從14核CPU到AI游戲，淺析Arm新架構(gòu)的更多細(xì)節(jié)

前段時間，我們?nèi)咨钜呀?jīng)給大家分析過Arm最新一代的CPU和GPU架構(gòu)設(shè)計，不過當(dāng)時的資料主要還是來源于官方博客文章，以及面向大眾公布的相關(guān)信息。

考慮到這些資料的宣傳目的，它們通常并不會講得特別詳細(xì)，特別是在一些技術(shù)細(xì)節(jié)、研發(fā)背景等方面往往會比較為缺乏。這也就是為什么我們會在當(dāng)時的內(nèi)容中指出其中的一些性能對比的數(shù)據(jù)缺乏參數(shù)說明，甚至可能會影響到可信度的原因。

日前在參與了Arm方面召開的技術(shù)溝通活動，并與相關(guān)專家們近距離接觸后，我們也終于得以為大家揭示更多關(guān)于Arm最新一代消費(fèi)級計算終端平臺的更多細(xì)節(jié)。

從X4到X925，命名規(guī)則大改背后的邏輯

這次首先要說的，就是Arm本世代產(chǎn)品線的命名改變。

眾所周知，過去Arm的“超大核”在命名上采用了很特別的單位數(shù)規(guī)則，即從Cortex-X1到X4。這些名稱有兩個好處，其一是它可以清晰地表明架構(gòu)的代次，第二點就是這種單位數(shù)命名完全不同于大核(Cortex-A700系列)和小核(Cortex-A500系列)的形式，會讓人“一眼就感受到”超大核的特殊地位。

但這種情況，在這一代上明顯發(fā)生了改變。按照Arm方面最開始的說法，他們之所以要將新的超大核命名為Cortex-X925，主要是想要體現(xiàn)其(相對于以前的Cortex-X系列)取得了有史以來最大的代際性能進(jìn)步。

有意思的是，當(dāng)我們?nèi)咨钐岢?，新的命名反而可能會讓這一代的“超大核”看起來顯得不那么“特別”后，Arm方面顯得相當(dāng)驚訝，但他們也因此進(jìn)行了一些很有價值的補(bǔ)充說明。

其一，是Cortex-X925這次雖然換用了與大核、小核相同“規(guī)則”的命名方式，但它的定位并沒有降低，依然是旗艦專屬。Arm方面的相關(guān)人士甚至還專門強(qiáng)調(diào)，Cortex-X925并不會成為通用產(chǎn)品，Cortex-X 系列持續(xù)定位為Arm和合作伙伴定制合作的專用旗艦平臺。

其次在Arm方面看來，Cortex-X925這個新的名稱，也有為了顯示其與新的Immortalis-G925旗艦GPU“相配”的意思。當(dāng)然，這對于Arm在推廣旗艦組合方面，也可以讓客戶和生態(tài)伙伴更易于連結(jié)。

智能手機(jī)何必只有8核，Arm已經(jīng)鋪平了道路

其次，在提到如今智能手機(jī)SoC中CPU的核心布局時，許多朋友想必首先都會想到“8核CPU”這個概念。即便是在最近這兩年，一些頂級旗艦SoC里的“大中小”CPU核心組合比例發(fā)生了各種各樣的變化，但它們絕大多數(shù)還是維持在“總共8核”的水平上。

但是在我們?nèi)咨羁磥?，如今這種對于“8核CPU”的堅持，其實未必是源自軟件優(yōu)化方面的需求，因為具體到應(yīng)用上，實際上并沒有幾個軟件真的能夠“完全吃滿”8個CPU線程。在實際使用中，反而更多的場景都是許多軟件在“共享”CPU的資源，它們有的可能只能用到1顆核心、有的可以用到2核心，還有的可能可以同時使用4個核心，靠的都是手機(jī)自身在進(jìn)行智能調(diào)度。

換句話說，實際上對于如今的智能手機(jī)而言，超過8顆的CPU核心設(shè)計未必會有什么優(yōu)化問題。因為根據(jù)Arm新發(fā)布的終端CSS，連接CPU核心的DSU-120可支持高達(dá)14顆核心，而且，Arm實際上在最新一代的產(chǎn)品組合里，就提供了相當(dāng)有“想象力”的CPU組合方案，比如它甚至可以支持12顆Cortex-X925搭配2顆Cortex-A725、從而組成驚人的14核CPU配置。

在此基礎(chǔ)上，綜合各方面的已知信息來看，真正制約了如今智能手機(jī)SoC核心數(shù)量的因素，其實是芯片設(shè)計時的面積控制需求。比如Arm的發(fā)言人就提到，最近幾年手機(jī)SoC里的CPU部分所占用的面積幾乎是“原地踏步”。而在我們?nèi)咨羁磥?，為了給其他更“熱門”的計算單元(比如ISP或NPU)騰出面積，或許才是導(dǎo)致芯片廠商大多不敢突破8核心CPU的原因所在。

針對這一點，Arm終端CSS可以彈性面向多樣市場。比如，他們?yōu)橹髁飨M(fèi)技術(shù)市場提供Cortex-A725的面積優(yōu)化實現(xiàn)。這種設(shè)計下的Cortex-A725雖然跑不到很高的頻率，卻可以顯著縮小面積、同時保障IPC和能效不降低。筆者認(rèn)為，這其實就是在鼓勵有“追求”的SoC廠商可以“大核當(dāng)小核用”，從而塞進(jìn)更多的大核、甚至是超大核在他們的SoC里。

重視光柵性能提升，Arm新款GPU的方向?qū)α?/strong>

除了更大膽的CPU設(shè)計，Arm這一代的GPU方案也有一些潛在的亮點。

首先從基本的產(chǎn)品規(guī)劃上來看，大家已經(jīng)知道Arm這代的GPU包含三條產(chǎn)品線，即Immortalis-G925、Mali-G725和Mali-G625。

在此前的產(chǎn)品解析內(nèi)容里我們?nèi)咨钜呀?jīng)提到，這一代的三款GPU本質(zhì)上采用的都是相同架構(gòu)，它們的區(qū)別主要體現(xiàn)在明顯的核心數(shù)量差異，以及對光線追蹤的支持與否上。

但實際上在我們這次與Arm方面的溝通中得知，這一代的Mali-G725 GPU盡管在官方資料中并沒有光追的相關(guān)標(biāo)注，但實際上也可以被配置為支持光追。

看到這里，可能有些PC玩家會產(chǎn)生不好的聯(lián)想。因為這是否意味著未來我們會看到一些“不夠高端”的SoC，用著中端配置的Mali GPU，卻公然宣傳支持“旗艦級光追特性”呢?

雖然不能完全否定這種可能性，但值得關(guān)注的是，至少在這一代的GPU基礎(chǔ)架構(gòu)上，Arm的設(shè)計思路是極為“務(wù)實”的。比如Immortalis-G925現(xiàn)在支持更多的著色器數(shù)量，同時它的底層圖塊吞吐量和著色器作業(yè)分配的速度都得到了顯著提升。

除此之外，通過與Epic Games以及Google和聯(lián)發(fā)科的合作，Arm GPU現(xiàn)在可以支持桌面級的虛幻5渲染器、用于光線追蹤的Lumen光照解決方案，以及安卓動態(tài)性能框架(Android Dynamic Performance Framework)，從而實現(xiàn)更復(fù)雜的主機(jī)級游戲光線追蹤品質(zhì)，以及更高分辨率、更清晰的游戲視覺效果。

如果將這種做法與當(dāng)前PC上的顯卡功能方向去進(jìn)行對比就會發(fā)現(xiàn)，事情變得有那么一點點諷刺了。因為PC上的GPU現(xiàn)在普遍在追求用AI去“縮放”游戲畫面，這是因為它們本身的光柵性能進(jìn)步幅度追不上顯示器分辨率、刷新率的升級速度。

但是Arm則沒有這樣去“取巧”，雖然如今智能手機(jī)的游戲真實渲染分辨率也普遍低于屏幕的物理分辨率，可他們還是選擇了實打?qū)嵉貜?qiáng)化GPU的硬件光柵能力。所以至少在解決問題的態(tài)度上，Arm這樣的做法目前顯然也更值得去點贊。

專注CPU AI加速，Arm的優(yōu)化方案很務(wù)實

最后必須要提及Arm的Kleidi軟件庫，這是一種旨在提升Arm處理器AI性能的官方軟件優(yōu)化方案。但是與大家熟知的其他一些智能手機(jī)AI加速技術(shù)相比，它又有著一些格外的特別之處。

首先，Kleidi專注于加速CPU上的AI性能，而并不依賴于GPU或NPU。這就會帶來一些顯著的好處，比如它完全可以在那些使用非Arm架構(gòu)NPU、GPU的SoC上起作用，而且相比于架構(gòu)五花八門的NPU和GPU，Arm的CPU在如今的移動平臺(特別是智能手機(jī))上顯然要“普及”得多的。所以這就意味著Kleidi可以很容易地觸及更多設(shè)備，而且適配、優(yōu)化起來也更容易，成本更低。

其次，雖然Kleidi是與Arm 2024年的產(chǎn)品線同期發(fā)布，但這并不意味著它只能支持最新的Arm CPU。事實上，Arm方面在設(shè)計Kleidi時，就已經(jīng)考慮到了對于老平臺的兼容性，它甚至可以用在“古老”的Arm V8指令集CPU上，去使用NEON這樣的老指令集去實現(xiàn)AI加速效果。

Arm方面通過實驗證明，僅僅通過代碼優(yōu)化就可以讓現(xiàn)有機(jī)型提升數(shù)十倍的AI生成速度

而且Kleidi也不需要開發(fā)者去學(xué)習(xí)某種全新的AI框架，Arm方面直接與MediaPipe、LLAMA.cpp、PyTorch和TensorFlow Lite進(jìn)行了合作集成。開發(fā)者可以很容易地讓主流AI功能在各種Arm設(shè)備，比如手機(jī)、Windows PC上“跑起來”，切實地加快相關(guān)應(yīng)用和功能的落地速度。

最后，Arm方面還正在與Unity合作開發(fā)端側(cè)推理引擎Sentis。它可以在所有支持Unity游戲引擎的設(shè)備上實現(xiàn)AI游戲體驗，將游戲中的AI模型內(nèi)存占用率降低72.5%，同時提升特定AI框架在游戲中的性能多達(dá)660%?？雌饋碛螒蛐袠I(yè)已經(jīng)在開始熱議的“分布式文案和生成式對話”，說不定首先會在手游領(lǐng)域落地了。