ARM ha presentato il suo ultimo design di processore, il Cortex-A77. Come il Cortex-A76 dell'anno scorso, questo core è progettato per attività di fascia alta negli smartphones e in un'ampia varietà di dispositivi. In esso, lo sviluppatore mira ad aumentare il numero di istruzioni eseguite per clock (IPC). La velocità di clock e il consumo energetico sono rimasti approssimativamente al livello del Cortex-A76.
Attualmente ARM mira ad aumentare rapidamente le prestazioni dei suoi core. Secondo i suoi piani, a partire dal Cortex-A73 del 2016 fino al design Hercules del 2020, l'azienda intende aumentare la potenza della CPU di 2,5 volte. Già le transizioni da 16 nm a 10 nm e poi a 7 nm hanno permesso di aumentare la frequenza di clock e, in combinazione con l'architettura Cortex-A75 e poi Cortex-A76, secondo le stime ARM, un aumento delle prestazioni di 1,8 volte è stato raggiunto fino ad oggi. Ora il core Cortex-A77 consentirà, grazie all'aumento dell'IPC, di aumentare le prestazioni di un altro 20% alla stessa frequenza di clock. Cioè, un aumento di 2,5 volte nel 2020 diventa del tutto reale.
Nonostante l'aumento del 20% dell'IPC, ARM stima che il consumo energetico dell'A77 non sia aumentato. Il compromesso in questo caso è che l'area del chip A77 è circa il 17% più grande dell'A76 con gli stessi standard di elaborazione. Di conseguenza, il costo di un singolo core aumenterà leggermente. Se confrontiamo i risultati di ARM con quelli dei leader del settore, vale la pena dire che AMD con Zen 2 ha ottenuto un aumento IPC del 15% rispetto a Zen+, mentre il valore IPC dei core Intel è rimasto più o meno lo stesso per molti anni.
La finestra di esecuzione per modificare la sequenza dei comandi (dimensione della finestra fuori ordine) è stata aumentata del 25%, a 160 unità, il che consente al kernel di aumentare il parallelismo dei calcoli. Anche il Cortex-A76 aveva un grande Branch Target Buffer, e il Cortex-A77 lo ha aumentato di un altro 33%, fino a 8 KB, il che consente all'unità di previsione dei branch di far fronte efficacemente all'aumento del numero di istruzioni parallele.
Un'innovazione ancora più interessante è una cache completamente nuova da 1,5 KB che memorizza le operazioni macro (MOP) restituite dal modulo di decodifica. L'architettura del processore ARM decodifica le istruzioni dell'applicazione utente in macro-operazioni più piccole, quindi le suddivide in micro-operazioni che vengono passate al core di esecuzione. La cache MOP viene utilizzata per ridurre l'impatto di branch e flush mancanti poiché le operazioni macro sono ora archiviate in un blocco separato e non richiedono la ricodifica, aumentando così il throughput complessivo del core. In alcuni carichi di lavoro, il nuovo blocco rappresenta un'aggiunta estremamente utile alla cache delle istruzioni standard.
Un quarto blocco ALU e un secondo blocco di diramazione sono stati aggiunti al core di esecuzione. La quarta ALU aumenta il throughput complessivo del processore di 1,5 volte abilitando istruzioni a ciclo singolo (come ADD e SUB) e operazioni push-pull su numeri interi come la moltiplicazione. Le altre due ALU possono gestire solo istruzioni di base a ciclo singolo, mentre l'ultimo blocco viene caricato con operazioni matematiche più complesse come divisione, moltiplicazione-accumulo, ecc. Un secondo blocco di ramo all'interno del core di esecuzione raddoppia il numero di transizioni di ramo simultanee. core può gestire il lavoro, il che è utile nei casi in cui due dei sei comandi inviati si riferiscono alle transizioni dei rami. I test interni presso ARM hanno dimostrato vantaggi in termini di prestazioni derivanti dall'utilizzo di questo secondo blocco di diramazioni.
Altre modifiche al kernel includono l'aggiunta di una seconda pipeline di crittografia AES, una maggiore larghezza di banda della memoria, un motore di prefetch dei dati di nuova generazione migliorato per migliorare l'efficienza energetica aumentando al contempo il throughput DRAM del sistema, ottimizzazioni della cache e altro ancora.
I maggiori guadagni si vedono nel Cortex-A77 nelle operazioni con numeri interi e in virgola mobile. Ciò è supportato dai benchmark SPEC interni di ARM, che mostrano miglioramenti delle prestazioni del 20% e del 35% rispettivamente nelle operazioni con numeri interi e in virgola mobile. I miglioramenti della larghezza di banda della memoria sono nell'ordine del 15-20%. Nel complesso, le ottimizzazioni e le modifiche apportate all'A77 hanno comportato un aumento medio delle prestazioni del 20% rispetto alla generazione precedente. Con le norme tecnologiche più recenti come ULV da 7 nm, possiamo ottenere ulteriori vantaggi nei chip finali.
ARM ha sviluppato Cortex-A77 per funzionare in una combinazione big.LITTLE 4+4 (4 core potenti e 4 semplici ad alta efficienza energetica). Ma, data l'area ampliata della nuova architettura, molti produttori, per risparmiare denaro, possono introdurre le combinazioni 1+3+4 o 2+2+4, già praticate attivamente, in cui verranno utilizzati solo uno o due core essere A77 a tutti gli effetti, non tagliato.
Fonte: 3dnews.ru