كشفت شركة ARM عن أحدث تصميم لمعالجها، Cortex-A77. مثل Cortex-A76 العام الماضي، تم تصميم هذا النواة للمهام المتطورة في الهواتف الذكية ومجموعة واسعة من الأجهزة. يهدف المطور فيه إلى زيادة عدد التعليمات المنفذة لكل ساعة (IPC). ظلت سرعات الساعة واستهلاك الطاقة عند مستوى Cortex-A76 تقريبًا.
تهدف ARM حاليًا إلى زيادة أداء النوى بسرعة. وفقًا لخططها، بدءًا من Cortex-A73 لعام 2016 وحتى تصميم Hercules لعام 2020، تعتزم الشركة زيادة طاقة وحدة المعالجة المركزية بمقدار 2,5 مرة. بالفعل، أتاحت التحولات من 16 نانومتر إلى 10 نانومتر ثم إلى 7 نانومتر زيادة تردد الساعة، وبالاشتراك مع بنية Cortex-A75 ثم Cortex-A76، وفقًا لتقديرات ARM، تم تحقيق زيادة في الأداء بمقدار 1,8 ضعفًا. تم تحقيقه حتى الآن. الآن سيسمح لك Cortex-A77، بسبب زيادة IPC، بزيادة الأداء بنسبة 20٪ أخرى على نفس تردد الساعة. أي أن الزيادة بمقدار 2,5 ضعفًا في عام 2020 تصبح حقيقية تمامًا.
على الرغم من الزيادة بنسبة 20% في IPC، تقدر ARM أن استهلاك الطاقة في A77 لم يزد. المقايضة هنا هي أن مساحة شريحة A77 أكبر بحوالي 17٪ من شريحة A76 بنفس معايير العملية. ونتيجة لذلك، فإن تكلفة الأساسية الفردية سوف تزيد قليلا. إذا قارنا إنجازات ARM مع قادة الصناعة، فمن الجدير بالذكر أن AMD في Zen 2 حققت زيادة في IPC بنسبة 15٪ مقارنة بـ Zen+، في حين ظلت قيمة IPC لأنوية Intel كما هي تقريبًا لسنوات عديدة.
تمت زيادة نافذة التنفيذ لتغيير تسلسل الأوامر (حجم النافذة خارج الترتيب) بنسبة 25% إلى 160 وحدة، مما يسمح للنواة بزيادة توازي العمليات الحسابية. حتى Cortex-A76 كان لديه مخزن مؤقت كبير لهدف الفرع، وقد زاده Cortex-A77 بنسبة 33% أخرى ليصل إلى 8 كيلو بايت، مما يسمح لوحدة التنبؤ بالفرع بالتعامل بشكل فعال مع الزيادة في عدد التعليمات المتوازية.
الابتكار الأكثر إثارة للاهتمام هو ذاكرة التخزين المؤقت الجديدة تمامًا بسعة 1,5 كيلو بايت والتي تخزن عمليات الماكرو (MOPs) التي يتم إرجاعها من وحدة فك التشفير. تقوم بنية معالج ARM بفك تشفير التعليمات الواردة من تطبيق المستخدم إلى عمليات ماكرو أصغر، ثم تقوم بتقسيمها إلى عمليات دقيقة يتم تمريرها إلى مركز التنفيذ. يتم استخدام ذاكرة التخزين المؤقت MOP لتقليل تأثير الفروع والتدفقات المفقودة لأن عمليات الماكرو يتم تخزينها الآن في كتلة منفصلة ولا تتطلب إعادة فك التشفير - وبالتالي زيادة الإنتاجية الأساسية الإجمالية. في بعض أحمال العمل، تعد الكتلة الجديدة إضافة مفيدة للغاية إلى ذاكرة التخزين المؤقت للتعليمات القياسية.
تمت إضافة كتلة ALU رابعة وكتلة فرعية ثانية إلى قلب التنفيذ. تعمل وحدة ALU الرابعة على زيادة إنتاجية المعالج الإجمالية بمقدار 1,5 مرة عن طريق تمكين تعليمات الدورة الواحدة (مثل ADD وSUB) وعمليات الدفع والسحب الصحيحة مثل الضرب. يمكن لوحدتي ALU الأخريين التعامل مع تعليمات الدورة الواحدة الأساسية فقط، بينما يتم تحميل الكتلة الأخيرة بعمليات حسابية أكثر تعقيدًا مثل القسمة والضرب والتراكم وما إلى ذلك. تعمل كتلة الفرع الثانية داخل قلب التنفيذ على مضاعفة عدد انتقالات الفرع المتزامنة يمكن لـ core التعامل مع العمل، وهو أمر مفيد في الحالات التي يكون فيها اثنان من الأوامر الستة المرسلة مرتبطين بانتقالات الفروع. أظهر الاختبار الداخلي في ARM فوائد الأداء من استخدام كتلة الفرع الثاني هذه.
تتضمن تغييرات kernel الأخرى إضافة خط تشفير AES ثانيًا، وزيادة عرض النطاق الترددي للذاكرة، ومحرك جلب مسبق محسّن لبيانات الجيل التالي لتحسين كفاءة الطاقة مع زيادة إنتاجية DRAM للنظام، وتحسينات ذاكرة التخزين المؤقت، والمزيد.
تظهر أكبر المكاسب في Cortex-A77 في عمليات الأعداد الصحيحة والفاصلة العائمة. يتم دعم ذلك من خلال معايير SPEC الداخلية لشركة ARM، والتي تظهر مكاسب في الأداء بنسبة 20% و35% في عمليات الأعداد الصحيحة والفاصلة العائمة، على التوالي. توجد تحسينات في عرض النطاق الترددي للذاكرة في مكان ما في نطاق 15-20٪. بشكل عام، أدت التحسينات والتغييرات التي تم إجراؤها على A77 إلى زيادة الأداء بنسبة 20 بالمائة مقارنة بالجيل السابق. ومع معايير التكنولوجيا الأحدث مثل 7nm ULV، يمكننا الحصول على فوائد إضافية في الرقائق النهائية.
قامت شركة ARM بتطوير Cortex-A77 للعمل في مجموعة كبيرة 4+4 (4 نوى قوية و4 نوى بسيطة موفرة للطاقة). ولكن، نظرًا للمساحة المتزايدة للبنية الجديدة، يمكن للعديد من الشركات المصنعة، من أجل توفير المال، تقديم مجموعات 1+3+4 أو 2+2+4، والتي يتم ممارستها بالفعل بنشاط، حيث لن يتم استخدام سوى نواة واحدة أو نواتين أن تكون كاملة، غير مقطوعة A77.
المصدر: 3dnews.ru