Η ARM αποκάλυψε την τελευταία της σχεδίαση επεξεργαστή, τον Cortex-A77. Όπως και ο Cortex-A76 του περασμένου έτους, αυτός ο πυρήνας έχει σχεδιαστεί για εργασίες υψηλής τεχνολογίας σε smartphone και μεγάλη ποικιλία συσκευών. Σε αυτό, ο προγραμματιστής στοχεύει να αυξήσει τον αριθμό των εντολών που εκτελούνται ανά κύκλο (IPC). Οι ταχύτητες ρολογιού και η κατανάλωση ενέργειας παρέμειναν περίπου στο επίπεδο του Cortex-A76.
Επί του παρόντος, η ARM στοχεύει να αυξήσει γρήγορα την απόδοση των πυρήνων της. Σύμφωνα με τα σχέδιά της, ξεκινώντας από το 73 Cortex-A2016 και μέχρι το σχέδιο Hercules του 2020, η εταιρεία σκοπεύει να αυξήσει την ισχύ της CPU κατά 2,5 φορές. Ήδη οι μεταβάσεις από τα 16 nm στα 10 nm και μετά στα 7 nm κατέστησαν δυνατή την αύξηση της συχνότητας ρολογιού και σε συνδυασμό με την αρχιτεκτονική Cortex-A75 και στη συνέχεια Cortex-A76, σύμφωνα με εκτιμήσεις της ARM, 1,8 φορές αύξηση στην απόδοση έχει έχει επιτευχθεί μέχρι σήμερα. Τώρα ο πυρήνας Cortex-A77 θα επιτρέψει, λόγω της ανάπτυξης του IPC, να αυξήσει την απόδοση κατά άλλο 20% στην ίδια συχνότητα ρολογιού. Δηλαδή, μια αύξηση 2,5 φορές το 2020 γίνεται αρκετά πραγματική.
Παρά την αύξηση του IPC κατά 20%, η ARM εκτιμά ότι η κατανάλωση ρεύματος του A77 δεν έχει αυξηθεί. Το συμβιβασμό σε αυτή την περίπτωση είναι ότι η περιοχή μήτρας A77 είναι περίπου 17% μεγαλύτερη από την A76 με τους ίδιους ρυθμούς διαδικασίας. Ως αποτέλεσμα, το κόστος ενός μόνο πυρήνα θα αυξηθεί ελαφρώς. Εάν συγκρίνουμε το επίτευγμα της ARM με τους ηγέτες του κλάδου, τότε αξίζει να πούμε ότι η AMD στο Zen 2 πέτυχε 15% αύξηση στο IPC σε σύγκριση με το Zen + και η τιμή IPC των πυρήνων Intel έχει παραμείνει περίπου στο ίδιο επίπεδο για πολλούς χρόνια.
Το παράθυρο εκτέλεσης με μια αλλαγή στην ακολουθία εντολών (μέγεθος παραθύρου εκτός σειράς) αυξάνεται κατά 25%, έως και 160 μονάδες, γεγονός που επιτρέπει στον πυρήνα να αυξήσει τον παραλληλισμό των υπολογισμών. Ακόμη και το Cortex-A76 είχε ένα μεγάλο Branch Target Buffer και στο Cortex-A77 αυξήθηκε κατά άλλο 33%, στα 8 KB, κάτι που επιτρέπει στο μπλοκ πρόβλεψης κλάδου να αντιμετωπίσει αποτελεσματικά την αύξηση του αριθμού των παράλληλων εντολών.
Ακόμη πιο ενδιαφέρον είναι μια εντελώς νέα κρυφή μνήμη 1,5 KB που αποθηκεύει τις λειτουργίες μακροεντολών (MOP) που επιστρέφονται από τη μονάδα αποκωδικοποίησης. Η αρχιτεκτονική του επεξεργαστή ARM αποκωδικοποιεί τις οδηγίες από την εφαρμογή χρήστη σε μικρότερες macro-ops και στη συνέχεια τις αναλύει σε micro-ops που μεταβιβάζονται στον πυρήνα εκτέλεσης. Η κρυφή μνήμη MOP χρησιμοποιείται για τη μείωση του αντίκτυπου των διακλαδώσεων που παραλείπονται και των εκροών, καθώς οι λειτουργίες μακροεντολών αποθηκεύονται πλέον σε ξεχωριστό μπλοκ και δεν απαιτούν εκ νέου αποκωδικοποίηση - αυξάνοντας έτσι τη συνολική απόδοση του πυρήνα. Σε ορισμένους φόρτους εργασίας, το νέο μπλοκ είναι μια πολύ χρήσιμη προσθήκη στην τυπική κρυφή μνήμη εντολών.
Το τέταρτο μπλοκ ALU και το δεύτερο μπλοκ διακλάδωσης έχουν προστεθεί στον πυρήνα εκτέλεσης. Η τέταρτη ALU αυξάνει τη συνολική απόδοση του επεξεργαστή κατά 1,5 φορές λόγω της δυνατότητας εκτέλεσης εντολών ενός κύκλου (όπως ADD και SUB) και πράξεων ακεραίων δύο κύκλων, όπως ο πολλαπλασιασμός. Οι άλλες δύο ALU μπορούν να χειριστούν μόνο βασικές εντολές ενός κύκλου, ενώ το τελευταίο μπλοκ φορτώνεται με πιο σύνθετες μαθηματικές πράξεις όπως διαίρεση, πολλαπλασιασμός-συσσώρευση κ.λπ. Η δεύτερη μονάδα διακλάδωσης μέσα στον πυρήνα εκτέλεσης διπλασιάζει τον αριθμό των ταυτόχρονων μεταβάσεων core can handle.work, το οποίο είναι χρήσιμο σε περιπτώσεις όπου δύο από τις έξι εντολές που αποστέλλονται είναι μεταβάσεις διακλάδωσης. Οι εσωτερικές δοκιμές στην ARM έχουν δείξει ένα όφελος απόδοσης από τη χρήση αυτού του δεύτερου μπλοκ άλματος.
Άλλες βασικές αλλαγές περιλαμβάνουν την προσθήκη ενός δεύτερου αγωγού κρυπτογράφησης AES, αυξημένο εύρος ζώνης μνήμης, βελτιωμένη προανάκτηση δεδομένων επόμενης γενιάς για βελτίωση της απόδοσης ισχύος, αυξάνοντας παράλληλα την απόδοση του συστήματος DRAM, βελτιστοποιήσεις κρυφής μνήμης και πολλά άλλα.
Η μεγαλύτερη αύξηση παρατηρείται στο Cortex-A77 σε πράξεις ακεραίων και υπολογισμούς κινητής υποδιαστολής. Αυτό υποστηρίζεται από τις εσωτερικές δοκιμές της ARM στο SPEC, οι οποίες έδειξαν βελτιώσεις απόδοσης κατά 20% και 35% σε λειτουργίες ακέραιου αριθμού και κινητής υποδιαστολής, αντίστοιχα. Οι βελτιώσεις στο εύρος ζώνης της μνήμης είναι κάπου στο εύρος 15-20%. Συνολικά, οι βελτιστοποιήσεις και οι αλλαγές στο A77 έχουν κατά μέσο όρο αύξηση απόδοσης 20 τοις εκατό σε σχέση με την προηγούμενη γενιά. Με νεότερα πρότυπα τεχνολογίας όπως τα 7nm ULV, μπορούμε να έχουμε επιπλέον οφέλη στα τελικά τσιπ.
Η ARM σχεδίασε το Cortex-A77 για να λειτουργεί σε ένα πακέτο 4+4 big.LITTLE (4 ισχυροί πυρήνες και 4 απλοί ενεργειακά αποδοτικοί). Όμως, δεδομένης της αυξημένης περιοχής της νέας αρχιτεκτονικής, πολλοί κατασκευαστές, για να εξοικονομήσουν χρήματα, μπορούν να εισαγάγουν πακέτα 1 + 3 + 4 ή 2 + 2 + 4, τα οποία εφαρμόζονται ήδη ενεργά, όπου μόνο ένας ή δύο πυρήνες θα είναι πλήρες άκοπο Α77.
Πηγή: 3dnews.ru