Arm dévoile les conceptions de cœur de processeur mobile 2023 : Cortex-X4, A720 et A520

Partout dans le monde, s’il existe une constante universelle sur le marché des smartphones et des appareils mobiles, c’est Arm. Qu’il s’agisse de fabricants de puces mobiles basant leurs SoC sur les cœurs de processeur entièrement synthétisés d’Arm, ou simplement en s’appuyant sur Arm ISA et en concevant leurs propres puces, en fin de compte, Arm sous-tend pratiquement tout cela. Ce type de saturation et de pertinence du marché témoigne de tout le travail acharné qu’Arm a accompli au cours des dernières décennies pour arriver à ce point, mais c’est aussi une grave responsabilité – pour la plupart des SoC mobiles, leurs performances ne progressent qu’aussi rapidement que Les propres conceptions de cœur de processeur d’Arm et l’adresse IP associée le font.

Par conséquent, nous avons vu Arm s’installer dans une cadence annuelle pour la propriété intellectuelle de ses clients, et cette année ne fait pas exception. Programmé pour s’aligner sur le salon Computex de cette année à Taïwan, Arm présente un nouvel ensemble de cœurs de processeur des séries Cortex-A et Cortex-X – ainsi qu’une nouvelle génération de conceptions de GPU – que nous verrons porter le flambeau pour Arm commençant plus tard cette année et jusqu’en 2024. Ceux-ci incluent le noyau phare Cortex-X4, ainsi que le Cortex-A720 à cœur intermédiaire d’Arm. et le nouveau petit cœur Cortex-A520.

Les derniers cœurs de processeur d’Arm s’appuient sur les fondations d’Armv9 et de leur écosystème Total Compute Solution (TSC21/22). Pour leur IP 2023, Arm déploie une vague d’améliorations microarchitecturales mineures via sa gamme de cœurs Cortex avec des changements subtils conçus pour améliorer l’efficacité et les performances, tout en passant entièrement au jeu d’instructions AArch64 64 bits. Les dernières conceptions de CPU d’Arm sont également conçues pour s’aligner sur la tendance actuelle de l’industrie à améliorer la sécurité, et bien que ces fonctionnalités ne soient pas strictement destinées à l’utilisateur final, elles soulignent à quel point les améliorations générationnelles d’Arm vont au-delà des performances et de la puissance. efficacité.

En plus d’affiner ses cœurs de processeur, Arm a entrepris une mise à niveau complète de son bloc complexe central DynamIQ Shared Unit, avec le DSU-120. Bien que les modifications introduites soient subtiles, elles revêtent une importance considérable en termes d’amélioration de l’efficacité de la structure qui maintient ensemble les cœurs de processeur Arm, tout en étendant encore plus la portée d’Arm en termes d’évolutivité des performances avec la prise en charge de jusqu’à 14 cœurs de processeur dans un seul bloc. – un mouvement conçu pour rendre Cortex-A/X encore mieux adapté aux ordinateurs portables.

Avec trois nouveaux cœurs de processeur et un nouveau complexe de cœurs, il y a beaucoup à couvrir. Alors plongeons dedans.

Armez le TCS23 à un niveau élevé : améliorez l’efficacité et optez pour le 64 bits pur

S’appuyant sur les améliorations introduites dans l’architecture Armv9.1 l’année dernière, Arm progresse dans son cycle de développement prévu avec la dernière architecture Armv9.2. L’objectif principal de ce cycle est d’éliminer la prise en charge des applications 32 bits et de passer à une plate-forme 64 bits complète. Cette transition repose sur le cadre stratégique d’Arm, “Total Compute Solution” (TCS), qui s’articule autour de trois principes fondamentaux : les performances de calcul, la sécurité et l’accès des développeurs. Cette approche constitue la base de la méthodologie d’Arm et guide ses efforts pour fournir des performances optimales, des mesures de sécurité robustes et des capacités de développement rationalisées.

L’accent mis par Arm sur la suppression progressive du jeu d’instructions 32 bits est l’un de ceux sur lesquels il travaille depuis plusieurs années. Pour leur dernier TCS23, ils ont finalement créé un cluster entièrement 64 bits pour capitaliser sur les avantages d’un écosystème mobile 64 bits complet, supprimant entièrement le support AArch32 (instruction 32 bits). petit noyau, pour la dernière génération d’IP d’Arm, il n’y a que AArch64.

Le développement d’un système sur puce (SoC) dynamique qui s’adresse à un large éventail d’appareils mobiles, allant des smartphones phares de pointe aux modèles d’entrée de gamme, nécessite une approche méticuleuse et cohérente pour maintenir la compétitivité sur un marché en pleine expansion. . Dans le domaine des appareils phares, par exemple, le SoC Snapdragon 8 Gen2 de Qualcomm se démarque, tirant parti d’un cluster de cœurs Cortex-X3, Cortex A715/710 et Cortex-A510 d’Arm. La prochaine itération du Snapdragon 8 Gen3 de Qualcomm et d’autres fabricants de SoC sont sur le point d’exploiter la puissance du cluster central TSC23 d’Arm et de la propriété intellectuelle pour améliorer encore les performances de la prochaine génération d’appareils mobiles phares.

La dernière unité partagée DynamIQ d’Arm, DSU-120, prend en charge jusqu’à 14 cœurs de processeur dans un cluster, ce qui ouvre la porte à un nombre important de combinaisons de cœurs de processeur différentes. Nous verrons ce que les fournisseurs de SoC ont opté pour plus tard cette année, mais une configuration est probablement un 1+5+2 (X4+720+520), qui est probablement une configuration pour un smartphone haut de gamme. Par rapport à un cluster 1 + 3 + 4 de dernière génération (X3 + 715 + 510), Arm revendique une augmentation de 27% des performances de calcul dans GeekBench 6 MT et une augmentation plus considérable comprise entre 33% et 64% dans le compteur de vitesse. Benchmark 2.1 en fonction des optimisations logicielles mises en place.

Se concentrant davantage sur l’approche de la migration 64 bits, l’année dernière, Arm a annoncé son premier cœur de processeur AArch64 uniquement, le Cortex-A715. Par conséquent, l’année dernière a vu la sortie des premiers produits 64 bits uniquement, tels que le SoC Dimensity 9200 de MediaTek, ainsi que le Pixel 7 de Google – qui était 64 bits uniquement comme choix de plate-forme plutôt que comme restriction architecturale.

Cela dit, l’adoption/l’utilisation réelle d’AArch64 au sein de l’écosystème logiciel plus large a été plus lente que prévu, principalement en raison de la lenteur du marché chinois à passer du 32 bits au 64 bits. Google a en fait joué un rôle clé dans son stockage d’applications (Google Play) en obligeant ses développeurs à soumettre des applications 64 bits dès 2019, tout en permettant également l’utilisation d’applications 32 bits sur des appareils sans prise en charge native 64 bits. D’autres marchés n’ont pas été aussi rapides à le faire, mais Arm affirme qu’il pousse des entreprises telles que OPPO, Vivi et Xiaomi à adopter AArch64 plus rapidement, ce qui aurait l’effet souhaité.

Avec l’architecture Armv9 initiale, Arm a amélioré la sécurité grâce à l’utilisation de son extension de marquage de mémoire (MTE) (Armv8.5), qui est une implémentation matérielle qui utilise des extensions d’authentification de pointeur (PA) pour aider à se protéger des vulnérabilités de la mémoire. Les vulnérabilités basées sur la mémoire constituent une menace constante pour la sécurité matérielle depuis de nombreuses années, et c’est quelque chose qu’Arm développe continuellement au sein de son IP pour aider à atténuer ces types d’attaques. À titre de référence, le projet Chromium de Google a affirmé qu’environ 70 % des bogues de haute gravité proviennent de la mémoire.

L’une des fonctionnalités de sécurité associées de la dernière architecture Armv9.2 est l’introduction d’un nouvel algorithme QARMA3 Pointer Authentication Code (PAC). Arm affirme que le nouvel algorithme réduit la surcharge du processeur de PAC à moins de 1 %, même sur leurs petits cœurs, ce qui donne aux développeurs et aux fournisseurs de combinés encore moins de raisons de ne pas activer la fonction de sécurité. La plupart de ces améliorations tournent autour de l’intégrité et de la sécurité du matériel, avec une combinaison d’avantages MTE et natifs grâce à l’instruction et à l’architecture 64 bits, toutes conçues pour rendre les appareils encore plus sûrs jusqu’en 2023 et au-delà. Cela correspond à la philosophie d’Arm d’encourager un passage complet au 64 bits sur un marché hybride 64 et 32 ​​bits.

Enfin, en ce qui concerne les performances, Arm affirme que son processeur de dernière génération et son architecture complexe de base ont réalisé de solides gains en termes d’efficacité énergétique. À performances iso, Cortex-X4 offre une réduction de plus de 40 % de la consommation d’énergie par rapport à Cortex-X3, tandis que Cortex-A720 et A520 économisent 20 à 22 % par rapport à leurs prédécesseurs respectifs. Sur le hub DSU-120 lui-même, Arm revendique une amélioration de 18 % de l’efficacité énergétique.

Bien sûr, la plupart de ces économies d’énergie vont plutôt être investies dans des performances supplémentaires. Mais cela montre ce que les fournisseurs de SoC et de combinés peuvent viser dans cette génération s’ils se concentrent uniquement sur l’efficacité énergétique et la durée de vie de la batterie.

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