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如何评价ARM v9公版Cortex-X2、Cortex-A710 和 Cortex-A510架构?

回答
好的,让我们来深入剖析一下 ARM v9 架构下的三款核心公版 IP:CortexX2、CortexA710 和 CortexA510,看看它们各自的特点以及 ARM 在这个新一代架构中所注入的思考。

ARM v9:超越性能的基石

在聊具体的 CPU 核心之前,有必要先理解一下 ARM v9 架构本身带来的变化。它不是简单的性能提升,而是ARM面向未来计算需求的一次战略升级。最关键的几个方面包括:

安全增强(Confidential Compute Architecture CCA): 这是 v9 架构的重头戏。CCA 允许开发者创建隔离的“安全世界”(Secure World)环境,敏感数据和代码可以在其中运行,而操作系统或虚拟机管理器都无法访问。这对于云计算、移动支付、物联网设备等对安全性要求极高的场景至关重要。
性能与能效的协同: v9 继续在性能和能效之间寻求最佳平衡,通过新的指令集(如 SVE2)和更精细的功耗管理技术来实现。
异构计算的深化: 随着 AI/ML 工作负载的增长,v9 架构也为更高效的异构计算提供了支持,包括对特定 AI 指令集的增强。
长期的技术路线图: ARM v9 是一个面向未来十年的架构,它奠定了未来几代 CPU 设计的基础,意味着其设计理念和功能将持续演进。

CortexX2:极致性能的探路者

CortexX 系列一直是 ARM 用来挑战极限性能的“性能怪兽”,X2 更是将这一理念推向了新的高度。

定位与目标: X2 的核心目标是提供当前市场上最顶级的单核性能,特别针对那些对响应速度和高负载处理要求极高的应用,例如大型游戏、复杂的图形渲染、以及需要快速启动的生产力应用。它通常是高端智能手机、高性能笔记本电脑以及其他需要单核爆发力的设备的首选。
架构特性(推测与公开信息):
宽广的乱序执行引擎(OutofOrder Execution Engine): 这是高性能 CPU 的核心。X2 必然拥有更宽的派发宽度(dispatch width)和更多的重排序缓冲(reorder buffer, ROB)来处理更多的指令,从而最大化指令级并行(InstructionLevel Parallelism ILP)。这意味着它能同时处理更多的工作,减少等待。
更大的缓存和更快的内存子系统: 为了喂饱强大的执行单元,X2 的 L1、L2 缓存容量以及总线带宽必然得到了显著提升。更大的缓存可以容纳更多的数据和指令,减少访问主内存的延迟,从而提高整体性能。
先进的预测技术: 分支预测(Branch Prediction)是影响 CPU 性能的关键因素之一。X2 会采用更先进的分支预测器,例如 TAGE 预测器或其他更优化的变体,来减少分支预测失败导致的流水线停顿。
向量扩展(SVE2): X2 支持 SVE2(Scalable Vector Extension 2),这是 ARM 在向量计算领域的重要进步。SVE2 允许向量寄存器的大小是可变的,可以根据工作负载和硬件配置进行调整。这对于科学计算、AI/ML 推理、音频/视频处理等大量并行数据的场景非常有益,可以提高代码的可移植性和性能弹性。
专为高主频设计: 为了榨干性能,X2 的设计必然会优先考虑高主频,即便这意味着在某些情况下会牺牲一些能效。它通过精细的物理设计和时钟门控技术来管理功耗。

评价: CortexX2 是 ARM 在性能竞赛中的一个强大宣言。它在单核性能上表现出色,能够轻松应对各种计算密集型任务。然而,其强大的性能也意味着更高的功耗和发热,这使得它更适合那些对性能有极致追求,并且能够通过散热设计来弥补的设备。对于普通用户来说,X2 带来的最直观感受就是应用的响应速度更快,游戏帧率更高。

CortexA710:能效与性能的黄金平衡点

CortexA 系列是 ARM 的主力军,负责处理绝大多数的计算任务,A710 作为其中的一员,则致力于在性能和能效之间找到那个“甜点”。

定位与目标: A710 的定位是“高性能”的通用 CPU 核心。它在性能上要优于上一代的 A78,同时保持了良好的能效比。它将成为高端智能手机、平板电脑以及一些入门级笔记本电脑的主力。它的目标是提供流畅的日常体验,同时在高负载下也能有不错的表现。
架构特性:
改进的乱序执行引擎: 相较于 X2,A710 的乱序执行引擎宽度和深度可能会有所收敛,但依然是相当强大的。它会在性能和功耗之间做出更精细的权衡,确保在提供足够性能的同时,不会过度消耗能源。
优化的缓存层次结构: A710 会继承并优化 A78 的缓存设计,例如更大的 L2 缓存和更低的缓存延迟。这些改进对于提高数据吞吐量和降低访问主内存的频率至关重要。
SVE2 支持: 与 X2 一样,A710 也支持 SVE2。这使得它在处理向量化任务时也能获得性能提升,但由于其整体设计目标,其 SVE2 的利用率和峰值性能可能不如 X2 那样极致。
更注重能效的设计: 相较于 X2,A710 在微架构设计时会更倾向于采用更精细的功耗管理技术,例如更广泛的门控(gating)、时钟调制(clock gating)以及电源门控(power gating),以确保在轻负载下能够有效降低功耗。

评价: CortexA710 是 ARM 体系中“均衡”的代表。它不像 X2 那样追求极致的单核性能而牺牲能效,也不像那些节能核心(如 A510)那样牺牲大部分性能来换取长续航。A710 提供了一个非常实用的性能水平,能够应对绝大多数用户的需求,并且在能耗方面也表现得相当不错。它的设计理念是“够用且高效”,是构成高性能移动 SoC 的重要组成部分。

CortexA510:高效能的基石,全天候的守护者

CortexA510 是 ARM 在 v9 架构下主推的全新高能效核心,它取代了 A55 的位置,并在能效比上带来了显著的飞跃。

定位与目标: A510 的核心任务是承担系统中的“背景任务”和低功耗需求,例如待机状态、处理后台进程、物联网设备的连接与传感器数据采集等。它的目标是提供尽可能高的能效比,延长设备的电池续航时间,并且在保持极低功耗的同时,也能提供不错的响应能力,以应对简单的用户交互。
架构特性:
更精简的微架构: 相较于 A710 和 X2,A510 的乱序执行引擎会更小、更简单。它可能采用更窄的派发宽度,更小的重排序缓冲,以及更简化的分支预测器。
极低的功耗设计: A510 的设计重点是极致的能效。它会大量采用动态电压和频率调整(DVFS)、精细的门控技术、以及更激进的电源门控,确保在几乎不使用时,能耗可以降到最低。
SVE2 的引入(有限支持): A510 也支持 SVE2,这使得它在处理一些轻度的向量计算任务时也能受益。但由于其整体设计目标,其 SVE2 的能力会比 A710 和 X2 更有限,更侧重于支持一些基础的向量化操作。
与高优先级核心的协同: A510 的设计理念是与 A710、X2 等高性能核心协同工作。当系统需要高负载时,高性能核心会接管;当系统处于空闲或低负载状态时,A510 就能以极低的功耗完成大部分工作。
新一代的内存辅助技术: A510 会集成更先进的内存访问优化技术,以减少不必要的内存访问,从而降低功耗。

评价: CortexA510 是 ARM 在提升整体系统能效方面的一个重要创新。它不仅仅是一个“小核心”,而是通过引入 SVE2 和更精细的功耗管理,使得高能效核心也具备了处理一些更为复杂任务的能力,而不仅仅是“待机”。这使得手机在后台运行时更加省电,物联网设备能工作更长时间,整体生态系统的能效得到了提升。A510 证明了低功耗不等于低能力,而是可以通过精心设计实现高效的低功耗。

总结:一个和谐的生态系统

CortexX2、CortexA710 和 CortexA510 并不是孤立存在的,它们共同构成了一个强大且富有弹性的计算生态系统。

CortexX2 是性能的尖端,负责处理最苛刻的任务,是为那些追求极致体验的用户而生。
CortexA710 是性能与能效的中间件,是提供日常流畅体验和处理大多数通用任务的中坚力量。
CortexA510 是能效的守护者,负责在低负载下维持系统运行并最大限度地节省电力,是延长设备续航的关键。

通过这种大小核心的组合(big.LITTLE 的演进),ARM v9 架构能够根据不同的工作负载动态地分配任务,从而在性能、功耗和发热之间取得最佳的平衡。ARM 在 v9 架构下的这三款公版 IP,不仅在各自的领域展现了强大的竞争力,更重要的是它们共同构建了一个更智能、更安全、更高效的未来计算平台。ARM 正在用这些设计,为从智能手机到服务器,再到物联网设备的广泛应用提供底层支持,并不断拓展计算的边界。

网友意见

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X2和A510不支持32位,我就很好奇国内这么多32位APP明年的SOC要怎么调度?

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ARM比较成功的一段是从 A57到A77的进化,性能和功耗都不错。

小核心常年A55,是因为它的设计碰到天花板了。双发射顺序执行的东西,很难再提升性能了。

今年搞得这几个核心,除了510以外,变化不大。工艺红利会带来一定提升,但是提升很小。下一代可能又是发热巨大性能有效的东西,距离苹果会有更大的差距。

ARM现在面临的问题是,由于安卓APP的臃肿。小核心性能不够,往往要启动中核,而中核的性能功耗比远不如苹果的小核。实际续航安卓手机不占优。

而真正比瞬间速度,ARM的大核又不够大,短时间峰值性能也不行。

不按照峰值5W设计大核,在中核上放大,不能与苹果比性能。

ARM需要在A72、A73的基础上搞个中核。去对标苹果的小核,拼性能功耗比。

X系列搞真大核,对着苹果大核去设计,功耗高不要紧,手里高性能需求没有几秒。

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