去年5月，Arm發(fā)布了第一代基于64位ARMv9指令集的處理器IP：超大核心Cortex-X2、高性能大核心Cortex-A710，高能效小核心Cortex-A510。同時，Arm還發(fā)布了三款Mali GPU IP——Mali G710/G510/G310。

時隔1年之后，6月28日，Arm帶來了全新的Arm IP組合，其中包括第二代的ARMv9 CPU內(nèi)核Cortex-X3和Arm Cortex-A715，并對Cortex-A510和 DSU-110（DynamIQ 共享單元）進行了重要更新，提升了Cortex-A510的能效表現(xiàn)，同時DSU-110最高可支持12核心。

Arm表示，新的 Armv9 CPU 展示了其對釋放計算性能的承諾，旨在突破峰值性能的極限并提供卓越的持續(xù)性能和效率。

同時，新的Armv9 CPU和對Arm Cortex-A510與DSU-110的更新構(gòu)成了Arm新的全面計算解決方案 (TCS22)的基礎(chǔ)。

Arm全面計算戰(zhàn)略植根于開發(fā)者可及性、安全性和計算性能，旨在為所有消費級設(shè)備市場提供優(yōu)異的性能表現(xiàn)。通過優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計和實施，助力合作伙伴不斷突破極限。

與此同時，Arm還推出了全新的旗艦級GPU產(chǎn)品 Arm Immortalis。這是首款可在移動端支持基于硬件的光線追蹤的 GPU，可提供更為真實的沉浸式游戲體驗。

Cortex-X3：性能最高提升34%

作為Arm面向超高性能市場的第三代Cortex-X系列CPU IP，Cortex-X3同樣是一款面向旗艦級智能手機/平板或筆記本產(chǎn)品的CPU IP，相比上一代的Cortex-X2來說，Cortex-X3帶來了雙位數(shù)（相同工藝制程下大約提升了11%）的IPC性能提升。

具體來說，如果是應(yīng)用在旗艦級Android智能手機/平板電腦上，Cortex-X3相較最新旗艦設(shè)備將可帶來25%的性能提升；如果是應(yīng)用在Windows on Arm筆記本電腦設(shè)備上，Cortex-X3相較最新主流設(shè)備則可帶來34%的性能提升。

雖然，Arm并沒有介紹Cortex-X3的具體能耗表現(xiàn)，但是根據(jù)Arm提供的一張圖顯示，在SPECint_base2006測試下，在相同的性能水平，Cortex-X3的功耗通常要高于Cortex-X2。雖然在最高性能下，Cortex-X3的功耗更高，但是性能提升的幅度要比功耗提升的幅度更高。這也意味著Cortex-X3的能效表現(xiàn)比Cortex-X2更好。

根據(jù)Arm向媒體透露的數(shù)據(jù)顯示，Coretx-X3內(nèi)核（按照時鐘頻率相當于3.6GHz、擁有1MB L2 和 16MB L3緩存進行模擬）的峰值性能要比今年英特爾中高端 Core i7-1260P處理器的P核（性能內(nèi)核）高出34%。而這一數(shù)據(jù)是基于在SPECRate2017_int_base 單線程基準測試中得出的。不過，如果與蘋果的M系列的高性內(nèi)核似乎仍有差距。

相比前代產(chǎn)品來說，Cortex-X3內(nèi)核之所以能夠?qū)崿F(xiàn)在IPC性能上的大幅提升，主要得益于其核心前端的大量優(yōu)化工作，比如改進了分支預(yù)測準確性，并帶來了更低的延遲，這要歸功于用于間接分支（帶指針的分支）的新的專用結(jié)構(gòu)。同時，L1/L2分支目標緩沖區(qū) (BTB) 也顯著增加了50%，L0 BTB 容量更是達到了原來的10倍，并允許預(yù)測器提前獲取更多指令以利用更大的BTB。

此外，Cortex-X3還擁有一個比Cortex-X2要小50%（與 X1 相同的 1.5K 條目），但是卻更高效的微操作（解碼指令）緩存，這要歸功于減少抖動的改進填充算法。這種較小的 mop 緩存還允許 Arm 將總流水線深度從 10 個周期減少到 9 個周期，從而減少發(fā)生分支錯誤預(yù)測和刷新流水線時的懲罰。

不過，如果要與英特爾在筆記本電腦市場競爭，Arm芯片設(shè)計廠商需要集成更多的Cortex-X3內(nèi)核以及其他效率內(nèi)核進行組合。比如英特爾新的面向輕薄筆記本電腦的28瓦處理器，就擁有四個性能內(nèi)核和八個效率內(nèi)核。

對此，Arm也對于此前的推出的DynamIQ 共享單元DSU-110進行了升級，使得Arm芯片設(shè)計廠商能夠?qū)⒆疃?2個Cortex-X3內(nèi)核或其他內(nèi)核整合到一個處理器當中（此前最多只支持8個內(nèi)核），并支持高達 16MB 的 L3 緩存。同時具有最新的 ISA 功能。

Arm 產(chǎn)品管理高級總監(jiān) Saurabh Pradhan表示，“這些變化提高了我們合作伙伴的靈活性，并提供了資源來充分發(fā)揮Arm CPU 的潛力，從而改善用戶體驗。我們的合作伙伴現(xiàn)在可以針對具有新配置（例如 8 個 Cortex-X3 CPU 內(nèi)核和 4 個 Cortex-A715 CPU 內(nèi)核）的高端筆記本電腦設(shè)備，解鎖新一代消費設(shè)備。”

Cortex-A715：高性能與高能效的平衡

Cortex-A715是Arm在去年推出的高性能大核心Cortex-A710的繼任者，主要面向需要兼顧高性能和能效的移動設(shè)備。需要指出的是，Cortex-A715僅支持AArch64 64位指令而不再兼容32位，而此前的Cortex-A710則保留了對于32位的兼容。

具體性能及能效表現(xiàn)上，Arm表示，在相同主頻和相同制造工藝的情況下，Cortex-A715 的性能比 Cortex-A710 提高了5%。雖然這樣的性能提升幅度遠低于之前Cortex-A710相比Cortex-A78的性能提升的幅度（10%）高出 10%。值得可喜的是，Cortex-A715 的效能比Cortex-A710提升了20%，這意味著Cortex-A715在性能保持提升的同時，功耗能夠大幅降低，提升設(shè)備的續(xù)航時間。

Arm表示，Cortex-A715在能效上的大幅提升，將推動其成為 big.LITTLE CPU 集群當中的CPU內(nèi)核集群主力。

新版Cortex-A510：功耗進一步降低

除了新的CPU內(nèi)核之外，Arm還對去年的推出的Armv9 CPU內(nèi)核Cortex-A510進行了更新，這個小核CPU主要面向高能效、低功耗而設(shè)計。Arm在保持了2021版本Cortex-A510性能的基礎(chǔ)上，提升了能效表現(xiàn)，使得其功耗進一步降低了5%。

Arm表示，我們將小核CPU的終極效率推向了全新的高度，更低的功耗意味著終端設(shè)備可以獲得更長的電池續(xù)航時間。

第二代Armv9的安全演進

Arm通過第二代 Armv9 CPU，引入了全新的非對稱內(nèi)存標記擴展 (MTE) 和增強的特權(quán)訪問永不 (EPAN)，以改進訪問控制。

MTE 檢測可防止整個系統(tǒng)的內(nèi)存安全漏洞，為應(yīng)用程序開發(fā)人員提供上市時間優(yōu)勢。支持 MTE 的設(shè)備可以快速有效地識別代碼中的緩沖區(qū)溢出和堆損壞。

非對稱 MTE 在這些安全漏洞的速度、精度和目標之間提供了更高的靈活性。這有利于軟件開發(fā)與更穩(wěn)定的應(yīng)用程序，同時也使 MTE 能夠在整個生態(tài)系統(tǒng)中更廣泛地推出。

全新旗艦系列GPU：Immortalis-G715，支持光線追蹤

一直以來，Arm每年都會更新其Mali系列GPU，Mali系列GPU也是迄今為止全球出貨量最大的 GPU，目前已達到了80億個。但是今年，Arm意外的推出了名為“Immortalis”的全新旗艦系列GPU，旨在為旗艦級智能手機提供最高性能和最佳圖形性能，最卓越的游戲體驗。

作為“Immortalis”系列的首款產(chǎn)品——Immortalis-G715，相比前代的Mali-G715 GPU帶來了諸多的改進和新的功能。其中，包括用于顯著節(jié)能和進一步提升游戲性能的可變速率著色 (Variable Rate Shading) 圖形功能，以及改進的執(zhí)行引擎，并在硬件層面支持光線追蹤，支持超過10個內(nèi)核以上的組合。Mali-G715只支持7-9 個內(nèi)核，Mali-G615僅支持最多6個核心。

具體來說，所謂“可變速率著色”是一種新的圖形功能，它通過優(yōu)化渲染在圖形和視覺效果方面提供顯著的節(jié)能和性能提升。從本質(zhì)上講，它需要一個場景并將渲染集中在需要它的部分上，并以精細的像素粒度進行渲染。通常，這將是游戲動作發(fā)生的地方。需要較少焦點的區(qū)域（例如背景風(fēng)景）以更粗的像素粒度進行渲染。如下圖所示，游戲場景仍將保持其感知的視覺質(zhì)量，但會節(jié)省能源。在游戲內(nèi)容上啟用可變速率著色時，我們看到每秒幀數(shù) (FPS) 提高了 40%。 

在執(zhí)行引擎上，Arm重新設(shè)計了執(zhí)行引擎的關(guān)鍵元素，以提高計算能力和能源效率。與上一代 Mali GPU 相比，我們重新設(shè)計了Immortalis-G715的轉(zhuǎn)換塊以顯著減少面積。Arm還重新審視了在 Mali-G710 中重新調(diào)整的融合乘加 (FMA)，以進一步提高電源效率。此外，Arm將 FMA 模塊增加了一倍，以進一步提高功率，以提供更高級視覺效果所需的計算。最后，Arm還增加了對矩陣乘法指令的支持，這對于計算攝影和圖像增強等移動用例至關(guān)重要，以幫助實現(xiàn) 2 倍的架構(gòu) ML 改進。

通過所有這些變化，我們可以巧妙地提高功率，將 FMA 功率提高 2 倍，但面積僅增加 27%。從本質(zhì)上講，Arm將計算能力提高了一倍，而硅面積只是適度增加。

除了執(zhí)行引擎之外，Arm還在新 GPU 的其他領(lǐng)域進行了 PPA（性能、功耗和面積）改進。

命令流前端（去年隨 Mali-G710 推出的一項功能）已變得更快。這是通過添加基于硬件的跨流同步、添加更多本機命令和增加記分板數(shù)量來實現(xiàn)的。峰值三角形吞吐量增加了兩倍。Arm優(yōu)化了紋理映射器中的顯式 LOD（細節(jié)級別）查找以使吞吐量翻倍，并添加了坐標預(yù)處理器單元以提高立方體貼圖查找的效率。最后，Arm將 Arm 固定速率壓縮 (AFRC) 技術(shù)（在去年的主流 Arm Mali-G510 GPU 中首次引入）添加到我們的新 GPU 中以節(jié)省帶寬。

具體性能表現(xiàn)上，Immortalis-G715與上一代高級和次高級 Mali GPU 相比，僅微架構(gòu)的性能就提高了15%。此外，Immortalis-G715還將帶來2倍的機器學(xué)習(xí)性能的提升，15%的能效提升。

Arm表示，Immortalis-G715 GPU的能效提升是建立在Arm Mali-G710 GPU的高能效基礎(chǔ)之上的。根據(jù)Arm公布的數(shù)據(jù)顯示，Mali-G710在旗艦和高端Android智能手機上提供出色的 GPU 效率，在包括高級 AAA 游戲、基準測試和輕型工作負載在內(nèi)的各種內(nèi)容中，Mali-G710 在峰值和持續(xù)工作負載方面均以 FPS/W 的速度擊敗了競爭對手。

近年來，隨著手機游戲市場的持續(xù)增長，更復(fù)雜和身臨其境的 AAA 游戲體驗現(xiàn)在在移動設(shè)備上越來越常見。領(lǐng)先的 AAA PC 和主機游戲都有移動版本，包括 Genshin Impact、PUBG、Fortnite、使命召喚和王者榮耀等等。此外，新一代用戶越來越多地選擇移動設(shè)備作為他們首選的游戲平臺。這主要是由于移動設(shè)備上游戲的便利性和功能。

去年，Arm推出的Mali-G710 GPU已經(jīng)支持基于軟件實現(xiàn)的光線追蹤效果。聯(lián)發(fā)科也已經(jīng)在其旗艦產(chǎn)品天璣9000中利用了這一功能，通過移動端光線追蹤SDK，將光線追蹤技術(shù)引入到手機端，但是其是通過軟件的形式來實現(xiàn)的，不僅會帶來較大的功耗，同時所帶來的光線追蹤體驗提升也相對有限。

而此次Arm推出的Immortalis-G715 GPU則是直接在硬件層面加入了對于光線追蹤技術(shù)的支持，在大幅提升游戲體驗的同時，功耗也得到了進一步控制。

根據(jù)Arm公布的數(shù)據(jù)顯示，Immortalis-G715 上的光線追蹤僅使用了 4% 的著色器核心區(qū)域，同時通過硬件加速實現(xiàn)了 300%以上的性能提升。

Arm認為，光線追蹤代表了移動游戲內(nèi)容的范式轉(zhuǎn)變。因此決定在 Immortalis-G715 上引入基于硬件的光線追蹤支持，因為合作伙伴也已經(jīng)準備好，硬件已經(jīng)準備好，并且開發(fā)者生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)或即將準備就緒。

Arm稱，當Immortalis-G715 于 2023 年初出現(xiàn)在旗艦智能手機中時，這將是生態(tài)系統(tǒng)開始探索其游戲內(nèi)容的光線追蹤技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著未來幾年技術(shù)的不斷發(fā)展，這將有助于為在移動設(shè)備上運行的游戲全面過渡到光線追蹤做好準備。

Arm全面計算解決方案 (TCS22)

在推出以上CPU IP的基礎(chǔ)上，Arm宣布推出 2022 全面計算解決方案 (Total Compute Solutions 2022，TCS22)，即利用以上IP組合實現(xiàn)CPU內(nèi)核間以及與GPU之間的進一步的協(xié)同計算，可提供不同級別的性能、效率和可擴展性，以完善各類終端市場的用戶體驗。

作為 TCS22 的一部分，Cortex-X3、Cortex-A715、Cortex-A510 CPU內(nèi)核，以及Mali GPU、Immortalis GPU可以配對組合使用，以應(yīng)對不同的終端需求。

Arm計劃通過其TCS22計劃向客戶提供一系列“專用”芯片設(shè)計配置，將各種技術(shù)結(jié)合在一起，包括其不斷擴大的CPU和GPU 設(shè)計組合。

據(jù)了解，TCS22 的 Arm IP 組合可在一系列工作負載中實現(xiàn) 28% 的性能提升，并可降低 16% 的能耗。

Arm表示，其全面計算戰(zhàn)略植根于開發(fā)者可及性、安全性和計算性能，旨在為所有消費級設(shè)備市場提供優(yōu)異的性能表現(xiàn)。通過優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計和實施，助力合作伙伴不斷突破極限。

編輯：芯智訊-浪客劍