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新移動架構來了,ARM改變了什麼?

大家都知道,無論是高通驍龍,還是聯發科曦力,亦或是華為海思,這些移動端的CPU都遵循ARM公司的Cortex-A系列架構設計。又是一個6月,按照慣例,ARM公司在舊金山發布了全新的Cortex-A76架構。今天,小編就和大家一起解讀號稱用2.4GHz即可將現有高通驍龍旗艦CPU845斬於馬下的Cortex-A76架構。

新移動架構來了,ARM改變了什麼?

數碼愛好者們對ARM的架構代號想必已經耳熟能詳,但或許並不知道這些架構具體出自誰手。實際上,ARM在全球擁有3家設計團隊,分別是位於美國德州的奧斯丁團隊、位於法國南部的索菲亞團隊以及位於英國大本營的劍橋團隊。

這三家團隊各有分工,奧斯丁團隊負責設計高性能架構,代表作為Cortex A57和Cortex A72;劍橋團隊專門設計Cortex A53和Cortex A55等低功耗架構;而索菲亞團隊則主打均衡,Cortex A73和Cortex A75便是出自其手。

新移動架構來了,ARM改變了什麼?

但是由於穆爾定律在28納米節點上慢下來,奧斯丁團隊在皮質A57和皮質A72體系結構上有兩個瓶頸,性能很強,但是功率和熱量也令人震驚。從那時起,奧斯丁的球隊一直一無所獲。就在人們幾乎忘記了美國強隊的時候,奧斯丁隊帶回了一個全新的皮質A76。

從設計的角度來看,皮質A76對於ARM來說是至關重要的,ARM是一個全新的微架構,是"第二代奧斯丁家族"的領導者,代表著一個新的開始。ARM稱之為"具有PC級性能的移動終端處理器"。

在最近的7nm工藝中,皮質A76有望達到3GHz。與基於10nm的製造和2.8GHz的皮質A75相比,能耗降低了40%,性能提高了35%,機器學習能力提高了4倍。

皮質A76體系結構分析

皮質A76是一個加擾的超標量核。前端為4,後端為13級管道。執行延遲分為11個階段。ARM正在設計一個"方向預測獲取"單元,這意味著分支預測單元將被反饋到提取單元。ARM還率先使用了"混合間接預測單元",它將預測單元與參考單元分離,並支持內核中模塊的獨立操作。在操作過程中使用時鐘門控更容易省電。

皮層A76分支預測單元由3級BTB(分支目標高速緩存)支持,包括16鏈路NNOBTB、64鏈路MIPBTB和6000鏈路主BTB。在皮質A73和皮質A75中,ARM聲稱其分支預測單元幾乎可以預測所有分支,並且這一新的皮質A76單位似乎比以前更強。

基準單元的運行速度為每時鐘周期16位元組。分支預測單元的運行速度是參考單元的帶寬的兩倍,每個周期為32位元組,並且可以在12"塊"單元之前提供獲取隊列。這樣做的目的是隱藏分支氣泡在管道中的分支預測誤差是錯誤的,並避免使參考單元和其餘的核心停滯,而手臂被稱為皮質A76最多可響應8個分支預測誤差每周期最多。

皮層A76的提取單元可以提供多達16個32位指令,並且獲取流水線由2個指令對齊和解碼周期組成。在指令解碼和重命名階段,皮層A76可以每周期輸出4條指令,並輸出指令每指令1.06MOPS的宏指令。

以前,皮質A72和皮質A75每周期可吞咽3條指令,而皮質A73僅吞咽2條指令。根據ARM公開的信息,皮質A73的解碼帶寬的解碼是與皮質A72相比優化能量效率,並且隨著移動處理器的性能要求的增加,皮質A75已經恢復了每周期3吞吐的設計。皮質A76進一步發展,成為公開版本中最高的解碼帶寬,但仍低於三星和蘋果的定製架構(三星M3每周期6吞咽/蘋果A11每7周期)。

在指令重命名階段,ARM將重命名單元分離,並使用時鐘門控來使用整數/ ASIMD /標記操作,每次從A73和A75將重命名和調度從2次縮短到1次循環。根據1.2畝OP指令的比例,將宏指令擴展到微操作,並與皮層A75的6μOPS /周期和皮層A73的4μOPS /周期相比,進行了每周期8 MU OPS的操作。

皮質A76隨機排序窗口的大小為128,緩衝區分為指令管理和註冊恢復兩個結構,稱為混合提交系統。由於性能縮放比例僅為1/7,也就是說,緩衝器增加7%只能提高1%的性能,因此ARM不關注增強這部分的設計。

在流水線方面,整數部分由6個問題隊列和執行埠組成,總共有3個整數執行流水線,以及1個16個深度問題隊列。其中,2個整數流水線可執行簡單算術運算,1個可執行乘法,除法和CRC複雜運算。ASIMD/浮點部分包含2條流水線,它們由2個2個深度問題隊列服務。

在整數操作中,皮層A76減少了從3個周期的皮層A75到2個周期的增殖和增殖積累延遲,並且總吞吐量保持不變。由於皮質A76有3個整數流水線,簡單算術運算的吞吐量比皮質A75的2流水線的吞吐量增加了50%。

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