【Arm 專欄】Arm 智慧手機全面運算解決方案:首款基於 Armv9 架構與高效 Mali-G710 SoC 發布

2021 年 Arm 推出全面運算解決方案,這是全新的全面運算策略和 SoC 設計方法的實現,設計上聚焦於超越個別 IP 以優化整個系統,創造以使用案例驅動的解決方案,本月聯發科技發布的旗艦 5G 手機晶片天璣 9000 即為首款搭載 Armv9 架構及採用全面運算解決方案的應用實例。
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在 2021 年 5 月,Arm 推出全面運算解決方案,這是全新的全面運算策略和 SoC 設計方法的實現,設計上聚焦於超越個別 IP 以優化整個系統,創造以使用案例驅動的解決方案,以奠定未來十年運算的基礎。

Arm 全面運算解決方案的三大關鍵支柱是為了解決 SoC 設計的核心挑戰:運算效能、安全性和便於開發人員使用,轉換為以解決方案為中心的新方法,使 Arm 和合作夥伴能提供針對特定使用情境優化的完整 SoC 解決方案,並在下一代裝置上實現最佳效能。

這些裝置上的複雜使用情境需要更高的性能,若僅著眼在 IP 上是不夠的,這就是為何 Arm 聚焦於在跨越所有 IP 而在系統等級上優化性能。在安全性方面,當試圖建立一致的安全性方法時,SoC 中不同的 IP 元件會帶來工程上的挑戰。最後,對於開發人員而言,多個架構和各種不同的 IP 元件會導致軟體開發不僅耗時而且昂貴,並造成破碎的生態系,因此,若能提供包括 IP、軟體和工具在內更易於使用和效能更好的解決方案,將有助於達成更順暢的開發過程和更沉浸的應用。

為了對應這些挑戰,Arm 全面運算解決方案提供一套完整的硬體 IP(包括最新的 Armv9 CPUMali GPU 和系統 IP)、實體 IP、軟體、工具和標準,有助於構建跨越不同消費性裝置市場的最佳 SoC。劃分為三大類的解決方案能提供不同級別的性能、效率和可擴展性,包括:Premium 解決方案:專為頂級效能和互聯使用者體驗而設計;Performance 解決方案:設計來滿足廣泛的性能和效率要求;Efficiency 解決方案:提供超高可擴展性,實現一流的成本效率,本文將針對這些解決方案如何應用於智慧手機進行說明。

智慧手機市場

儘管自 2007 年推出市場以來,智慧手機的外形尺寸沒有改變,僅有在折疊手機有部分創新,但裝置功能和使用情境的數量與運算複雜性都持續增長。智慧手機現在是人們數位生活的前端和中心,它提供了一系列服務,讓使用者能以數位方式提高生產力、創造力和聯繫。

從高效能到入門機種,Arm 驅動了全球智慧手機的發展,其可擴展 IP 在複雜和運算密集型工作負載所需求的高性能,以及支援全日工作與娛樂使用的高效率長待機兩者之間,取得了平衡。然而,不同等級的智慧手機裝置基於他們提供的使用者體驗,通常存在不同的性能和效率要求。對於高階智慧手機而言,使用者需求能達成在遊戲主機上的高品質遊戲、高解析度螢幕和卓越的相機質量。主流智慧手機使用者則希望在相同的應用程式和服務中獲得優質體驗,但價格更具競爭力。智慧手機的高階和主流層級對應了不同的全面運算解決方案,對應了不同的 IP 需求。

智慧手機全面運算解決方案

Arm 的全面運算解決方案為高階和主流智慧手機市場提供不同的配置。針對高階 premium 智慧手機,可採用 1x Arm Cortex-X2、3x Arm Cortex-A710、4x Arm Cortex-A510 及 Arm Mali-G710 GPU 的 1+3+4 CPU 配置,使其能在不同的使用情境達成峰值和持續的性能優勢。

而針對主流智慧手機市場,合作夥伴則可採用 4x Cortex-A710 和 4x Cortex-A510搭配 Arm Mali-G510 GPU 的配置,除了能滿足各式主流手機對成本和性能的廣泛需求,對於關鍵的智慧手機使用情境亦能提供令人印象深刻的效能持續性。支持 CPU 和 GPU 的是 Arm 的系統 IP–CoreLink Interconnect CI-700 與 NI-700,能針對所有全面運算解決方案進一步提供更高效能和系統性能,這些系統 IP 適用於高階、主流甚至入門級智慧手機市場。

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現今智慧手機是多數科技消費者使用的主要裝置,無論是高階或是主流機種,都需要有令人印象深刻的性能、功耗和能源效率,使消費者能在更長的時間使用並體驗喜愛的手機應用,這也是 Arm 期望透過全面運算解決方案在高階和主流智慧手機市場實現的目標。

高階智慧手機

高階智慧手機通常是手機製造廠商的旗艦裝置,由於這些裝置對性能的要求較高,需要採Arm 的 premium 全面運算解決方案,包含 Arm Cortex-X2、Cortex-A710、Cortex-A510 CPU 和Mali-G710 GPU,藉由 Arm CoreLink CI-700和NI-700互連技術的支援,提高能源效率和系統性能。

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中央處理器 (CPU)

定位為開發高階智慧手機的 premium 全面運算解決方案,最佳的CPU配置是 Cortex-X2、Cortex-A710和Cortex-A510 三集群設計,透過1x Cortex-X2、3x Cortex-A710和4x Cortex-A510的 1+3+4 配置能滿足高階智慧手機在如AAA遊戲和最佳效率上,對使用場景持續性的需求。

Cortex-X2 是 Arm Cortex-X 客製設計方案的一部分,聚焦於極致性能,以提供在智慧手機裝置上實現更快的使用者體驗所需的峰值性能。Cortex-A710 的效能改善提高了性能持續性並最大化的延長了電池壽命,但仍適用於受到散熱限制的高階智慧手機。最後,Cortex-A510 提供進一步的性能提升,從而提高智慧手機日常任務整體集群多核性能和效率。效能提升意味著工作負載可以在切換到 Cortex-X2 或 Cortex-A710 之前在 Cortex-A510 上運行更長時間,由於在大核上運行更少的運算工作負載,將有助於提高 CPU 集群的整體效率。

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繪圖處理器 (GPU)

Mali-G710 是 Arm 有史以來性能最高的 GPU,它提供了一系列專為高階智慧手機裝置(例如 AAA 遊戲)上的遊戲體驗而設計的新功能和技術。Command stream frontend (CSF) 使 Mali GPU 符合現代 API(例如 Vulkan)的要求,還有助於減少 CPU 必須執行的工作量,從而降低功率消耗。同時,Mali-G710 較大的著色器核心 (shader core) 可提供更高的性能和效能,從而延長高階智慧手機的電池壽命,並改善“行動”遊戲體驗。最後,貼圖 (texture) 單元的重新設計增強了行動裝置上複雜的遊戲資產和場景。

全球首顆搭載 Armv9 架構的旗艦 5G 手機晶片

近期聯發科技發布的旗艦 5G 手機晶片天璣 9000,是全球首款搭載新一代 Armv9 架構的晶片,採用 1x Cortex-X2、3x Cortex-A710和4x Cortex-A510的 1+3+4 配置,搭配相較 Mali-G78 性能與效率能大幅提升 20% 的頂級繪圖核心 Arm Mali-G710,是Arm premium全面運算解決方案的應用實例,為高階智慧手機以及家用裝置帶來頂級效能與卓越的使用者連網體驗。

資料來源:聯發科技

主流智慧手機

如同高階智慧手機,主流智慧手機在裝置上亦需滿足優質的使用者體驗,尤其在遊戲這樣關鍵的持續性場景,因此適用於主流智慧手機的全面運算解決方案之 CPU 配置包含了 Cortex-A710 和 Cortex-A510。Cortex-A710 10% 的性能改善與其在效率上的提升,達成了平衡,是適用於主流手機市場的產品,而目前智慧手機裝置上,4+4 CPU仍是最主流的配置。值得注意的是,這樣的設計仍為終端使用者提供了很好的性能提升,但有助該裝置達成更低的成本。

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另一個改變是在 GPU,主流智慧手機全面運算解決方案採用了中階的 Mali-G510 GPU,而非高階的Mali-G710。由於 Mali-G510 擁有高階 Mali-G710 的特性和增強功能,並針對不同的性能、功率和面積 (PPA) 進行優化,Arm 中階 Mali-GPU 超越以往能達成更高的運算能力和效能。然而,Mali-G510 還增加了更多的功能,包括能對HDR提供更佳支援的格式,Arm Frame Buffer Compression (AFBC) 不失真壓縮,以及 Arm Fixed Rate Compression (AFRC) 以減少頻寬。Mali-G510 一系列的功能和強化意味著在眾多主流智慧手機裝置上,能達成更高階的使用者體驗和圖形。

關鍵使用情境—AAA 行動遊戲

高階和主流智慧手機上的 AAA 行動遊戲是 Arm 全面運算解決方案如何為複雜的、真實的和特定的運算工作負載帶來具體優勢的好例子。不同的解決方案在 Armv9 CPU、最新的 Mali GPU 以及運行在 CPU 集群上的軟體驅動程式之間提供優化,包括 CPU 中的微架構創新、加入新的 GPU 特性 (如 CSF) 以減少 CPU 負載,以及 Mali-G710 和 Mali-G510 GPU 中新的特性改善,如重新設計的貼圖單元和執行引擎,以滿足需求更高的遊戲內容。此外,新的互連 CoreLink CI-700 支援系統級快取 (SLC),通過 GPU 中新增的功能,減少了系統中運行各式種遊戲內容的延遲和系統功耗。

以最新發布的聯發科技旗艦 5G 晶片天璣 9000 為例,搭載十核 Arm Mali-G710,與 Arm 合作在行動端支援 Vulkan 光線追蹤 (ray tracing) SDK 套件,能在行動裝置上實現卓越的視覺效果與效能。聯發科技運算與人工智慧技術本部協理曹友銘博士說明:「與 Arm 的合作使我們能夠將光線追蹤等先進的繪圖功能導入我們的 Dimensity 5G 晶片,遊戲開發人員使用我們嶄新的 RT SDK 解決方案,可以輕鬆地為他們的遊戲更新與增添全新的功能,並強化遊戲體驗。」

資料來源:聯發科技

然而,Arm 全面運算解決方案不僅針對行動遊戲的 IP 改善,Arm 持續對遊戲生態系進行更多的投資,並與領先的遊戲引擎、公司和開發商合作,以確保他們的遊戲內容可以針對 Arm IP 進行優化。Arm Mobile Studio 是能支援開發人員優化他們的遊戲內容,並可提升性能和效率優勢的工具平台的好例子,它是一套免費的性能分析工具,可分析遊戲的 CPU 活動、GPU 活動和內容指標,這意味著遊戲開發人員可以快速辨識並修正可能導致遊戲運行緩慢、裝置過熱或電池壽命快速耗盡的任何問題。

瞭解更多

欲進一步瞭解 Arm 全面運算解決方案如何提升產品效能、效率與安全性,請觀賞影片,及下載全面運算白皮書

責任編輯:Mia
核稿編輯:李柏鋒

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