Arm推出新一代高性能CPU内核Cortex-X4以及GPUImmortalis-720GPU

原创芯片之家 2023-05-30 12:16

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每年差不多这个时候，智能手机芯片背后的大脑 Arm 都会推出高通、联发科等公司用于下一代SoC的构建模块。在 2023 年 Arm 技术日期间，Arm 推出了一系列涵盖高性能和低功耗用例的新 CPU 内核，以及其第五代 GPU，并提供光线追踪图形支持。下面我们一起看下这些最新的尖端科技。

再见了，32位！

最新的 Arm 处理器都是 64 位的，包括小内核。而且不会对这些核心中的任何一个进行 32 位修订。最新的 Arm 内核全部构建在最新的ARMv9.2 架构上，因此使用它们的任何芯片都不能混入旧架构或支持 32 位的内核。这意味着未来所有高端智能手机芯片组和其他领域的 Arm SoC，如笔记本电脑，都将仅支持 64 位。

三大新CPU内核

过去四年见证了 Arm 对最佳 CPU 性能和效率的不懈追求。它始于 Arm Cortex-X1，这是第一款高性能 Cortex-X CPU。从那时起，使用基于 Armv9 架构的 Arm Cortex-X2 和 Cortex-X3 CPU 成功实现了两位数的 IPC 性能提升。这创造了性能优先的设计，提供了针对不同市场需求的定制能力，并扩展了 Arm 生态系统的能力。

除了第二代和第三代 Cortex-X CPU，Arm还推出了两代 Armv9 CPU 集群。它们将高性能 Cortex-X CPU 内核与 Cortex-A700 CPU 系列和高效 Cortex-A500 CPU 系列的高效优质性能相结合。这些集群提供了行业领先的灵活性，具有最高水平的性能和效率。不同的集群已经丰富了 Arm 生态系统，使新技术和体验正在改变我们的数字生活。

Arm最新推出了 Cortex-X CPU，Arm Cortex-X4，以及将 Cortex-X4 与新的 Cortex-A720 和新的 A520 CPU 相结合的全新 CPU 集群。不仅通过 Cortex-X4 提供性能最高的 Arm Cortex CPU，而且还引入了有史以来最强大的 Cortex CPU 计算集群。集群的骨干是全新的 DynamIQ 共享单元 DSU-120，它建立在 DSU-110 的基础上，增强了可扩展性和 PPA，以及全新的功能。这些新 IP 和集群的基础是最新的 Armv9.2 架构，延续了Arm在 CPU 架构方面的领先地位。

全新的3.4GHz Cortex-X4 的性能比上一代中的典型 3.25GHz X3 平均高出 15%。在与 Cortex-X3 相同的性能下，功耗降低了 40%。然而，将性能远远超过 X3 最终会增加功耗，使其高于上一代机型。

即便如此，对于那些在全力运行这些大内核时关心热性能和电池寿命的人来说，这仍然是个好消息。这一巨大改进也为在 CPU 集群中包含两个或更多强大的 Cortex-X4 内核打开了大门，同时不会对电池寿命和发热产生巨大影响。

更小的内核让您的手机运行更长时间

与X4相比，Cortex-A720更多的是优化而不是翻新。该 CPU 内核的能效比去年的 Cortex-A715 内核高 20%，或者，该芯片可以在相同的功耗下提供 4% 以上的性能。

更高效的 CPU 内核将有利于延长电池寿命。

还有一个新的节能CPU内核，即 Cortex-A520。同样，与去年的 A510 设计相比，效率提高了 22%，并且随着制造节点越来越小，效率可能会更高，明年我们的智能手机电池的续航时间应该会更长。

有趣的是，Arm 今年去掉了一个数字运算单元 (ALU)，这是内核大部分节能的来源。它的工程师从新的数据预取和高速缓存改进中收回了额外的性能，使该芯片在功率相同的情况下提供比去年型号高出 8% 的平均性能。与去年的 32 位版本不同，A520 是一款仅支持 64 位的小型 CPU。

典型的 TCS23 移动 SoC 将具有一个 Cortex-A4 高级内核、几个 Cortex-A720 高性能内核和几个由新的 DynamIQ 共享单元 DSU-120 管理的 Cortex-A520 效率内核，能够处理多达 14个内核单个集群、Arm Immoralis-G720 GPU、CoreLink CI-700/NI-700 互连和其他外围设备 IP。笔记本电脑 SoC 应该混合使用 Cortex-X4 和 Cortex-A720 内核，而没有 Cortex-A520 内核。

下一代 Immortalis 图形

如果没有新的图形组件，就不会是 Arm 的发布；Arm 拥有三个新产品，涵盖中高端市场。这三款产品均基于 Arm 的第 5 代 GPU 架构构建，与上一代产品相比，性能提高了 14%，内存带宽提高了 40%。与去年相比，每个核心的面积仅增加 2%。

Arm Immortalis G720 是旗舰产品，核心数量从 10 扩展到 16，并具有强制性的光线追踪功能。常规的 Mali-G720 可以构建 6 到 9 个内核。它还可以包括光线追踪，但 Arm 不推荐这样做，因为较低的核心数量不一定会产生出色的光线追踪体验。Arm 在每个着色器内核中都包含一个光线追踪单元，因此性能会随着内核数量的增加而增加。Mali-G620 是一个更实惠的选择，具有五个或更少的内核。尽管如此，此配置适合与 Mali-G510 相同的区域，但提供了更多的性能和功能。光线追踪现在是 Arm 移动图形路线图的主要内容。

新的 Immortalis-G720 GPU 与 Mali-G720 和 Mali-G620 一起使用了新的第 5 代架构，目标是增加场景复杂性、更好的图形和内存系统电源管理的要求，而上一代 Immortalis-G715， Mali-G715/G615 基于 Valhall 架构。

场景复杂性是通过引入延迟顶点着色 (DVS) 管道来管理的，该管道可以更好地扩展到更大的核心数量，并且在运行游戏时显示出优势，Genshin Impact 上使用的带宽减少了 33%，Fortnite 和 41 上使用的带宽减少了 26% Elven Ruins 使用的带宽减少百分比。

下一代智能手机和基于 Arm 的 PC 将得到更大的性能提升。我们预计将在 2023 年底左右推出采用 Arm 最新 CPU 和 GPU 核心设计的智能手机。

Arm 表示 Cortex-X4 已采用台积电 N3E 工艺，因此我预计联发科或其他硅供应商的商用 Arm Cortex-X4 SoC 也将基于该工艺。预计新的 TCS23 SoC 将在今年年底的某个时候发布，然后根据 Dimensity 9200 时间表在 2024 年上市。然而，将新的 Armv9.2 Cortex-A720 和 Cortex-A520 CPU 内核集成到中端和入门级 SoC 中还需要很多年，我们只希望在 2030 年之前……

展望未来，Arm 还分享了一份路线图，显示 TCS24 将基于“Blackhawk”高级核心、“Chaberton”高性能核心、“Hayes”高效核心和“Krake”GPU，但没有提供详细信息预期的性能和效率。