Arm нацеливается на вотчину Intel

Новые центральные процессоры Cortex и графические процессоры Mali могут найти применение в ноутбуках Windows и флагманских телефонах Android.

Компания Arm представила первые подробности центральных процессоров Cortex-X2 и графических процессоров Mali-G710, которые будут устанавливаться в смартфоны и ПК на платформе Arm в 2022 году. На рынке персональных компьютеров Arm намерена активно теснить Intel.

Утверждается, что производительность нового флагманского ядра Cortex-X2 в однопоточном режиме будет на 40% выше, чем у процессора Intel Core i5-1135G7 11-го поколения с TDP 15 Вт. Другими словами, эти ядра должны быть по крайней мере такими же быстрыми, как ядра популярного в 2020 году процессора Tiger Lake. Кроме того, компания Arm представила новое «большое» ядро Cortex-A710 и «маленькое» ядро с пониженным энергопотреблением Cortex-A510. В чип будет интегрирован также один из трех новых графических процессоров Mali: Mali-G710, Mali-G510 или Mali-G310.

Технология объединения всех трех ядер Cortex и графического процессора Mali, которую в Arm называют Total Compute, относится к представленной в марте архитектуре Arm v9. (Новое ядро Cortex-A710 будет использоваться в анонсированной компанией платформе Matterhorn.)

В Arm говорят о возможности лицензирования указанных чипов к концу текущего года. В этом случае ПК и телефоны на их основе появятся, по-видимому, уже в 2022 году. «Мы предоставляем вам возможность делать то, что вы хотите и когда хотите без каких-либо компромиссов в части производительности, продолжительности работы от батареи и безопасности, – указал генеральный менеджер клиентского направления Arm Пол Уильямсон. – Разработчики новых устройств могут экспериментировать с типоразмерами и выходить на новые рынки».

Cortex-X2 определяет производительность

Cистема на кристалле от Arm, которая претендует занять место внутри вашего смартфона или ПК, включает в себя несколько процессорных ядер, работающих одновременно. Здесь присутствует тяжеловес производительности Cortex-X2; три сбалансированных с точки зрения производительности и энергоэффективности «больших» ядра Cortex-A710 и четыре «маленьких» ядра с низким энергопотреблением Cortex-A510. Графические процессоры Mali дополняют картину, отвечая за обработку графики.

Одно из преимуществ архитектуры Arm заключается в том, что задачи, не требующие высокой производительности, выполняются «маленькими ядрами», которые позволяют экономить электроэнергию. В связи с этим оценить общую производительность довольно сложно. Но в Arm утверждают, что в качестве игрового устройства новые центральные процессоры Arm v9 в сочетании с графическими процессорами Mali обеспечивают повышение производительности центрального процессора на 33%, а графической подсистемы – на 20%, улучшая при этом эффективность энергопотребления на 15% по сравнению с предыдущим поколением.

Конкретные заявления прозвучали и в адрес отдельных ядер. Главной движущей силой ПК обещает стать новое ядро Cortex-X2, обладающее на 16% более высокой производительностью по сравнению с ядром предыдущего поколения Cortex-X1. Ядро Cortex-A710 в сравнении со старым Cortex-A78 обеспечивает 10-процентный прирост производительности и 30-процентное сокращение энергопотребление. Первое за последние четыре года новое «маленькое» ядро Cortex-A510 имеет производительность примерно на 35% выше, чем у старого Cortex-A55. Другими словами, «маленькое» Cortex-A510 обладает примерно такой же производительностью, как и предыдущее «большое» ядро.

Критически важной областью улучшений становится машинное обучение, поскольку телефоны активно используют соответствующие средства при съемке в портретных режимах на основе искусственного интеллекта, распознавании речи и решении других задач. Все три члена нового семейства центральных процессоров Cortex v9 по крайней мере в два раза превосходят своих предшественников в части машинного обучения, поддерживая инструкции Arm v9 SVE2, которые и позволяют разработчикам вносить соответствующие улучшения.

Ряд других интригующих функций набора инструкций v9 пока остается неизвестным. Неясно, в частности, будут ли использоваться виртуальные контейнеры Realms и аппаратная трассировка лучей, анонсированная Arm в конце марта. Что касается безопасности, новые ядра Cortex будут поддерживать расширение Memory Tagging – технологию, которая была разработана совместными усилиями Arm и Google в целях обеспечения безопасности собственной памяти телефона.

Графические улучшения Mali

По сообщениям Arm, производительность графических процессоров Mali также вырастет.

Флагманская модель Mali-G710 обеспечит 20-процентное увеличение производительности, 20-процентное сокращение энергопотребления и 35-процентное улучшение машинного обучения. У Mali-G510 производительность фактически удвоится по сравнению с предыдущей моделью Mali-G57. По словам Уильямсона, такой вывод был сделан на основе анализа большого объема данных, в том числе и бенчмарков.

Центральные процессоры Cortex и графические процессоры Mali отделены друг от друга в достаточной степени, что позволяет производителям портативных компьютеров выпускать ноутбуки с центральным процессором Cortex и графическим процессором какого-то другого поставщика, например, Nvidia. (В настоящее время компания Nvidia уже запустила процесс покупки Arm, но ожидается, что сделка, даже при получении одобрения со стороны регулирующих органов, завершится в лучшем случае только в конце 2021 года.)

Все компоненты соединяются друг с другом с помощью новых шин CoreLink CI-700 и CoreLink NI-700. Первая обеспечивает когерентные соединения всех высокопроизводительных компонентов чипа, включая центральный и графический процессоры. К шине NI-700 подключается все остальное, в том числе периферийные устройства.

Лицензирование Arm: различия между Apple и Qualcomm

В сфере ПК двумя наиболее известными лицензиатами являются Apple и Qualcomm. Компания Apple разработала мощный чип M1, который находит применение как в компьютерах Mac, так и в планшетах iPad Pro. Qualcomm, со своей стороны, выпускает чипы Snapdragon с архитектурой Arm, которые пустились в погоню за процессорами AMD Ryzen и Intel Core.

Чем объясняется существующая разница в производительности? Дело в том, что Arm предлагает два вида лицензий: только на набор инструкций или же на полную схему процессора Cortex. Лицензиат получает право внедрять ее в свои продукты и, возможно, адаптировать. Разница же, как заметил аналитик Tirias Research Кевин Крюэлл, возникает как раз из-за того, что именно лицензирует каждая из компаний.

Чипы Qualcomm Snapdragon используют ядра центральных процессоров Arm Cortex, спроектированные Arm. А в чипе Apple M1 присутствуют ядра Arm, спроектированные командой Apple. Компания Apple лицензирует только набор инструкций Arm, а не сами процессорные ядра Cortex. Будет ли Apple оформлять лицензию на архитектуру v9, в Arm пока не сообщают.

Когда в марте компания Arm представила набор инструкций v9, было заявлено, что у первых двух поколений центральных процессоров Arm v9 производительность ядра вырастет на 30%. Теперь же прозвучали сообщения о том, что новое ядро Cortex-X2 превосходит Cortex-X1 по производительности на 16%.

Старые ядра Cortex-X1 стали основой для чипов Qualcomm Snapdragon 888 и Samsung Exynos 2100, установленных в смартфоне Samsung Galaxy S21, которому уже было посвящено множество обзоров. (Samsung поставляет устройства Galaxy S21 с процессорами Snapdragon клиентам из США, а чипы Exynos используются в устройствах Galaxy, предназначенных для всех прочих регионов.)

Другими словами, у нас есть хороший шанс увидеть новые ядра Cortex-X2 в будущих флагманских продуктах Android и в ноутбуках Windows на платформе Arm, в то время как инженеры Apple продолжат свой путь к будущим производным M1. (В январе компания Qualcomm купила стартап Nuvia, выпускавший собственные процессоры Arm, и намерена использовать его наработки в будущих процессорах Snapdragon.)

В Arm подчеркивают, что новые ядра Cortex и Mali создают лишь условия для будущих улучшений ПК и телефонов. Производительность же будет зависеть уже от клиента, от конкретной реализации им архитектуры и от используемой производственной технологии. С другой стороны, ориентиры Arm должны стать минимальным уровнем улучшения, что сулит нам всем захватывающие перспективы.