Arm Cortex-A78:持續的效能提供更佳的數位沉浸


作者:CPU產品經理Vincent Risson May 26, 2020


Arm所做的每件事的核心就是滿足大家對效能與效率的需求,我們需要提升效能以便在行動裝置上賦能與改善各種數位沉浸的使用案例,涵蓋的範圍從共用的生產力、通訊、安全與攝影機相關的任務,一直到先進遊戲、XR(擴增實境與虛擬實境)以及基於機器學習(ML)的體驗。不過,我們也必須留意對於效率的需求,例如縮小系統單晶片的面積、新的手機外型,以及對於更長的電池壽命之需求。


Arm Cortex-A78 是專為最高效率的高階性能而設計


全新的Arm Cortex-A78 CPU,代表Arm在高階性能與一流效率方面的最佳表現。Cortex-A78透過兩位數百分比的持續效能的提升,徹底改變智慧手機的次世代用戶體驗。在同樣的行動溫度與功率限制下1,它與Arm Cortex-A77 CPU相比,提供多出20%的持續效能。更高的持續效能對於功耗能力受限的行動裝置相當重要,可避免在運行需要高效能的應用時被調節電流,如此一來可藉由避免延遲或幀率下降來改善用戶體驗。


對於功耗效率的重大推進,意味更高的能源效率。在現行行動裝置的高效能點,例如峰值,在2019年的裝置上,Cortex-A78在效能與Cortex-A77相同時,可節省高達50%的能源1。這讓Cortex-A78成為我們有史以來設計出最節能的高階Cortex-A CPU。


透過Cortex-A78把焦點集中在持續的效能,可以賦能下一波的行動創新,包括進入市場的全新裝置外型到藉由5G支援改良的數位沉浸體驗。


結合功耗效率與能源效率


智慧手機上全新、改良與更多的數位沉浸

智慧手機今日已經是消費者所有一切行為的核心,從包括簡訊、購物與銀行業務等日常事務,到諸如影片串流、遊戲與延展實境(XR)等娛樂。因此,透過我們的智慧手機我們活在一個數位沉浸的世界中,這些使用案例與體驗未來只會持續精進,且規模會越來越大。


A級手遊是Cortex-A78可以進一步提升的令人興奮的遊戲使用案例之一,特別是當它與 Arm 的 Mali GPU 彼此結合。事實上,全新的 Arm Mali-G78 GPU 正協助把高傳真的遊戲體驗帶到行動平台上。全新 Cortex-A78 與 Mali-G78 更高的效能加上5G的高速與高頻寬,可以為行動平台帶來優質的遊戲體驗。此外,Cortex-A78在功耗效率上的優點也會為智慧手機帶來更長的電池壽命,達成延展與強化的「整天遊戲」體驗。透過我們生態系的努力,我們正進一步強化效能,並打造更豐富的遊戲體驗。其中的一個範例是我們與Unity公司攜手合作,把突發編譯器 (Burst compiler) 的威力帶到安卓平台,進一步強化多核心處理器的效能與電力管理。


ML的效率以及效能

由於CPU位於運算系統的核心,它具有可以運行任何類型基於 ML 的工作負載與任務的彈性。因此,在行動平台上CPU是ML運算第一優先選擇的處理器。我們的 CPU 支援手機上最受歡迎的實境應用與使用案例,例如社群媒體用的濾鏡、聽寫、翻譯與安全性。今年除了最近幾年持續加速的效能,我們也對效率作出改善。與 Cortex-A77 相比,Cortex-A78 運行基於ML的任務,平均耗電量減少8%,整體效率的改善幅度達10%。


優化微架構以提升效能與效率

Cortex-A78 與前一代產品擁有同樣的架構。不過,我們加入了一些微架構功能,以提高面積性能與功耗效率。實質上,我們在節省面積與耗電同時維持了效能。


可在更低的功耗與更小的面積提升性能的微架構


這些效能上的好處,是透過優化寬度與深度的額外微架構功能而達成的。我們針對頻寬、精度與指令融合案例,新增更強大的分支預測,這些微架構的改進,讓單執行緒的效能與Cortex-A77相比,提升了7%2


我們透過減少效能較低的結構與面積,如L1-I 與 L1-D快取記憶體,讓效率極大化。我們隨後優化如分支預測結構等現有的結構,讓耗電量更低。與Cortex-A77相比,每毫瓦效能的耗電量減少4%,每平方毫米的效能也節省5%的面積2


Cortex-A78的DynamIQ叢集

在叢集層級,Cortex-A78聚焦在以同級最佳的效率達成持續效能。當我們從4x Cortex-A77 CPU與4x Cortex-A55 CPU的DynamIQ叢集,升級至4x Cortex-A78 CPU與 4x Cortex-A55 CPU,持續效能提升20%,而使用面積減少15%3。對於諸如高保真遊戲等這種需要數個高效能執行緒平行運行的應用,透過DynamIQ叢集帶來的持續效能的推進,差別會很大。


新的行動裝置外型

與1990年代中期的「磚塊造型」行動電話相比,過去25年內行動裝置的外型已經演化到完全無認出的程度。儘管過去十年以來智慧手機多半有一個觸控大螢幕,外型大體一致,我們開始看到一些手機外型的創新,例如可折疊式電話與多螢幕/較大的螢幕。持續效能的提升特別適合這些運算需求與日俱增的新型智慧手機裝置,因其設計使得系統單晶片空間可能受限,藉由Cortex-A78 DynamIQ叢集比前一代產品提升的面積效率將能支援新設計。


智慧手機的新式外型設計


利用5G的好處

在2020整年,5G加速在全球各大都會區推出。一項針對5G對遊戲影響、並由Arm委託進行的Newzoo報告預測,2022年底前會有超過10億支5G就緒的智慧手機上市。5G為行動裝置提供快上許多的速度、低上許多的延遲,以及快上許多且無所不在的連接性,對於高頻寬的應用更是如此,而這也帶動對更高效能智慧手機與全新高效能與高效率IP的需求。


Cortex-A78目標是透過各種效能與效率的提升使智慧手機能支援5G就緒。Cortex-A78效能的攀升,提供智慧手機達成數位沉浸體驗與更快部署現有應用所需的運算力。在此同時,效率的提升也讓智慧手機可以透過可持續且有效的方式,使用這些效能。


效能與效率間的完美平衡

我們相信Cortex-A78代表效能與效率間完美的平衡。在效能面方面,它提供帶來更快速與更先進之數位沉浸體驗所需的能力,而這些體驗也跟著5G的推出與ML的提升而來。它同時提供功耗效率的提升,讓智慧手機利用更長的電池壽命提供持續的效能,同時協助促成新型與更新衍生的手機外型。


行動的創新正持續加速中。透過5G、新的裝置設計與全新與改良的數位沉浸體驗,我們預計智慧手機將持續進化與創新。Arm處於此一持續創新的核心,而Cortex-A78對持續效能的推進,讓智慧手機準備好迎接未來!



1Arm Cortex-A78與Cortex-A77的單核心效能比較,分別是在單核功耗1瓦 以及 在產生30 SPECint2006的能源消耗情況下,並包括架構與製程上的提升(相比2019年的裝置)。 Arm單核心效能是使用SPECint*_base2006 (SPEC CPU* 2006的SPECspeed*整數元件) 在行動平台上量測到的估計值,此結果是使用特定電腦系統、軟體、元件、運算與函數所量測的估計值,對這些因素進行任何的改變,都會造成結果的不同。


2Arm單核心效能是使用SPECint*_base2006 (SPEC CPU* 2006的SPECspeed*整數元件) 在行動平台上量測到的估計值,此結果是使用特定電腦系統、軟體、元件、運算與函數所量測的估計值,對這些因素進行任何的改變,都會造成結果的不同。


3在1瓦的功耗下比較Cortex-A78與Cortex-77的Arm單核心效能,以及比較Cortex-A78/Cortex-A55 4+4配置與Cortex-A77/Cortex-A55 4+4 配置的叢集面積,並包括架構與製程上的提升(相比2019年的裝置)。