ARM представила свій новий дизайн процесора - Cortex-A77. Як і торішній Cortex-A76, це ядро призначене для висококласних завдань у смартфонах і різних пристроях. У ньому розробник націлений збільшення кількості виконуваних за такт команд (IPC). Тактові частоти та енергоспоживання залишилися приблизно на рівні Cortex-A76.
В даний час ARM націлена швидко нарощувати продуктивність своїх ядер. Згідно з її планами, починаючи з Cortex-A73 2016 року та аж до дизайну Hercules 2020 року компанія має намір у 2,5 раза збільшити потужність ЦП. Вже переходи з 16 нм на 10 нм і потім на 7 нм дозволили підняти тактову частоту, а разом із архітектурою Cortex-A75 і потім Cortex-A76, за оцінками ARM, на сьогоднішній день досягнуто 1,8-кратний приріст продуктивності. Тепер ядро Cortex-A77 дозволить за рахунок зростання IPC збільшити продуктивність ще на 20% при колишній тактовій частоті. Тобто 2,5-кратний приріст у 2020 році стає цілком реальним.
Незважаючи на зростання IPC на 20%, за оцінками ARM, енергоспоживання A77 не зросло. Компроміс у цьому випадку полягає в тому, що площа кристала A77 приблизно на 17 % більша за A76 при однакових технологічних нормах. В результаті вартість окремого ядра трохи зросте. Якщо порівнювати досягнення ARM з лідерами галузі, то варто сказати, що AMD у Zen 2 досягла зростання IPC на 15% порівняно з Zen+, а значення IPC у ядер Intel багато років залишається приблизно на одному рівні.
Вікно виконання зі зміною послідовності команд (out-of-order window size) збільшено на 25% до 160 одиниць, що дозволяє ядру наростити паралелізм розрахунків. Навіть у Cortex-A76 був великий буфер адрес переходу (Branch Target Buffer), а в Cortex-A77 він був збільшений ще на 33%, до 8 Кбайт, що дозволяє блоку передбачення розгалужень ефективно справлятися зі зростанням кількості паралельних інструкцій.
Ще цікавішим нововведенням став повністю новий 1,5-Кбайт кеш, в якому зберігаються макрооперації (MOP), що повертаються з модуля декодування. Архітектура процесора ARM декодує інструкції з користувальницького додатка в дрібніші макрооперації, а потім розбиває їх на мікрооперації, що вже передаються ядру виконання. Кеш MOP використовується для зменшення впливу пропущених розгалужень і скидів, оскільки макрооперації зберігаються в окремому блоці і не вимагають повторного декодування - тим самим збільшується загальна пропускна здатність ядра. У деяких навантаженнях новий блок є дуже корисним доповненням до стандартного кешу інструкцій.
У ядрі виконання доданий четвертий блок ALU та другий блок розгалужень. Четвертий ALU збільшує загальну пропускну здатність процесора в 1,5 рази рахунок можливості виконання однотактних інструкцій (таких як ADD і SUB) і двотактних цілих операцій на кшталт множення. Два інших ALU можуть обробляти тільки базові однотактні інструкції, в той час як останній блок завантажується складнішими математичними операціями, такими як поділ, множення з накопиченням і т. д. Другий блок розгалуження всередині ядра виконання подвоює кількість одночасних переходів розгалужень, з якими працювати, що корисно у випадках, коли дві з шести відправлених команд відносяться до переходів розгалужень. Внутрішнє тестування в ARM показало виграш у продуктивності використання цього другого блоку переходів.
Серед інших змін ядра — додавання другого конвеєра шифрування AES, збільшення пропускної спроможності пам'яті, удосконалений механізм попередньої вибірки даних наступного покоління, що дозволяє підвищити ефективність енергоспоживання та одночасно збільшити пропускну спроможність системи DRAM, оптимізацію роботи кешу тощо.
Найбільший приріст спостерігається в Cortex-A77 у цілих операціях і обчисленнях з плаваючою комою. Це підтверджується внутрішніми тестами ARM у SPEC, які показали підвищення продуктивності на 20 % та 35 % у цілих операціях та обчисленнях з плаваючою комою відповідно. Поліпшення пропускної спроможності пам'яті знаходяться десь у діапазоні 15-20%. В цілому, оптимізації та зміни в A77 у середньому дають 20-відсоткове зростання продуктивності порівняно з попереднім поколінням. За рахунок нових технологічних норм на кшталт 7 нм ULV ми можемо отримати додаткові переваги в кінцевих чіпах.
ARM розробила Cortex-A77 для роботи у зв'язці 4+4 big.LITTLE (4 потужні ядра та 4 простих енергоефективних). Але, враховуючи збільшену площу нової архітектури, багато виробників з метою економії можуть уявити зв'язки 1+3+4 або 2+2+4, які вже активно практикуються, де тільки одне або два ядра будуть повноцінними неврізаними A77.
Джерело: 3dnews.ru