芯智讯|Arm发布A78、G78、N78内核！还有支持自定义的Cortex-X系列CPU

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北京时间5月26日晚间， Arm正式公布了其最新的高端移动内核IP ，即Cortex-A78 CPU、Mali-G78 GPU以及Ethos-N78 NPU ，它们将为2021年及以后的下一代旗舰智能手机提供动力。与此同时， Arm还推出了全新的支持自定义的Cortex-X系列内核。
Cortex-A78：5nm下性能提升20% ，功耗降低50%
据介绍， Cortex-A78 CPU内核是基于Austin微架构的第三代产品（前两代是Cortex-A76和Cortex-A77），不过， Cortex-A78并没有盲目追求性能提升，依然是注重于性能、功耗和面积的平衡。
根据ARM的说法， Cortex-A78的架构性能（也就是IPC）只提升了7% ，功耗降低了4% ，内核小了5% ，四核簇面积的缩小了15% 。虽然微架构上变化不大，但是如果跟工艺结合起来，那Cortex-A78在5nm加持下就变化很大了。

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在同样的每核心1W功耗下，基于7nm工艺的Cortex-A77主频可以达到2.6GHz ，而基于5nm工艺的Cortex-A78频率可达3.0GHz ，性能提升了20%左右。
在能耗方面，在相同的性能下， 5nm工艺的2.1GHz Cortex-A78功耗比7nm工艺2.3GHz的Cortex-A77降低了50% ，有助于提高5G手机的续航。
Arm表示， Cortex-A78主要面向2021年及以后的下一代旗舰智能手机。不过考虑到现在已经接近年中，最快可能也要2021年底见到相应的产品。 Arm也没提到有哪些公司现在应用了这个架构。
全新Cortex-X系列内核：为性能而生
除了Cortex-A78之外， Arm此次还推出了全新的Cortex-X系列CPU内核， Cortex-X1则是该系列的首款CPU内核。

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与Cortex-A78还要兼顾性能、功耗、面积不同， Cortex-X1使用了全新的架构，是Arm专门为实现性能大幅提升而设计的。
Cortex-X1还提供了更灵活的定制特性。大家都知道， Cortex-A系列公版授权能改的地方不多，主要就是缓存部分，而Cortex-X1则允许客户进行自定义，有更多的不同特性，在研发早期阶段就允许客户参与。
从架构细节上来看， Cortex-X1与Cortex-A78都是ARMv8.2指令集下的，指令集是兼容的，但Cortex-X1是自定义CPU内核，解码带宽从4路提升到5路，增加了25% ， NEON浮点从2×128b提升到了4×128b ，相当于浮点性能翻倍。缓存方面， Cortex-X1的L1缓存可达64KB ， L2缓存1MB ， L3缓存可达8MB ，均是Cortex-A78的两倍。

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那Cortex-X1的性能提升到底如何呢？根据Arm公布的资料显示，与Cortex-A77架构相比， Cortex-X1的整数性能提升了30% ，比最新的Cortex-A78也提升了22% ，机器学习性能提升了100% 。

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当然，那些性能提升是理论值。在SPEC2006的测试中，单核性能提升4%到30%不等，似乎并没有想象中的给力。不过需要指出的是，这个测试仍是基于Arm公版Cortex-X1的性能，而后续各芯片厂商推出的自定义的版本性能或将更强。

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有了Cortex-X1之后，第一个想到的其实就是超大核，因为高通、华为在骁龙865、麒麟990上都设计了三簇核心，不像之前的4＋4大小搭配，而是变成了2＋2＋4或者1＋3＋4等，将其中1个或者2个大核心独立出来，频率也是最高的。分页标题
现在Cortex-X1的问世，后续可能会出现Cortex-X1与Cortex-A78、Cortex-A55核心的组合。
一种典型的组合就是1个Cortex-X1超大核、3个Cortex-A78大核，再加上4个Cortex-A55低功耗小核，搭配1MB L2、8MB L3 ，组成一套DynamIQ集群。
4个Cortex-A78、搭配4MB L3缓存，其性能比前代升20% ，同时核心面积降低15% ，而1个Cortex-X1、3个Cortex-A78搭配8MB L3缓存的话，虽然核心面积会增加15% ，但峰值性能提升了30% 。
Mali-G78 GPU：性能提升25%
除了通用计算部分更新升级， Arm又带来了新的旗舰级Mali-G78 GPU、次旗舰级Mali-G76 GPU 。
去年的Mali-G77首次采用了全新的Valhall图形架构，得到了顶级SoC的广泛采纳，而这次的Mali-G78自然是它的升级版，最突出的就是首次支持到24个核心，相比Mali-G77 16个增加了一半。
Arm宣称，综合架构、工艺等各方面的改进， Mali-G78相比于Mali-G77的性能提升幅度可达25% ，即便是在同等工艺条件下也可提升15% ，同时能效提升10% ，机器学习性能提升15% 。

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除了扩大规模， Mali-G78在架构方面也做了升级改进，但并不是很多，官方重点强调的只有一点，就是从整个GPU只有一个全局时钟域，改为新的两级结构，实现了上层共享GPU模块与实际着色器核心频率的分离，也就是异步时钟域。
这样一来， GPU的核心可以工作在与其他部分不同的频率上，可快可慢，从而解决几何输出与计算、纹理、引擎之间的不平衡问题，还能让GPU运行在不同电压上，从而降低功耗、提高能效，这也是桌面级CPU、GPU通用的做法。
另外， Mali-G78彻底重写了FMA(融合乘加)引擎，包括新的乘法架构、新的加法架构、FP32/FP16浮点，可以节省30％的功耗。

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Mali-G78 还有一个名为 Mali-G68 的小改款，定位中端，其核心设计与 G78 完全相同，区别在于最高仅支持 6 个 GPU 核心，用限制核心数量来区隔产品之间的性能上限。
Ethos-N78 NPU
Arm还推出全新的第二代NPU内核Ethos-N78 ，主要负责机器学习任务，相比上一代 Ethos-N77 峰值运算性能提升超过 2 倍，能效提升 25% 。

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N78将提供超过90种不同的配置，为专门的工作流程。这意味着，芯片设计厂商计划实现一些严重依赖于机器学习性能的新功能，它可以选择一个针对该用例表现最佳的改进版本。
编辑：芯智讯-林子综合自网络
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