510性能的基础上，提升了能效性能，功耗进一步降低了5%。

Arm表示，我们将小核CPU的极致效率推向了一个全新的高度，更低的功耗意味着终端设备可以获得更长的电池续航时间。

第二代Armv9的安全演进

在第二代 Armv9 CPU 中，Arm 引入了新的非对称内存标签扩展 (MTE) 和增强型特权访问永不 (EPAN) 以改进访问控制。

MTE 检测可防止系统范围的内存安全漏洞，为应用程序开发人员提供上市时间优势。 支持 MTE 的设备可以快速有效地识别代码中的缓冲区溢出和堆损坏。

非对称 MTE 在速度、精度和这些安全漏洞的目标之间提供了更大的灵活性。 这有助于软件开发和更稳定的应用程序，同时还可以在整个生态系统中更广泛地推出 MTE。

新旗舰系列GPU：-G715，支持光线追踪

长期以来，Arm 每年都会更新其 Mali 系列 GPU。 Mali系列GPU也是迄今为止全球最大的GPU，达到了80亿。 但在今年，Arm 却出人意料地推​​出了名为“GPU”的全新 GPU 旗舰系列，旨在为旗舰智能手机提供最高性能、最佳图形性能和最出色的游戏体验。

作为“”系列的首款产品——G715，与上一代Mali-G715 GPU相比，带来了诸多改进和新功能。 其中，包括可显着节能并进一步提升游戏性能的可变速率着色（Rate）图形功能，以及改进的执行引擎，并在硬件层面支持光线追踪，支持超过10个核心的组合。 Mali-G715只支持7-9核，Mali-G615最多只支持6核。

具体来说，所谓的“可变速率着色”是一种新的图形功能，可通过优化渲染在图形和视觉效果方面提供显着的节能和性能提升。 本质上，它获取一个场景并将渲染集中在需要它的部分，并以精细的像素粒度进行渲染。 通常，这将是游戏动作发生的地方。 需要较少焦点的区域（例如背景风景）以较粗的像素粒度呈现。 如下图所示，游戏场景仍将保持其感知的视觉质量，但会节省能量。 当对游戏内容启用可变速率着色时，我们发现每秒帧数 (FPS) 增加了 40%。

在执行引擎上，Arm重新设计了执行引擎的关键要素，以提高计算能力和能效。 与上一代Mali GPU相比，我们重新设计了-G715的转换块，大幅减少了面积。 Arm 还重新审视了 Mali-G710 中重新调整的融合乘加 (FMA)，以进一步提高能效。 此外，Arm 将 FMA 模块的数量增加了一倍，以进一步增强提供更高级视觉效果所需计算的能力。 最后，Arm 还增加了对矩阵乘法指令的支持，这对于计算摄影和图像增强等移动用例至关重要，有助于实现 2 倍的架构 ML 改进。

通过所有这些变化，我们可以巧妙地增加功率，将 FMA 功率增加 2 倍，但面积仅增加 27%。 从本质上讲，Arm 仅通过适度增加硅面积就将计算能力提高了一倍。

除了执行引擎，Arm还在新GPU的其他方面进行了PPA（性能、功耗和面积）改进。

命令流前端（去年 Mali-G710 引入的一项功能）速度更快。 这是通过在流中添加基于硬件的同步、添加更多本机命令以及增加记分板的数量来实现的。 峰值三角吞吐量增加了两倍。 Arm 优化了纹理映射器中的显式 LOD（细节层次）查找，使吞吐量翻倍，并添加了一个坐标预处理器单元最新手机gpu性能排行，以提高立方体贴图查找的效率。 最后，Arm 在我们的新 GPU 中添加了 Arm 固定速率压缩 (AFRC) 技术（在去年的主流 Arm Mali-G510 GPU 中首次引入）以节省带宽。

具体性能方面，与上一代进阶和亚进阶Mali GPU相比，单是微架构的性能就提升了15%。 此外，-G715还将带来2倍的机器学习性能提升和15%的能效提升。

Arm表示，-G715 GPU能效的提升是基于Arm Mali-G710 GPU的高能效。 根据 Arm 发布的数据，Mali-G710 在旗舰和高端智能手机上提供了出色的 GPU 效率。 在包括高级 AAA 游戏、基准测试和轻型工作负载在内的各种内容中，Mali-G710 在峰值和持续的所有工作负载中击败了 FPS/W 的竞争对手。

近年来，随着移动游戏市场的持续增长，更加复杂和身临其境的 AAA 游戏体验现在在移动设备上越来越普遍。 领先的 AAA PC 和主机游戏都有移动版本，包括 PUBG、使命召唤、王者荣耀等。 此外，新一代用户越来越多地选择移动设备作为他们首选的游戏平台。 这主要是由于移动设备上游戏的便利性和功能性。

去年，Arm 推出的 Mali-G710 GPU 已经支持基于软件的光线追踪效果。 联发科也在其旗舰产品天玑9000中使用了这一功能，通过手机光线追踪SDK将光线追踪技术引入到手机中，但是以软件的形式实现的，这不仅会带来更大的同时，光线追踪体验的提升相对有限。

Arm这次推出的-G715 GPU直接在硬件层面加入了对光线追踪技术的支持。 在大幅提升游戏体验的同时，功耗也得到了进一步的控制。

根据Arm公布的数据，-G715上的光线追踪仅使用了4%的着色器核心面积，同时通过硬件加速实现了300%以上的性能提升。

Arm 认为，光线追踪代表了移动游戏内容的范式转变。 所以决定在-G715上引入基于硬件的光线追踪支持，因为合作伙伴已经准备好了，硬件已经准备好了，开发者生态系统已经或者即将准备就绪。

Arm 声称，当 -G715 于 2023 年初出现在旗舰智能手机中时，它将成为生态系统开始探索其游戏内容光线追踪的基础。 随着技术在未来几年的不断发展，这将有助于为在移动设备上运行的游戏全面过渡到光线追踪做好准备。

Arm 整体计算解决方案 (TCS22)

基于上述CPU IP的推出，Arm宣布推出2022 Total （Total 2022，TCS22），利用上述IP组合进一步实现CPU核与GPU的协同计算，可以提供不同层次的计算能力。性能、效率和可扩展性，以改善各种终端市场的用户体验。

作为TCS22、-X3、-A715、-A510 CPU核心和Mali GPU的一部分，GPU可以配对组合，满足不同的终端需求。

Arm 计划通过其 TCS22 计划为客户提供一系列“特殊用途”芯片设计配置，汇集各种技术，包括其不断扩展的 CPU 和 GPU 设计组合。

据了解，TCS22的Arm IP组合可在一系列工作负载下实现28%的性能提升，并降低16%的能耗。

Arm 表示，其全面的计算战略植根于开发人员的可访问性、安全性和计算性能，旨在为所有消费设备市场提供卓越的性能。 通过优化的系统设计和实施，帮助合作伙伴不断突破极限。