İçerik

• Performans hedeflerine ulaşmak
• Cortex-A77, A76 mikro mimarisini temel alıyor
• Hepsini bir araya getirmek

Yeni Mali-G77 grafik işlemcisi ve Mali-D77 ekran işlemcisi ile birlikte Arm, en yeni yüksek performanslı CPU tasarımı Cortex-A77'yi açıkladı. Geçen yılki Cortex-A76'da olduğu gibi, Cortex-A77, Arm’ın imzası düşük güç tüketimi gerektiren birinci sınıf uygulamalar için tasarlanmıştır. Akıllı telefonlardan dizüstü bilgisayarlara kadar her şeyin ötesinde bir şey.

Cortex-A77 ile Arm, Cortex-A76 üzerinden yönetebileceği maksimum döngü / saat (IPC) performans artışı talimatını hedeflemiştir. Saat frekansları, güç tüketimi ve alan, aynı oyun parkında kabaca kalacak şekilde tasarlanmıştır, ancak yeni çekirdek, bir kerede daha fazla komut kullanarak çarpışabilir. Bunu yapmak için, Arm geçen yıla göre daha da geniş bir çekirdek tasarladı ve CPU çekirdeğini yapılacak işlerle beslemesini sağlamak için bazı iyileştirmeler yaptı. Ancak buna başlamadan önce üst düzey genel bakış ve performans numaralarına dalalım.

Performans hedeflerine ulaşmak

Ağustos 2018’de, Arm, karaktersiz bir şekilde 2020’ye kadar CPU yol haritasını paylaşmadı. 2016’daki Cortex-A73’ten 2020’ye “Hercules” tasarımına kadar şirket, bilgisayar performansında 2.5 kat artış vaat ediyor. Cortex-A76 ile temel mikro mimari kayması, daha yüksek modern saat hızları ve 16'dan 10'a ve şu an 7nm ile 5nm ile devam eden üretimde bu dev projeksiyonun adil bir kısmı gerçekleştirildi. Yol haritasının yaklaşık 1.8x'i geçen yıl itibariyle çoktan elde edildi ve Cortex-A77 yaklaşık yüzde 20 daha fazla IPC artışı sağlıyor. Sınırlı güç ve termal bütçeye sahip mobil cihazlar bu kazanımların tümünü görmeyi beklemiyor olsa da, bu bizi Arm’ın 2.5x hedefine doğru ilerletiyor.

Karşılaştırma için, geçen yılki Cortex-A76, Cortex-A75'te yaklaşık yüzde 30-35 artış sağlamıştır. Bu yıl A77 ile A76 arasında daha sessiz fakat yine de önemli bir yüzde 20 IPC kazancı arıyoruz. Bu iyi bir haber çünkü daha önce olduğu gibi benzer termal ve güç kısıtlamalarına bağlı kalırken daha fazla performans demektir. Değişim, A77'nin A76'dan yaklaşık yüzde 17 daha büyük olması nedeniyle silikon bölgesi için biraz daha fazlaya mal olacak. Masaüstü liderleriyle bir karşılaştırma yapmak istiyorsanız, AMD, Zen2 ve Zen + arasında yüzde 15'lik bir IPC artışı gerçekleştirirken, Intel’in IPC'si yıllarca neredeyse statik kaldı.Elbette burada farklı pazar segmentlerinden bahsediyoruz, ancak bu Arm’ın CPU tasarım ekibinin son nesillerde nasıl etkileyici kazanımlar yaptığını gösteriyor.

Yeni nesil Cortex-A77 tabanlı SoC'ler için% 20 performans artışı sunuluyor

Buradaki paket servis, A76'nın büyük performans kazanımlarıyla büyük bir mikro mimari kaymaya işaret ettiği ve A77 ile optimizasyon seviyesindeki iyileştirmelere geri döndüğümüzdür. Bunun dışında, Cortex-A77 Kolundaki yeniliklere dalalım.

Cortex-A77, A76 mikro mimarisini temel alıyor

Cortex-A77 ve A76 arasındaki farkı anlamanın anahtarı, “daha ​​geniş” bir çekirdek tasarımla ne kastedildiğini kavramaktır. Temel olarak, her bir saat döngüsü için çekirdeğin iş hacmini artıran daha fazla talimat uygulama yeteneğinden bahsediyoruz. Bu hakkı elde etmek için iki önemli parça vardır - işleme yapmak için yürütme birimlerinin sayısını artırmak ve bu birimlerin verilerle iyi beslenmesini sağlamak. İkinci bölümle başlayalım ve SoC'nin gönderme, önbellek ve dal belirleyici bölümlerine odaklanalım.

Cortex-A77, A76 ile dörtten dörde altı komuta kadar genişlik gönderiminde yüzde 50 artış görüyor. Bu, daha fazla performans potansiyeli için her bir saat döngüsü için yürütme çekirdeğine giden daha fazla talimat anlamına gelir. Sıra dışı yürütme penceresi de sonuç olarak daha büyüktür ve daha fazla paralellik ortaya çıkarmak için 160 girişe çıkar. Tanıdık bir 64K komut önbelleği vardır, şube belirleyicisinin adreslerini tutan Şube Hedef Tamponu (BTB), paralel talimatlardaki büyümeyi ele almak için öncekinden yüzde 33 daha büyüktür. Burada olağandışı bir şey değil, aslında geçen yılın tasarımının daha geniş bir versiyonudur.

Daha ilgi çekici ön uç ilavesi, kod çözme ünitesinden geri beslenen makro-Ops'ları (MOP'lar) depolayan yepyeni 1.5K MOP önbellektir. Arm’ın CPU mimarisi, bir kullanıcının uygulamasından gelen talimatları daha küçük makro işlemlere ve daha sonra yürütme çekirdeğinin anladığı mikro işlemlere dönüştürür. Bunu yukarıdaki kod çözme bölümündeki diyagramda görebilirsiniz. MOP önbelleği, kaçırılan dalların ve sifonların maliyet cezalarını azaltmak için kullanılır, çünkü onları yeniden çözmek yerine makro-op'ları tutar ve çekirdeğin genel verimini artırır. İ-cache yerine MOP'dan getirilen kod çözme aşamasını atlayarak bir döngüden tasarruf sağlar. Arm, MOP önbelleğinin bir dizi iş yükünde yüzde 85 veya daha fazla isabet oranına ulaşabileceğini belirtir ve standart i-cache'ye çok faydalı bir katkı sağlar.

CPU'nun yürütme çekirdeğine inerken, dördüncü bir ALU ve ikinci Şube ünitesinin eklendiğine dikkat edin. Bu dördüncü ALU, işlemcinin genel sayıdaki bant kırma bant genişliğini yüzde 50 artırır. Bu ek ALU, temel bir döngü talimatlarını (ADD ve SUB gibi) ve çarpım gibi iki döngü tamsayı işlemlerini yapabilir. Diğer ALU'lardan ikisi sadece temel tek-çevrim komutlarını yerine getirirken, son ünite bölme, çarpma-biriktirme, vb. Gibi daha ileri matematiksel işlemlerle yüklenir. Çekirdek tutabilir, bu altı gönderilen komuttan ikisinin dal atlama olduğu durumlarda kullanışlıdır. Bu biraz garip geliyor, ancak Arm'daki dahili testler bu ikinci ünitenin benimsenmesinin performans yararlarını ortaya çıkardı.

Cortex-A77 gelişmiş paralellik ve alım öncesi önbelleklere yeni bir bakış açısı sunuyor

CPU çekirdeğine yapılan diğer ayarlamalar, ikinci bir AES şifreleme boru hattının eklenmesini içerir. Veri deposu boru hatları şimdi bellek sorunu bant genişliğini iki katına çıkarmak için özel çıkış portlarına sahiptir. Bu limanlar daha önce ALU'larla paylaşılmıştı ve bu da bir tıkanıklığa neden olabiliyordu. Ayrıca, sistem DRAM'ine yönelik bant genişliğini artırırken güç verimliliğini artırmak için yeni nesil bir veri mükemmelleyicisi de bulunmaktadır.

Cortex-A77'deki bu sistemin bir kısmı ayrıca tamamen yeni bir “sistem tanıyan” ön tarama sistemine de sahip. Bu, son işlemci içerisindeki CPU çekirdek sayısı, önbellek kapasiteleri ve gecikmeler ile bellek alt sistem yapılandırmaları temel alınarak bellek performansını artırır. Paylaşılan L3 önbelleğinin kullanımını izleyen bir DynamIQ CPU kümesinin bir parçası olarak Dinamik Planlama Birimi (DSU) ile konuşmaya adanmış donanım. Çekirdek, L3 bant genişliğinin diğer CPU çekirdeği ile sınırlı olduğu durumlarda önbellek kullanımını azaltmak için Dinamik mesafe ve agresiflik seviyelerine sahiptir. Cortex-A77 gibi daha yüksek performanslı çekirdeklerin DSU'yu belleğe doyurma olasılığı daha yüksektir, A55 gibi düşük güç çekirdeği ise düşüktür.

Hepsini bir araya getirmek

Cortex-A77'de, selefine bazı önemli farklar katan birçok küçük değişiklik var. Özetle, A77'nin yeni MOP önbelleği daha geniş ve daha uzun bir talimat penceresiyle bir araya getirildiğinde, sığır eti ALU, Şube ve bellek birimlerinin yapılması gerekenler ile meşgul kalmasına yardımcı oluyor. Santral Cortex-A76 tasarımı, daha yüksek saat hızlarına güvenmeksizin, A77 ile verimini daha da artırmak için genişletildi.

Cortex-A77'ye yapılan en büyük performans tam sayı ve kayan nokta matematiği şeklinde geliyor. Bu, Arm'ın sırasıyla SPEC tamsayı ve kayan nokta karşılaştırmalarında yüzde 20 ila 35 performans artışı sergileyen iç kriterleri ile onaylandı. Bellek bant genişliği iyileştirmeleri, yüzde 15 ila 20 arasında bir yere oturur ve yine en büyük kazanımların sayı çarpma şeklinde geldiğine dikkat çeker. Genel olarak, bu gelişmeler A77'ye önceki nesle göre ortalama yüzde 20 artış sağlamıştır. Ayrıca, bu yıl sonunda veya 2020 yılının başlarında daha gelişmiş olan 7nm üretim süreçlerinin bir sonucu olarak daha fazla, marjinal kazançlar görebiliriz.

Akıllı telefonlar açısından, Cortex-A77 destekli SoC'ler, yüksek performanslı, amiral gemisi ürünler için tasarlanmıştır. Kol tamamen güç santral tasarımının 4 + 4 bit kullanmasını bekler. LITTLE çekirdek düzenlemeleri. Artan verim ve A77'nin alan boyutuna hafif bir darbe verildiğinde, SoC tasarımcılarının 1 + 3 + 4 veya 2 + 2 + 4 trendini sürdürdüğünü göreceğiz. Daha büyük önbelleklere ve daha yüksek saatlere sahip bir veya iki güçlü büyük çekirdeğe sahip, daha küçük önbellek boyutlarına ve daha düşük saatlere sahip 2 veya 3 A77 çekirdekli, güç ve alandan tasarruf etmek için. Sonuçta Cortex-A77, akıllı telefon çipleri ve her zaman bağlı Kol tabanlı dizüstü bilgisayarlar için büyüyen pazar için iyi şeyler söylüyor. Bu yılın ilerleyen saatlerinde silikon duyurularına dikkat edin.