Sisu
Koos uue Mali-G77 graafikaprotsessori ja Mali-D77 ekraaniprotsessoriga on Arm avalikustanud oma uusima suure jõudlusega protsessori kujunduse - Cortex-A77. Nagu eelmise aasta Cortex-A76 puhul, on ka Cortex-A77 mõeldud esmaklassilisteks rakendusteks, mis nõuavad Armeni allkirja madala energiatarbimisega. Kõik alates nutitelefonidest kuni sülearvutiteni ja üsna tõenäoliselt ka kaugemale.
Cortex-A77 abil on Arm sihitud maksimaalsele juhisele tsükli / kella (IPC) jõudluse suurendamiseks, mida see suudab hallata Cortex-A76 kaudu. Kellasagedused, energiatarve ja pindala on konstrueeritud nii, et nad püsivad enam-vähem samas palliplatsis, kuid uus südamik võib korraga rohkemate käskude kaudu läbi krõbistada. Selleks on Arm kavandanud veelgi laiema tuuma kui eelmisel aastal ja teinud mitmeid täiustusi, et hoida protsessori tuuma vajalike asjadega toidus. Kuid enne kui selleni jõuame, sukeldugem kõrgetasemelise ülevaate ja toimivusnumbriteni.
Tulemuslikkuse eesmärkide saavutamine
Tagasi 2018. aasta augustis jagas Arm ebatavaliselt protsessoriprotseduuride tegevuskava aastani 2020. Alates 2016. aasta Cortex-A73-st kuni 2020. aasta Hercules'i disainini lubab ettevõte arvutuste jõudluse 2,5-kordset kasvu. Selle tohutu väljaulatuva osa õiglane tükk saavutati tänu suurele mikroarhitektuuri nihutamisele Cortex-A76-ga, suurema kaasaegse kellakiirusega ja käigult 16-lt 10-le ja nüüd 7-nnisele tootmisele 5nm-ga. Umbes 1,8x teekaardi kasumist saavutati juba eelmisel aastal ning Cortex-A77 annab STK-le umbes 20 protsenti uue tõuke. See aitab meil armee 2,5-kordse eesmärgi saavutamiseni jõuda, ehkki piiratud võimsuse ja soojuseelarvega mobiilseadmed ei oota kõiki neid eeliseid.
Võrdluseks - eelmise aasta Cortex-A76 andis Cortex-A75-ga võrreldes umbes 30–35-protsendilise tõuke. Sel aastal vaatleme summutatud, kuid siiski märkimisväärset 20-protsendilist IPC-i juurdekasvu A77 ja A76 vahel. See on hea uudis, kuna see tähendab suuremat jõudlust, järgides samasuguseid soojus- ja energiapiiranguid nagu varem. Kompromissiks on see, et A77 on umbes 17 protsenti suurem kui A76, nii et see maksab räni pindala osas natuke rohkem. Kui soovite võrrelda lauaarvutiliidritega, siis AMD haldas Zen2 ja Zen + vahelist 15-protsendilist IPC-lisendumist, samal ajal kui Inteli IPC on aastaid püsinud staatiline.Muidugi räägime siin erinevatest turusegmentidest, kuid see näitab, kuidas Armi CPU disainimeeskond on viimastel põlvkondadel muljetavaldavat kasu saavutanud.
Järgmise põlvkonna Cortex-A77 põhinevate soC-de jaoks on saadaval 20% -line jõudluse suurendamine
Siinkohal on tegemist sellega, et A76 tähistas olulist mikroarhitektuurilist nihet, millel oli tohutu jõudluse kasv, samal ajal kui oleme A77-ga tagasi optimeerimistaseme parandamisel. Kui see pole võimalik, siis mõelgem sellele, mis on Arm Cortex-A77 uues versioonis.
Cortex-A77 põhineb A76 mikroarhitektuuril
Cortex-A77 ja A76 erinevuste mõistmise võti on aru saada, mida tähendab “laiem” tuumikujundus. Põhimõtteliselt räägime võimalusest täita iga taktsükli jaoks rohkem juhiseid, mis suurendab südamiku läbilaskevõimet. Selle õiguse saamiseks on kaks olulist osa - töötlemiseks mõeldud täitmisüksuste arvu suurendamine ja nende üksuste andmetega varustamise tagamine. Alustame viimase osaga ja keskendume SoC dispetšeri, vahemälu ja haru ennustaja osadele.
Cortex-A77 näeb saatmislaiuse suurendamist 50 protsenti, A76-ga neljast kuni kuus juhist tsükli kohta. See tähendab, et suurema jõudluspotentsiaali saavutamiseks on iga taktsükli jaoks rohkem juhiseid täitmissüdamikku. Selle tulemusel on ka tellimustevälise täitmise aken suurem, suurendades 160 sisestust, et paljastada rohkem paralleelsust. Seal on tuttav 64K juhiste vahemälu, samas kui hargnemise sihtpuhver (BTB), millel on haru ennustaja aadressid, on varasemast 33 protsenti suurem, et paralleelsete juhistega kasvu käsitleda. Pole siin midagi ebatavalist, see on sisuliselt eelmise aasta kujunduse laiem versioon.
Intrigeerivam esiotsa lisand on täiesti uus 1,5K MOP-vahemälu, kuhu salvestatakse makro-Ops (MOP), mis tagastatakse dekodeerimisüksusest. Armeri CPU arhitektuur dekodeerib kasutaja rakenduse juhised väiksemateks makrooperatsioonideks ja seejärel veelgi väiksemateks opsideks, millest täitmissüdamik aru saab. Seda näete ülaltoodud diagrammil dekodeerimise osas. MOP-vahemälu kasutatakse vastamata oksade ja uhtude kulukokkuvõtete vähendamiseks, kuna hoiate makroopse alles, mitte ei dekodeeri neid uuesti, ja see suurendab südamiku üldist läbilaskevõimet. Toodetakse MOP-ist, mitte i-vahemälust, dekodeerimise etapist mööda, salvestades ühe tsükli. Arm väidab, et MOP-vahemälu võib kogu töökoormuse vahemikus tabada 85 protsenti või rohkem, muutes selle tavalisele i-vahemälule väga kasulikuks lisandiks.
Liikudes CPU täitmise põhiosa juurde, pange tähele neljanda ALU ja teise haruüksuse lisamist. See neljas ALU suurendab protsessori üldnumbrit, purustades ribalaiust 50 protsenti. See täiendav ALU on võimeline andma põhilisi ühetsüklilisi käske (nagu ADD ja SUB) pluss kahetsüklilised täisarvud, näiteks korrutamine. Kaks muud ALU-d saavad hakkama ainult põhiliste ühetsükliliste juhistega, samal ajal kui lõpliku üksuse ülesandeks on keerukamad matemaatikatoimingud, nagu jagamine, korrutamine-akumulatsioon jne. Teostamissüdamikus olev teine haruüksus kahekordistab samaaegsete hargnemiste arvu. südamik saab hakkama, mis on kasulik juhtudel, kui kuuest lähetatud juhisest kaks on hargnenud hüpped. See kõlab pisut kummaliselt, kuid Armi sisemine testimine näitas selle teise üksuse kasutuselevõtu eeliseid.
Cortex-A77 pakub täiustatud paralleelsust ja uue eelvaliku vahemälukasutust
Muud protsessori südamiku kohandused hõlmavad teise AES krüptimistorustiku lisamist. Andmesalvestusjuhtmetes on nüüd spetsiaalsed väljastuspordid, et kahekordistada mälu väljalaske ribalaiust. Neid sadamaid oli varem jagatud ALU-dega, mis võivad mõnikord saada kitsaskohaks. Samuti on olemas järgmise põlvkonna andmete täiustaja, mis parandab energiatõhusust, suurendades samal ajal süsteemi DRAM ribalaiust.
Cortex-A77 selle süsteemi osal on ka täiesti uus eelteadmiste süsteem, mis on süsteemiga kursis. See parandab mälu jõudlust, mis põhineb paljudel protsessori tuumade loenditel, vahemälu mahtudel ja latentsusel ning mäluseadmete alamsüsteemi konfiguratsioonidel lõppseadmete sees. Spetsiaalne riistvara, mis vestleb dünaamilise ajastamise üksusega (DSU) osana DynamIQ CPU klastrist, mis jälgib jagatud L3 vahemälu kasutamist. Tuum sisaldab dünaamilist kaugust ja agressiivsuse taset, et vähendada vahemälu kasutamist olukordades, kus L3 ribalaius on piiratud teiste protsessori tuumadega. Suurema jõudlusega tuumad, näiteks Cortex-A77, küllastavad DSU-mälu juurdepääsu suurema tõenäosusega, samas kui madalama võimsusega tuumad nagu A55 tõenäoliselt seda ei saa.
See sobib kokku
Cortex-A77-s on palju väikeseid muudatusi, mis muudavad eelkäijaga võrreldes mõned olulised erinevused. Lühidalt - A77s uus MOP-vahemälu koos laiema ja pikema juhendamisaknaga aitab hoida ajakohastatud ALU, haru ja mäluüksused hõivatud tegemistega. Powerhouse Cortex-A76 disainilahendust on laiendatud, et veelgi parandada selle läbilaskevõimet A77-ga, ilma et peaksite lootma suurematele kiirustele.
Suurim jõudlus Cortex-A77 jaoks on täisarv ja ujukomatemaatika. Seda kinnitavad Armi sisemised võrdlusnäitajad, mis näitavad vastavalt 20–35-protsendilist jõudluse tõusu vastavalt täisarvudes SPEC ja täispuhkuses. Mälu ribalaiuse täiustused jäävad vahemikku 15–20 protsenti, rõhutades taas, et suurim kasu on arvude krigistamise näol. Need täiendused annavad A77-le eelmise põlvkonnaga võrreldes keskmiselt 20 protsenti tõusu. Võimalik, et tänavu hiljem või 2020. aasta alguses on 7nm arenenumate tootmisprotsesside tulemusel näha veel mõnda muud, marginaalset kasu.
Nutitelefonide osas on Cortex-A77 toitega SoC-seadmed mõeldud suure jõudlusega lipulaevadele. Arm loodab täielikult näha, et elektrijaamade konstruktsioonis kasutatakse 4 + 4 bitti. Arvestades A77 suurenenud läbilaskevõimet ja kerget põrutust pindala suuruseni, näeme tõenäoliselt, et SoC disainerid jätkavad 1 + 3 + 4 või 2 + 2 + 4 suundumuse langust. Ühe või kahe võimsa suure südamikuga, suurema vahemälu ja kõrgema kellaga, mida toetavad 2 või 3 A77 südamikku väiksema vahemälu suurusega ja madalamate kelladega, et energiat ja pinda kokku hoida. Lõppkokkuvõttes annab Cortex-A77 nutitelefoni kiipide jaoks häid asju ja alati ühenduses olevate Arm-põhiste sülearvutite kasvava turu. Hoidke silikooniteateid sellel aastal hiljem silma peal.
