從全面升級(jí)到Armv9架構(gòu)，到公布Neoverse V1和N2平臺(tái)技術(shù)細(xì)節(jié)，再到推出三款基于Armv9架構(gòu)的全新CPU內(nèi)核，短短兩個(gè)月時(shí)間里，Arm全面計(jì)算（Arm Total Compute）戰(zhàn)略正在以令人難以置信的速度加速推進(jìn)，密集，但有條不紊。

何為“全面計(jì)算”

其實(shí)在2019年，Arm就提出要在共同架構(gòu)下推動(dòng)全面計(jì)算，旨在解決單個(gè)IP與碎片化解決方案優(yōu)化問(wèn)題時(shí)面臨的重大挑戰(zhàn)，并隨后發(fā)布了Total Compute解決方案白皮書(shū)。這意味著，在解決系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)時(shí)，Arm需要將關(guān)注焦點(diǎn)逐漸從單一的產(chǎn)品演進(jìn)，轉(zhuǎn)化為以應(yīng)用場(chǎng)景與體驗(yàn)為導(dǎo)向的系統(tǒng)解決方案，要對(duì)硬件IP、物理IP、軟件、工具、以及彼此間的協(xié)作進(jìn)行全面優(yōu)化。

這是在思考方式上做出的重大轉(zhuǎn)變。

Arm全新的IP設(shè)計(jì)思路可以歸納為兩點(diǎn)：一是以應(yīng)用場(chǎng)景、消費(fèi)者體驗(yàn)與生態(tài)系統(tǒng)的需求為核心；二是深度聚焦在性能、安全性與開(kāi)發(fā)人員介入權(quán)的優(yōu)化，從而為未來(lái)的計(jì)算平臺(tái)提供安全的基礎(chǔ)，提升性能與效率，給予開(kāi)發(fā)人員通過(guò)整個(gè)Arm生態(tài)系統(tǒng)獲取更多性能的機(jī)會(huì)。

Arm高級(jí)副總裁兼終端設(shè)備事業(yè)部總經(jīng)理Paul Williamson表示，在全面計(jì)算的概念下，IP之間的PPA（性能、功率、面積）原則也許不再是最重要的，反而是系統(tǒng)級(jí)的性能更為重要。此外，要確保開(kāi)發(fā)者擁有最佳的開(kāi)發(fā)體驗(yàn)、并且對(duì)每一臺(tái)設(shè)備的性能與安全功能都有更簡(jiǎn)易的取用途徑。

來(lái)自Arm的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，僅在2020年Q4季度，Arm芯片合作伙伴就出貨了73億顆Arm架構(gòu)芯片（年增22%），相當(dāng)于每秒出貨超過(guò)900顆芯片、每日出貨7000萬(wàn)顆芯片，創(chuàng)下出貨量歷史新高。而2020年的總出貨量更是高達(dá)250億顆（年增13%）累計(jì)總數(shù)已超過(guò)1，900 億。同時(shí)，Arm Mali GPU出貨量累計(jì)超過(guò)80億顆，其中2020年出貨超過(guò)10億，持續(xù)位居全球GPU出貨量榜首。

授權(quán)業(yè)務(wù)方面，2020財(cái)年，Arm與104家客戶簽署了162個(gè)授權(quán)協(xié)議，其中有超過(guò)一半的授權(quán)對(duì)象為首次與Arm合作的企業(yè)。Arm Flexible Access 目前已有 90 家合作伙伴，通過(guò)該計(jì)劃，這些合作伙伴可以更容易地獲取各項(xiàng)全球領(lǐng)先的 Arm IP、工具與支持。

按照Paul Williamson的說(shuō)法，Armv9帶來(lái)了落實(shí)全面計(jì)算設(shè)計(jì)戰(zhàn)略的三大關(guān)鍵原則：首先是安全性，主要是引入內(nèi)存標(biāo)簽擴(kuò)展（MTE）、指針驗(yàn)證（pointer authentication， PA）等新的安全技術(shù)；其次是開(kāi)發(fā)者可及性，例如在機(jī)器學(xué)習(xí)方面，通過(guò)支持BFloat16格式更好地去支撐Int8計(jì)算和BFloat16?的Matmul；第三是計(jì)算性能，通過(guò)提升可伸縮矢量擴(kuò)展能力，能夠更好地幫助開(kāi)發(fā)者對(duì)高階的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行開(kāi)發(fā)，比如圖像信號(hào)處理。

“Arm正致力于將Armv9技術(shù)引入包括筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)、云、5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、更多終端與車(chē)載架構(gòu)計(jì)算在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域，借助移動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模優(yōu)勢(shì)，以系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)最大程度地提高性能。”P(pán)aul Williamson說(shuō)，目前來(lái)看，全面計(jì)算在高性能應(yīng)用場(chǎng)景（游戲生態(tài)、擁有豐富人工智能功能的應(yīng)用）、涉及安全功能的應(yīng)用場(chǎng)景（安全交易、銀行類(lèi)應(yīng)用、設(shè)備端個(gè)人數(shù)據(jù)保護(hù)等）中將會(huì)擁有更高的接受度。

例如在游戲中，“我們測(cè)量了整個(gè)游戲內(nèi)容中全面計(jì)算系統(tǒng)優(yōu)化的結(jié)果，每個(gè)系統(tǒng)組件都有助于性能的提升。Cortex-A710 CPU在運(yùn)行驅(qū)動(dòng)工作負(fù)載時(shí)，帶來(lái)了33%的性能提升；Mali-G710帶來(lái)了20%的性能提升，我們的系統(tǒng)級(jí)IP提供了15%的效率提升。”

再比如在AI中，“不同的Arm IP上運(yùn)行多樣的AI工作服在帶來(lái)的巨大性能提升。這些性能提升各異，從Mali-G710平均35%的提升，到Cortex-M55的高達(dá)700%的提升，真是針對(duì)能耗有限制的工作負(fù)載，例如關(guān)鍵字偵測(cè)。”

在多種不同應(yīng)用場(chǎng)景之間進(jìn)行設(shè)計(jì)權(quán)衡是比較困難的。因此，Arm全面計(jì)算框架的推出為生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴提供了跨多種應(yīng)用的可擴(kuò)展性，也為具體的場(chǎng)景用例提供了特定的加速或增強(qiáng)功能，既能針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建優(yōu)化的解決方案，同時(shí)也能平衡解決方案的性能和成本，這是下游設(shè)計(jì)真正需要的，在真實(shí)的用例中也非常有價(jià)值。

高筑墻，廣積糧

關(guān)于Armv9架構(gòu)和Neoverse V1/N2平臺(tái)技術(shù)的更多內(nèi)容，本刊此前曾進(jìn)行過(guò)持續(xù)追蹤報(bào)道，有興趣的讀者可點(diǎn)擊《Armv9細(xì)節(jié)公布，Arm迎來(lái)十年最大架構(gòu)革新》、《性能如此強(qiáng)悍的服務(wù)器CPU對(duì)Arm意味著什么？》等文章進(jìn)行了解，本文將更多介紹最新推出的IP套件，包括：首批Armv9 Cortex CPU、Mali GPU和全新的CoreLink系統(tǒng) IP，共計(jì)10款產(chǎn)品。

Arm Cortex CPU：全面計(jì)算解決方案的基石

三款A(yù)rmv9架構(gòu)的CPU核包括：旗艦級(jí)Cortex-X2、大核CPU Cortex-A710、高效率小核Cortex-A510。

其中，Cortex-X2主要面向智能手機(jī)市場(chǎng)，相比于Cortex-X1，性能提升16%，可將旗艦型安卓智能手機(jī)的性能在當(dāng)前基礎(chǔ)上再提升30%。除了峰值性能外，Cortex-X2還可在旗艦智能手機(jī)和筆記本電腦之間擴(kuò)展，使合作伙伴可以根據(jù)市場(chǎng)需求來(lái)設(shè)計(jì)基于不同場(chǎng)景的計(jì)算能力。

Cortex-A710是首款基于Armv9架構(gòu)的大核CPU，與Cortex-A78相比，能效提升30%，性能提升10%。通過(guò)性能和效率的提升，當(dāng)智能手機(jī)運(yùn)行高要求的App時(shí)，用戶將獲得比以往更長(zhǎng)的使用時(shí)間以及更優(yōu)化的體驗(yàn)。

Cortex-A510是Arm過(guò)去四年來(lái)推出的首款高效率小核，其性能提升35%，機(jī)器學(xué)習(xí)性能提升超過(guò)3倍。它所帶來(lái)的性能水平已經(jīng)接近幾年前推出的上一代大核Cortex-A73，性能差距不到10%，但能效優(yōu)化可達(dá)35%，適用于智能手機(jī)、家用設(shè)備和可穿戴設(shè)備。

Armv9-A CPU集群的支柱是新款的動(dòng)態(tài)共享單元（DynamIQ Shared Unit）DSU-110，該組件可為不同的細(xì)分市場(chǎng)提供各種解決方案。DSU-110具備可擴(kuò)展性，可支持多達(dá)八個(gè)Cortex-X2內(nèi)核配置，也難怪Williamson在介紹中說(shuō)，“一臺(tái)基于Cortex-X2的筆記本電腦比起2020年市場(chǎng)主流的筆記本，其單線程性能可領(lǐng)先40%。“

在2021年消費(fèi)設(shè)備中常見(jiàn)的“1超大核+3大核+4小核，4MB L3（DSU）” Tri-Cluster CPU架構(gòu)中，如果將X1替換為X2，A78替換為A710，A55替換為A510，DSU替換為DSU-110，4MB L3（DSU）替換為8MB L3（DSU-110），預(yù)計(jì)2022年終端設(shè)備的峰值性能將會(huì)提升30%，持續(xù)性能將會(huì)提升30%，小核性能將會(huì)提升35%。

面向細(xì)分市場(chǎng)的新款 Arm Mali GPU套件

視覺(jué)體驗(yàn)仍然是消費(fèi)者與設(shè)備交互、并享用設(shè)備的關(guān)鍵，Arm新推出面向廣泛應(yīng)用的多款GPU，搭配Armv9 CPU，繼續(xù)提升用戶體驗(yàn)。

最新的Arm Mali-G710是針對(duì)旗艦智能手機(jī)和Chromebook筆記本市場(chǎng)的高性能 GPU，在計(jì)算密集型體驗(yàn)方面的性能提升20%（如AAA高保真游戲）。對(duì)于與機(jī)器學(xué)習(xí)有關(guān)的任務(wù)（如全新相機(jī)和視頻模式的圖像增強(qiáng)），Mali-G710也帶來(lái)35%的機(jī)器學(xué)習(xí)性能提升。

作為次旗艦GPU，Mali-G610繼承了Mali-G710 的功能，但價(jià)格更低，可將高階應(yīng)用場(chǎng)景帶給更多的開(kāi)發(fā)者和消費(fèi)者。

Mali-G510實(shí)現(xiàn)了性能和效率的較好平衡，在中端智能手機(jī)、旗艦智能電視和機(jī)頂盒上，實(shí)現(xiàn)了100%的性能提升以及22%的節(jié)能優(yōu)化，從而延長(zhǎng)了電池續(xù)航時(shí)間，提升了100%的機(jī)器學(xué)習(xí)性能。

Mali-G310是Arm目前最高效的GPU，以最小的面積成本提供了最高的性能。通過(guò)Mali-G310，Valhall架構(gòu)和高質(zhì)量圖形技術(shù)將被引入到更低成本的設(shè)備中，例如入門(mén)級(jí)智能手機(jī)、AR設(shè)備和可穿戴設(shè)備。

提升系統(tǒng)性能的互連技術(shù)

互連技術(shù)對(duì)于提高系統(tǒng)性能至關(guān)重要。最新的CoreLink CI-700一致性互連技術(shù)和CoreLink NI-700片上網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)，可與Arm CPU、GPU和NPU IP無(wú)縫搭配，跨 SoC解決方案增強(qiáng)系統(tǒng)性能。CoreLink CI-700和CoreLink NI-700對(duì)新的Armv9-A功能提供硬件級(jí)支持，如內(nèi)存標(biāo)簽擴(kuò)展（Memory Tagging Extension），支持更高的安全性、改進(jìn)的帶寬和延遲。

可以看出，全新的全面計(jì)算解決方案是系統(tǒng)范圍內(nèi)整體優(yōu)化的思路，橫跨硬件 IP、物理 IP、軟件、工具和標(biāo)準(zhǔn)，能夠?yàn)楹献骰锇樘峁└鼮閺V泛的選擇，以滿足細(xì)分市場(chǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景和成本區(qū)間需求。同時(shí)，這也將解鎖整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的新體驗(yàn)，例如，專(zhuān)為移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)、支持 AI 功能的交互式應(yīng)用場(chǎng)景，可以使用戶身臨其境觀看電視8K內(nèi)容等體驗(yàn)。

2023年移動(dòng)應(yīng)用產(chǎn)品僅提供64位大、小核

隨著IP戰(zhàn)略的升級(jí)，Arm宣布，將在2023 年面向移動(dòng)應(yīng)用僅提供64位的大核和小核。為此，Arm全球合作伙伴正在努力確保所有App都將在今年年底前支持64位。

據(jù)Paul Williamson介紹，Cortex-X2是完全面向智能手機(jī)市場(chǎng)的產(chǎn)品，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾代手機(jī)產(chǎn)品中就能看到Cortex-X2的身影。對(duì)智能手機(jī)和其他終端計(jì)算設(shè)備而言，64位將提供終極的性能表現(xiàn)。Arm目前正與中國(guó)應(yīng)用商店生態(tài)合作伙伴進(jìn)行密切協(xié)作，確保主要App都能在今年年底前支持 64 位，從而為中國(guó)消費(fèi)者提供Cortex-X2所帶來(lái)的性能提升體驗(yàn)。

Arm方面透露，向64位過(guò)渡需要分階段實(shí)現(xiàn)，目前，Cortex-X2、Cortex-A510已經(jīng)是64位CPU，A710仍然支持32位。預(yù)計(jì)到2023年，Arm在移動(dòng)應(yīng)用的大核跟小核都將僅支持64位。

結(jié)語(yǔ)：

Paul Williamson總結(jié)稱(chēng)，Arm合作伙伴希望能夠?qū)⑿缕犯焖俚赝葡蚴袌?chǎng)，而全面計(jì)算解決方案包含了SoC設(shè)計(jì)流程中所需要的一切組件：硬件 IP、軟件、物理IP、工具和標(biāo)準(zhǔn)，將使合作伙伴在應(yīng)對(duì)所有終端市場(chǎng)上SoC復(fù)雜性時(shí)受益，讓他們能夠滿懷信心地通過(guò)最新的技術(shù)，將高性能的產(chǎn)品快速推向市場(chǎng)。
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