ARM heeft vandaag op de dag voor Computex 2016 een nieuwe CPU-core en een volledig nieuwe GPU geïntroduceerd. De Cortex-A73 en Mali-G71 zijn beide gericht op de volgende generatie luxe smartphones. ARM verwacht dat haar partners nog voor het eind van het jaar de eerste chips met de nieuwe technologie aan boord gereed zullen hebben, begin 2017 mogen we de eerste smartphones die van dergelijke SoC’s gebruikmaken verwachten.
Cortex-A73
De Cortex-A73 is de opvolger van de Cortex-A72 CPU-core die we nu in high-end smartphone SoC’s tegenkomen. Waar de A72 primair is ontwikkeld met 16nm productieprocedés in het achterhoofd, is de A73 primair bedoeld voor SoC’s die middels een state-of-the-art 10nm procedé worden gefabriceerd.
ARM belooft betere prestaties en betere efficiëntie. Daarnaast is de Cortex-A73 volgens de ontwerpers de kleinste A-klasse CPU-core die ARM ooit ontworpen heeft, wat de productiekosten verlaagt of juist de mogelijkheid geeft om meer functionaliteit binnen een SoC op te nemen.
Dankzij uiteenlopende veranderingen heeft ARM het verschil tussen de piekprestaties en het prestatieniveau dat lange tijd kan worden volgehouden vrijwel gereduceerd. Wanneer geproduceerd op 10nm en geklokt op 2,8 GHz zou de Cortex-A73 zo’n 30% betere presentaties moeten bieden dan een Cortex-A72 op 16nm en 2,5 GHz. Vergeleken met de high-end CPU-core van 2015, de Cortex-A57 die in de regel werd toegepast op 20nm en op frequenties rond de 1,9 GHz werkte, is er meer dan een verdubbeling qua prestaties.
Op dezelfde klokfrequentie en met hetzelfde productieprocedé zou de prestatiewinst afhankelijk van het type applicatie tussen de 5% en 15% uitkomen, waarbij vooral applicaties die veel geheugentoegang hebben het meest profiteren. Met dezelfde klokfrequentie en hetzelfde procedé zou het stroomverbruik van de A73 volgens de ontwikkelaars ruim 20% lager moeten zijn dan de A72. Dat is voornamelijk een knappe prestatie gezien het feit dat de ARM-cores al als erg zuinig te boek staan.
Nemen we een duik in de chip, dan blijkt de A73 uiteraard gebaseerd op de A72, maar met uiteenlopende verbeteringen. Zo is de instruction prefetch verbeterd, zodat de CPU-cores minder hoeven wachten op RAM-geheugen om nieuwe instructies op te halen. De instructies worden bij de A73 ook eerder in de pipeline omgezet naar kleinere Micro-Ops, wat er aan bijdraagt dat de frequenties verder omhoog kunnen. Ook de branch predictor, het gedeelte van de CPU dat de uitkomst van vertakkingen in programmacode voorspelt, is volgens ARM flink verbeterd. Door slimmere caches die op nieuwe manieren data vooraf ophalen uit het geheugen, wordt een eventuele bottleneck bij het geheugen verder verkleind.
Vanzelfsprekend kunnen de A73 cores opgenomen worden in big.LITTLE configuraties, waarin meerdere snelle A73 cores worden gecombineerd met meerdere langzamere, maar veel zuinigere A53 cores. Om deze big.LITTLE configuraties nog efficiënter te werken is ARM druk doende nieuwe methodes te ontwikkelen waarmee Linux sneller en beter kan bepalen op welke cores taken worden uitgevoerd. Wanneer deze Energy Aware Scheduling technologie waaraan men werkt zal worden toegevoegd aan de Linux-kernel zal ook Android daarvan gaan profiteren.
Doordat de A73 zo klein is, kunnen SoC-ontwikkelaars volgens ARM in dezelfde chipgrootte 2x A73 + 4x A53 plaatsen als waar men nu 8x A53 (8-core) zou verwerken. Zo’n big.LITTLE 6-core CPU zou in vergelijking met bestaande 8-core A53 SoC’s tot 30% betere multi-core performance en tot 90% betere single-core performance moeten bieden.
ARM Mali-G71
Naast een nieuwe CPU-core introduceert ARM ook een nieuwe generatie GPU’s, Mali-G71. Deze generatie is gebaseerd op een geheel nieuwe architectuur getiteld Bifrost. Het moet een flinke stap vooruit zijn qua prestaties en mogelijkheden. ARM belooft tot 1,5x betere prestaties dan de Mali-T880, de huidige snelste GPU, die onder meer terug te vinden is in de Samsung Galaxy S7 (Edge).
De nieuwe Bifrost architectuur is volgens de makers ontwikkeld met nieuwe toepassingen als VR in het achterhoofd. Het doel is om mobiele devices 3D applicaties te laten renderen met 120 fps in 4K-resolutie. Maar niet alleen de framerate, vooral ook de latency heeft ARM met VR in het achterhoofd willen terugbrengen: de complete graphics pipeline van de G71 heeft naar verluidt een latency van 4ms. De van AMD Mantle afgeleide nieuwe Vulkan API, die onderdeel is van Android N, wordt door de nieuwe architectuur volledig ondersteund.
Bifrost is verder ARM’s eerste GPU-architectuur waarvan de geheugentoegang volledig coherent kan werken met CPU’s. CPU- en GPU-cores kunnen zodoende gebruikmaken van identieke adressering voor geheugen en daarmee sneller en efficiënter data delen. Het is een belangrijke stap voorwaarts voor GPGPU-achtige taken. In vakjargon spreekt men over Heterogeneous Computing.
De G71 komt in 4-core, 6-core, 8-core, 16-core en 32-core varianten op de markt. De MP16 variant ziet men als meest voor de hand liggende keuze voor 2017 high-end smartphones. Zo’n 16-core zou tot 2x sneller moeten zijn dan een 12-core Mali-T880 zoals in de Galaxy S7. Sterker nog; ARM belooft dat een dergelijke smartphone GPU sneller is dan veel gebruikte discrete laptop GPU’s uit 2015, overigens zonder duidelijk te maken op welke AMD of Nvidia GPU men dan exact doelt.
De GPU-business is voor ARM minstens zo succesvol als de CPU-business. Volgens ARM maken ongeveer 50% van de huidige tablets, 40% van de huidige smartphones en 75% van de TV’s gebruik van ARM’s GPU-architectuur. In totaal 65 bedrijven maken SoC’s met Mali GPU’s aan boord.
