ARM CPU Cortex-X3,Cortex-A715,Cortex-A510 | GPU Immortalis-G715

去年5月，Arm发布了第一代基于64位ARMv9指令集的处理器IP：超大核心Cortex-X2、高性能大核心Cortex-A710，高能效小核心Cortex-A510。同时，Arm还发布了三款Mali GPU IP——ARM Mali GPU | G710、G610、G510、G310。

时隔1年之后，6月28日，Arm带来了全新的Arm IP组合，其中包括第二代的ARMv9 CPU内核Cortex-X3和Arm Cortex-A715，并对Cortex-A510和 DSU-110（DynamIQ 共享单元）进行了重要更新，提升了Cortex-A510的能效表现，同时DSU-110最高可支持12核心。

Arm表示，新的 Armv9 CPU 展示了其对释放计算性能的承诺，旨在突破峰值性能的极限并提供卓越的持续性能和效率。

同时，新的Armv9 CPU和对Arm Cortex-A510与DSU-110的更新构成了Arm新的全面计算解决方案 (TCS22)的基础。

Arm全面计算战略植根于开发者可及性、安全性和计算性能，旨在为所有消费级设备市场提供优异的性能表现。通过优化的系统设计和实施，助力合作伙伴不断突破极限。

与此同时，Arm还推出了全新的旗舰级GPU产品 Arm Immortalis。这是首款可在移动端支持基于硬件的光线追踪的 GPU，可提供更为真实的沉浸式游戏体验。

Cortex-X3：性能最高提升34%

作为Arm面向超高性能市场的第三代Cortex-X系列CPU IP，Cortex-X3同样是一款面向旗舰级智能手机/平板或笔记本产品的CPU IP，相比上一代的Cortex-X2来说，Cortex-X3带来了双位数（相同工艺制程下大约提升了11%）的IPC性能提升。

具体来说，如果是应用在旗舰级Android智能手机/平板电脑上，Cortex-X3相较最新旗舰设备将可带来25%的性能提升；如果是应用在Windows on Arm笔记本电脑设备上，Cortex-X3相较最新主流设备则可带来34%的性能提升。

虽然，Arm并没有介绍Cortex-X3的具体能耗表现，但是根据Arm提供的一张图显示，在SPECint_base2006测试下，在相同的性能水平，Cortex-X3的功耗通常要高于Cortex-X2。虽然在最高性能下，Cortex-X3的功耗更高，但是性能提升的幅度要比功耗提升的幅度更高。这也意味着Cortex-X3的能效表现比Cortex-X2更好。

根据Arm向媒体透露的数据显示，Coretx-X3内核（按照时钟频率相当于3.6GHz、拥有1MB L2 和 16MB L3缓存进行模拟）的峰值性能要比今年英特尔中高端 Core i7-1260P处理器的P核（性能内核）高出34%。而这一数据是基于在SPECRate2017_int_base 单线程基准测试中得出的。不过，如果与苹果的M系列的高性内核似乎仍有差距。

相比前代产品来说，Cortex-X3内核之所以能够实现在IPC性能上的大幅提升，主要得益于其核心前端的大量优化工作，比如改进了分支预测准确性，并带来了更低的延迟，这要归功于用于间接分支（带指针的分支）的新的专用结构。同时，L1/L2分支目标缓冲区 (BTB) 也显著增加了50%，L0 BTB 容量更是达到了原来的10倍，并允许预测器提前获取更多指令以利用更大的BTB。

此外，Cortex-X3还拥有一个比Cortex-X2要小50%（与 X1 相同的 1.5K 条目），但是却更高效的微操作（解码指令）缓存，这要归功于减少抖动的改进填充算法。这种较小的 mop 缓存还允许 Arm 将总流水线深度从 10 个周期减少到 9 个周期，从而减少发生分支错误预测和刷新流水线时的惩罚。

不过，如果要与英特尔在笔记本电脑市场竞争，Arm芯片设计厂商需要集成更多的Cortex-X3内核以及其他效率内核进行组合。比如英特尔新的面向轻薄笔记本电脑的28瓦处理器，就拥有四个性能内核和八个效率内核。

对此，Arm也对于此前的推出的DynamIQ 共享单元DSU-110进行了升级，使得Arm芯片设计厂商能够将最多12个Cortex-X3内核或其他内核整合到一个处理器当中（此前最多只支持8个内核），并支持高达 16MB 的 L3 缓存。同时具有最新的 ISA 功能。

Arm 产品管理高级总监 Saurabh Pradhan表示，“这些变化提高了我们合作伙伴的灵活性，并提供了资源来充分发挥Arm CPU 的潜力，从而改善用户体验。我们的合作伙伴现在可以针对具有新配置（例如 8 个 Cortex-X3 CPU 内核和 4 个 Cortex-A715 CPU 内核）的高端笔记本电脑设备，解锁新一代消费设备。”

Cortex-A715：高性能与高能效的平衡

Cortex-A715是Arm在去年推出的高性能大核心Cortex-A710的继任者，主要面向需要兼顾高性能和能效的移动设备。需要指出的是，Cortex-A715仅支持AArch64 64位指令而不再兼容32位，而此前的Cortex-A710则保留了对于32位的兼容。

具体性能及能效表现上，Arm表示，在相同主频和相同制造工艺的情况下，Cortex-A715 的性能比 Cortex-A710 提高了5%。虽然这样的性能提升幅度远低于之前Cortex-A710相比Cortex-A78的性能提升的幅度（10%）高出 10%。值得可喜的是，Cortex-A715 的效能比Cortex-A710提升了20%，这意味着Cortex-A715在性能保持提升的同时，功耗能够大幅降低，提升设备的续航时间。

Arm表示，Cortex-A715在能效上的大幅提升，将推动其成为 big.LITTLE CPU 集群当中的CPU内核集群主力。

新版Cortex-A510：功耗进一步降低

除了新的CPU内核之外，Arm还对去年的推出的Armv9 CPU内核Cortex-A510进行了更新，这个小核CPU主要面向高能效、低功耗而设计。Arm在保持了2021版本Cortex-A510性能的基础上，提升了能效表现，使得其功耗进一步降低了5%。

Arm表示，我们将小核CPU的终极效率推向了全新的高度，更低的功耗意味着终端设备可以获得更长的电池续航时间。

第二代Armv9的安全演进

Arm通过第二代 Armv9 CPU，引入了全新的非对称内存标记扩展 (MTE) 和增强的特权访问永不 (EPAN)，以改进访问控制。

MTE 检测可防止整个系统的内存安全漏洞，为应用程序开发人员提供上市时间优势。支持 MTE 的设备可以快速有效地识别代码中的缓冲区溢出和堆损坏。

非对称 MTE 在这些安全漏洞的速度、精度和目标之间提供了更高的灵活性。这有利于软件开发与更稳定的应用程序，同时也使 MTE 能够在整个生态系统中更广泛地推出。

全新旗舰系列GPU：Immortalis-G715，支持光线追踪

一直以来，Arm每年都会更新其Mali系列GPU，Mali系列GPU也是迄今为止全球出货量最大的 GPU，目前已达到了80亿个。但是今年，Arm意外的推出了名为“Immortalis”的全新旗舰系列GPU，旨在为旗舰级智能手机提供最高性能和最佳图形性能，最卓越的游戏体验。

作为“Immortalis”系列的首款产品——Immortalis-G715，相比前代的Mali-G715 GPU带来了诸多的改进和新的功能。其中，包括用于显着节能和进一步提升游戏性能的可变速率着色 (Variable Rate Shading) 图形功能，以及改进的执行引擎，并在硬件层面支持光线追踪，支持超过10个内核以上的组合。Mali-G715只支持7-9 个内核，Mali-G615仅支持最多6个核心。

具体来说，所谓“可变速率着色”是一种新的图形功能，它通过优化渲染在图形和视觉效果方面提供显着的节能和性能提升。从本质上讲，它需要一个场景并将渲染集中在需要它的部分上，并以精细的像素粒度进行渲染。通常，这将是游戏动作发生的地方。需要较少焦点的区域（例如背景风景）以更粗的像素粒度进行渲染。如下图所示，游戏场景仍将保持其感知的视觉质量，但会节省能源。在游戏内容上启用可变速率着色时，我们看到每秒帧数 (FPS) 提高了 40%。

在执行引擎上，Arm重新设计了执行引擎的关键元素，以提高计算能力和能源效率。与上一代 Mali GPU 相比，我们重新设计了Immortalis-G715的转换块以显着减少面积。Arm还重新审视了在 Mali-G710 中重新调整的融合乘加 (FMA)，以进一步提高电源效率。此外，Arm将 FMA 模块增加了一倍，以进一步提高功率，以提供更高级视觉效果所需的计算。最后，Arm还增加了对矩阵乘法指令的支持，这对于计算摄影和图像增强等移动用例至关重要，以帮助实现 2 倍的架构 ML 改进。

通过所有这些变化，我们可以巧妙地提高功率，将 FMA 功率提高 2 倍，但面积仅增加 27%。从本质上讲，Arm将计算能力提高了一倍，而硅面积只是适度增加。

除了执行引擎之外，Arm还在新 GPU 的其他领域进行了 PPA（性能、功耗和面积）改进。

命令流前端（去年随 Mali-G710 推出的一项功能）已变得更快。这是通过添加基于硬件的跨流同步、添加更多本机命令和增加记分板数量来实现的。峰值三角形吞吐量增加了两倍。Arm优化了纹理映射器中的显式 LOD（细节级别）查找以使吞吐量翻倍，并添加了坐标预处理器单元以提高立方体贴图查找的效率。最后，Arm将 Arm 固定速率压缩 (AFRC) 技术（在去年的主流 Arm Mali-G510 GPU 中首次引入）添加到我们的新 GPU 中以节省带宽。

具体性能表现上，Immortalis-G715与上一代高级和次高级 Mali GPU 相比，仅微架构的性能就提高了15%。此外，Immortalis-G715还将带来2倍的机器学习性能的提升，15%的能效提升。

Arm表示，Immortalis-G715 GPU的能效提升是建立在Arm Mali-G710 GPU的高能效基础之上的。根据Arm公布的数据显示，Mali-G710在旗舰和高端Android智能手机上提供出色的 GPU 效率，在包括高级 AAA 游戏、基准测试和轻型工作负载在内的各种内容中，Mali-G710 在峰值和持续工作负载方面均以 FPS/W 的速度击败了竞争对手。

近年来，随着手机游戏市场的持续增长，更复杂和身临其境的 AAA 游戏体验现在在移动设备上越来越常见。领先的 AAA PC 和主机游戏都有移动版本，包括 Genshin Impact、PUBG、Fortnite、使命召唤和王者荣耀等等。此外，新一代用户越来越多地选择移动设备作为他们首选的游戏平台。这主要是由于移动设备上游戏的便利性和功能。