最近Arm推出2023 全面計算解決方案（TCS23），發布最新CPU和GPU IP等產品。沒有意外，高通和聯發科的下一代旗艦手機SoC將采用Arm最新的CPU架構Cortex-X4，并且聯發科還將以最新的Arm Immortalis-G720 IP為基礎提升手機硬件光追的性能。Arm表示這是迄今最快的CPU和GPU，那么它們究竟有哪些提升呢？



Cortex-X4： 相比于 Cortex-X3，性能提高 15%，功耗降 40%

Cortex-X4是第四代X內核，基于全新的Armv9架構。得益于Armv9計算集群，處理器連續三年實現兩位數的性能提升，Cortex-X4也同樣如此。

與 Cortex-X3 相比，Cortex-X4 的性能提高15%，降低多達40%的功耗，而面積僅增加10%，Arm 中國區業務全球副總裁鄒挺表示，這是Cortex-X系列處理器中，在每平方毫米的性能方面最出類拔萃的產品。


處理器的性能提升將帶來更快速的即時應用響應，更流暢的網頁瀏覽體驗，在3A 級游戲、全天候生產力、后臺任務等方面帶給用戶直觀感受。

除了Cortex-X4超大核之外，Arm全新的大核處理器 Cortex-A720 和全新小核 Cortex-A520，與其上一代相比在能效方面都提高了20%。Cortex-A720 是業界主流的 CPU IP，主打高性能，可提高持續性能，是新CPU集群的核心主力。而Cortex-A520主打低功耗，是最出眾的的高效性能核心。為了完善CPU 集群，Arm還推出了全新DSU-120 ，專門為了滿足高要求的多線程用例而設計。


GPU——Immortalis-G720 ：相比于 Immortalis-G715 ，性能和能效分別提高15%，系統級效率躍升 40%

此次發布的基于第五代架構的 GPU——Immortalis-G720，可帶來15%的性能提升，減少多達 40%的內存帶寬用量，有助于實現更出色且持久的幀率，最終帶來更高質量的圖形，實現更扣人心弦的視覺感受。在相同的配置下，相較于前一代產品，Immortalis-G720 的性能提高15%，而面積僅增加2%。而前一代產品已經證實在面積效率方面勝出相近競品高達 20%。



鄒挺表示，這是 Arm 有史以來效率最高的GPU架構，在設計時還兼顧了CPU和系統。該架構重新定義了部分圖形管道，顯著減少了內存帶寬，從而讓總體系統效率與功耗優化高達 14%。延遲頂點著色 (DVS) 的引入重新定義了GPU中的圖形數據流，并將成為未來圖形和幾何復雜工作負載的關鍵，有助于合作伙伴擴展內核數量，并在未來達到更高的性能水平。

Arm 全新的GPU架構使下一代游戲和實時3D應用成為可能，讓游戲體驗更順暢，并讓復雜的PC 端和游戲主機體驗在移動設備上實現。現在，游戲玩家喜歡的游戲可以通過更高幀率和經優化的高動態范圍成像技術 HDR運行，帶來更逼真的體驗感，此外建筑師可以在現場直接通過建筑物實時 3D 效果圖將計算機輔助設計 CAD 規劃變為現實。

基于臺積電N3E先進工藝，完成業內首個 Cortex-X4 流片

實現芯片的高效能離不開工藝的調優。Arm宣布目前已經在臺積電N3E先進工藝上順利完成了業內首個 Cortex-X4 的流片。鄒挺也表示，Arm和臺積電共同為 Arm Cortex-X4 內核打造定制 IP，為充分利用制程工藝和處理器帶來的PPA 優勢做好準備。這項合作為未來奠定了基礎，通過設計分區和利用先進的封裝技術，一同協作提高系統性能和能效。


鄒挺談到隨著制程工藝的結合，將達到比上一代多的額外頻率。通過提高處理器每時鐘指令，來獲得15%的性能提升。同時，降低功耗的關鍵之一是清楚地了解如何利用額外的 IPC，在更低的工作和電壓點去運轉，從而實現40%的能耗降低。

在系統優化方面，全新第五代 GPU 架構具有 DVS 功能，有助于優化系統級緩存的使用，同時新的 CPU 集群提供更多的 DSU 電源模式，以支持更高效地使用更大的 L3 緩存，并減少外部 DRAM 流量，從而實現性能更佳、效率更高的 SoC。在2023 全面計算解決方案中，在新版 CI-700 中引入了許多創新技術，進一步縮小了芯片面積。并將互連產生的延遲降低了 25%，同時優化了空閑電源，在不影響電池續航時間的前提下，實現了杰出的系統性能表現。


MTE 功能有助內存安全

Arm 的內存標記擴展MTE 功能，支持開發者在應用部署前后，都能檢測和避免內存安全漏洞，為用戶提供功能安全及信息安全的數字體驗。通過 Armv9 架構的 CPU，Arm提供的MTE 功能能夠消除占所有軟件漏洞中 70% 的內存安全漏洞。



當前，企業和消費者市場都部署了相關解決方案。手機廠商榮耀最近宣布將向開發者提供支持 MTE 的設備。而作為潛心致力于保護隱私和安全的優秀短視頻平臺，快手也將進一步借助該技術優化改進其開發流程，為 3.6 億日活用戶帶來更好的用戶體驗。


適應生成式AI應用

兩周前，Google I/O 大會重點強調考慮把生成式 AI 引入到安卓生態系統，不久前，微軟的 Build 開發者大會也在談到把這些引入 Windows 11，從而讓 Windows 的用戶體驗有進一步的提升。顯然，生成式 AI 和大型語言模型是一個新興領域。

在采訪中Arm 高級副總裁兼終端事業部總經理Chris Bergey談及他對生成式AI發展的看法，他說我們認為大型語言模型將塑造計算的未來，這意味著需要進一步提升AI方面的工作負載，而Arm 在這方面有非常深厚的儲備，Arm CPU 和 GPU 的性能提升帶動了 AI 處理能力大約每兩年便會翻一番。

他進一步表示，Arm 正在通過相關工作以確保 AI 可以很好地在 Arm 架構上運行。我們相信未來將是一個比較混合（hybrid）的環境，大型語言模型在云端運行，但考慮到智能手機或其他計算設備上本地運行 AI 的隱私和能源效率等問題，用戶可以更愿意在設備本機上運行較小的模型，如安卓。



Arm將繼續推進對開源軟件庫Arm NN 和 Arm Compute Library 的支持，以便那些以世界上部署最多的平臺 (即 Arm) 為目標的開發者能夠繼續利用類似 Chat GPT 或大型語言模型的應用程序來開發他們的應用。

自今年年初以來，Arm NN 和 Arm Compute Library 已在安卓平臺上面向 Google Apps 開放，目前擁有超一億的日活用戶。明年年初，這些 Arm 技術庫將通過谷歌移動服務向第三方應用程序的安卓開發者開放訪問。將進一步助力開發者優化運行在 Armv9 CPU 和 Arm GPU 的機器學習工作負載，并預計未來的發展速度將會更快。


小結：

聯發科已明確表示，Arm的2023 年 IP 極具創新力，Cortex-X4、Cortex-A720以及Immortalis-G720 為下一代天璣旗艦移動芯片奠定了良好的基礎，我們將通過突破性的架構設計與技術創新提供令人驚嘆的性能和能效。MediaTek 天璣移動芯片將結合 Arm 的先進技術，為用戶開啟移動新體驗，帶來更快的多任務處理、更出色的游戲與長續航表現。



可以肯定的是，Arm 2023 全面計算解決方案（TCS23）將帶來旗艦智能手機性能的極大躍升。同時，Arm也透露正在加大投入下一代核心IP包括Krake GPU 和 Blackhawk CPU等，持續推進Arm全面計算解決方案的演進。