واحد خبر mobile.ir : همانطور که پیش‌بینی می‌شد شرکت Arm ساعاتی پیش در روز سه‌شنبه 25 می 2021 (4 خرداد 1400) از جدیدترین طراحی‌هایی خود برای پردازنده‌ها و گرافیک‌های این برند پرده برداشت. Arm در این نوبت پس از سال‌ها از اولین نسل معماری 64 بیتی خود یعنی Armv8 به نسل جدید Armv9 مهاجرت کرده و از تلاش برای پایان دادن به طراحی 32 بیت در طی سال‌های آینده سخن گفته است. سه پردازنده جدید مبتنی بر Armv9 این شرکت شامل Cortex-X2 به‌عنوان جانشینی برای Cortex-X1 سال گذشته، Cortex A710 به‌عنوان نسل بعدی Cortex-A78 و بالاخره Cortex-A510 می‌شود که این آخری پس از گذشت چهار سال اولین آپدیت برای هسته‌های سطح پایین A55 به حساب می‌آید.

طراحی CPUهای Arm در حال حاضر در تمامی گوشی‌های موبایل از اپل و سامسونگ گرفته تا شیائومی، اوپو، ویوو، موتورولا و تمامی برندهای دیگر حضور پر رنگ و تعیین‌کننده‌ای داشته و با وجود آن‌که در برخی موارد هسته‌های خام شکل گرفته براساس این طراحی‌ها با تغییراتی از سوی شرکت‌های سازنده روبرو می‌شود اما این موضوع تأثیری در حضور بلامنازع طراحی‌های Arm در تمامی گوشی‌های موبایل نداشته و با توجه به جایگاه پردازنده‌های این شرکت در بین سازندگان، این شرایط احتمالا در میان‌مدت و حتی شاید در بلندمدت نیز با تغییر خاصی روبرو نشود. برای توضیح بهتر جایگاه Arm در گوشی‌های موبایل باید به سراغ پردازنده‌های حاضر در این دستگاه‌ها رفت جایی‌که شرکت‌هایی نظیر کوالکام، اپل، سامسونگ و مدیاتک به‌عنوان تأمین‌کنندگان اصلی پردازنده‌های موبایلی همگی امتیاز طراحی هسته‌های پردازشی به‌کار رفته در چیپ‌ست‌های خود را از Arm تهیه کرده و سپس این هسته‌ها را در کنار اجزای دیگر مثل گرافیک، پروسسور سیگنال تصویری (ISP)، پروسسور سیگنال دیجیتال (DSP)، حافظه رم، مودم و... قرار داده و یک چیپ‌ست کامل برای قرارگیری در یک گوشی موبایل عرضه می‌کنند.

برای نمونه می‌توان به چیپ‌ست Snapdragon 888 از شرکت کواکام اشاره کرد که در حال حاضر سریع‌ترین و پیشرفته‌ترین پروسسور دنیای اندروید به حساب می‌آید. در ساختار این چیپ‌ست از یک هسته Cortex-X1 همراه با 3 هسته Cortex-A78 و 4 هسته A55 استفاده شده که همگی براساس طراحی‌های انحصاری شرکت Arm ساخته شده‌اند. این طراحی‌ها براساس معماری 64 بیتی Armv8 شکل گرفته‌اند اما Arm به‌تازگی از معماری مجموعه‌ی دستورالعمل (instruction set architecture یا ISA) جدید Armv9 رونمایی کرده که قرار است در یک دهه آینده مورد استفاده قرار گیرند. این معماری 64 بیتی جدید با Armv8 همچنان منطبق بوده اما ویژگی جدیدی در حوزه‌های مختلف به آن افزوده شده است. با حرکت به سمت Armv9، تمامی CPUهای موبایلی این شرکت نیز نیاز به به‌روزرسانی و آپگرید داشته و بدین‌ترتیب سه پردازنده جدید A710، X2 و A510 متولد شده‌اند. Arm علاوه بر سه هسته پردازشی اشاره شده از چهار گرافیک جدید با نام‌های Mali-G510 ،Mali-G610 ،Mali-G710 و Mali-G310 نیز در کلاس‌های مختلف از بالانشین تا پایین‌رده رونمایی کرده که در ادامه به معرفی آن‌ها نیز خواهیم پرداخت.

Arm Cortex-X2: قوی‌تر شدن هسته‌های کاستوم

Cortex-X1 اولین دستاورد برنامه CXC (Cortex-X Custom) شرکت Arm بود که سال گذشته همزمان با A78 معرفی شد و راه خود را در پروسسورهای قدرتمند Snapdragon 888 و Exynos 2100 باز کرد. این هسته پردازشی به گفته ARM تا 30 درصد کارایی بالاتری را نسبت به A77 فراهم کرده و نقش هسته برتر یا پرایم را در حضور هسته‌های میانی A78 و هسته‌های رده پایین A55 ایفا می‌کرد. Cortex-X2 به‌عنوان نسل دوم این رده حالا به گفته شرکت سازنده در یک فرایند ساخت یکسان و فرکانس مشترک تا 16 درصد سرعت بالاتری نسبت به X1 ارائه می‌کند. البته توجه به این واقعیت نیز اهمیت دارد که X2 همچون دیگر محصولات ارائه شده در این نوبت از ابتدای سال آینده در بازار حضور خواهند داشت و بدین‌ترتیب احتمالا از لیتوگرافی پیشرفته‌تری نسبت به طراحی‌های سال 2021 بهره خواهد برد.

Arm عملکرد حداکثری X2 را بهینه‌سازی کرده و پرفورمنس یادگیری ماشینی آن نیز دو برابر بهبود پیدا کرده است. مطابق انتظار این شرکت، پروسسورهای ساخته شده با Cortex-X2 با در نظر گرفتن دیگر تغییرات جدید مثل حافظه کش بیشتر، تا 30 درصد پرفورمنس بالاتری را نسبت به گوشی‌های پرچمدار سال 2021 تجربه خواهند کرد. بهبود پرفورمنس تک رشته‌ای این هسته به‌گفته Arm تا 40 درصد بالاتر از یک پردازنده میان‌رده لپ‌تاپی سال 2020 بوده و به‌طور مشخص از پروسسور Intel Core i5-1135G7 نام برد که در نوع خود رکورد جالب توجه‌ای به‌نظر می‌رسد. مجموعه‌ای از هسته‌های X2 قادر به تجمیع درون یک کلاستر برای عملکرد در ساختار یک لپ‌تاپ بوده که تعداد آن‌ها در این حالت تا 8 عدد نیز قابل افزایش است. کلاسترهای 8 هسته‌ای X2 همچنین قادر به پشتیبانی از 16 مگابایت حافظه کش L3 و 32 مگابایت کش سیستمی (SLC) بوده و از اتصال به دیگر بلاک‌های IP نظیر هسته‌های GPU و DRAM نیز پشتیبانی می‌کند. بدین‌ترتیب می‌توان انتظار مشاهده هسته‌های پیشرفته X2 در لپ‌تاپ‌های ویندوزی و کروم‌بوک‌های مبتی بر Arm را در آینده نزدیک داشت؛ دیوایس‌هایی که به‌گفته Arm از پرفورمنس بالایی برخوردار بوده و تمامی روز باتری خواهند داشت.

Arm Cortex-A710: دو برابر پرفورمنس بالاتر در یادگیری ماشینی

در حالی‌که پردازنده‌های پیشرفته کوالکام تا به امروز با پسوندهای عددی دو رقمی شناخته می‌شدند و آخرین نمونه آن‌ها یعنی Cortex-A78 نیز این رسم را ادامه داده بود، این هسته‌ها حالا در رویکرد جدید Arm با نام‌گذاری تازه‌ای همراه شده‌اند؛ اولین هسته جدید از این نسل، Cortex-A710 نام دارد که با وجود آن‌که از لحاظ قدرت پردازشی در جایگاه پایین‌تری نسبت به X2 قرار می‌گیرد اما هنوز 10 درصد پرفورمنس بالاتری را در مقایسه با A78 (در یک فرایند ساخت مشترک) ارائه می‌کند که با وجود آن‌که چندان فوق‌العاده به‌نظر نمی‌رسد اما با وارد کردن فرایندهای یادگیری ماشینی (ML) و مصرف انرژی با شرایط متفاوتی روبرو می‌شویم و Arm از 2 برابر پرفورمنس بالاتر یادگیری ماشینی و 30 درصد مصرف بهینه‌تر انرژی سخن می‌گوید.

برخلاف هسته‌های X2 که پشتیبانی از AArch32 (اپلیکیشن‌های 32 بیتی) جایی در آن ندارد در A710 همچنان از AArch32 پشتیبانی می‌شود؛‌ قابلیتی که البته به‌زودی به کنار گذشته شده و به‌گفته Arm تا سال 2023 تمامی هسته‌های پردازشی ساخت این شرکت صرفا 64 بیتی خواهند بود.

اگر فکر می‌‌کنید که Cortex-A710 پردازنده ضعیف‌تر از حد انتظاری‌ست کافی‌ست شنونده توصیف Arm از این هسته پردازشی در حضور گرافیک Mali-G710 (که در ادامه به معرفی آن خواهیم پرداخت) باشید؛ در این حالت در مقایسه با ترکیب پردازنده A78 و گرافیک G78 به‌گفته Arm با 33 درصد افزایش کارایی پردازنده و 20 درصد بهبود پرفورمنس GPU روبرو می‌شویم و این در حالی‌ست که مصرف انرژی نیز 15 درصد کاهش پیدا کرده است!

Arm Cortex-A510: تولدی پس از 4 سال

آخرین بار در اواخر می سال 2017 بود که شرکت Arm از هسته‌های سطح پایین Cortex-A55 به‌عنوان جانشینی برای هسته‌های A53 رونمایی کرد و این هسته‌ها در طی چندین نسل مختلف از Cortex-A75 و A76 گرفته تا A77 و A78 و حتی Cortex-X1 در کنار هسته‌های قوی‌تر Arm قرار گرفتند. این شرایط حالا بالاخره تغییر کرده و Cortex-A510 با پشتیبانی از Armv9 نه‌تنها در فرایندهای تک هسته‌ای حالا 35 درصد سریع‌تر از A55 است بلکه 3 برابر توانایی یادگیری ماشینی بالاتری داشته و 20 درصد نیز انرژی کمتری را مصرف می‌کند. این هسته پردازشی به‌گفته Arm در سطح هسته‌های قدیمی‌تر سری 7 این شرکت بوده و بدین‌ترتیب حضور تکی آن‌ها در گوشی‌های ارزان‌قیمت نیز می‌تواند تغییر بزرگی را رقم بزند. به‌عنوان نمونه‌ای جهت مقایسه باید از هسته بزرگ اما قدیمی A73 یاد کرد که A510 در مقایسه با آن در زمینه IPC (دستورالعمل به‌ازای هر سیکل یا Instructions per cycle) و فرکانس به‌ترتیب با 10 و 15 درصد بهبود روبرو شده و 35 درصد انرژی کمتری را مصرف می‌کند.

نکته جالب اصلی در مورد A510 به رویکرد ترکیب هسته‌ها در آن تعلق دارد جایی‌که با ساخت یک مجتمع (complex) جدید که از دو هسته تشکیل شده، امکان اشتراک‌گذاری کش سیستمی L2 و پایپ‌لاین‌ها مابین آن‌ها فراهم می‌شود. این قابلیت با این‌که در نگاه اول به رویکرد مشابه‌ای در AMD شباهت دارد اما عملا در زمینه نوع اشتراک‌گذاری تفاوت بزرگی را نشان می‌دهد جایی‌‌که در A510 تنها بک‌اند FP/SMID و کش L2 به اشتراک گذاشته شده و هسته‌ها به‌جز این موارد به‌صورت کامل و مجزا از هم قرار می‌گیرند.

ساختار ریزمعماری این پردازنده از نگاه شرکت سازنده آن را برای محدوده وسیعی از کارکردهای نیازمند به مصرف پایین‌ انرژی از اسمارت‌فون‌ها گرفته تا خانه‌های هوشمند و کارکردهای مرتبط با اینترنت اشیاء، به انتخاب مناسبی بدل خواهد کرد. ذکر این نکته نیز اهمیت دارد که هسته A510 یک هسته صرفا 64 بیتی‌ست و از این لحاظ به X2 شباهت دارد.

Mali-G710 و Mali-G610: دو برابر پرفورمنس GPU بالاتر به‌ازای هر هسته

به‌عنوان ادامه‌ای بر معماری گرافیک Valhall،‌ ویژگی‌های اصلی موتور اجرایی Mali-G710 عملا مشابه چیزی‌ست که پیش از این در نمونه‌های پیشین این رده از جمله Mali-G77 و Mali-G78 دیده‌ایم. نکته جدید در Mali-G710 به افزوده شدن یک موتور اجرایی جدید (execution engine) در آن است که قابلیت‌های محاسبانی آن را به‌ازای هر هسته سایه‌زن در معماری Valhall دو برابر می‌کند. بدین‌ترتیب در توصیف این GPU از 20 درصد سرعت بیشتر، 35 درصد بهبود در تسک‌های مرتبط با یادگیری ماشینی و 20 درصد مصرف انرژی کمتر سخن به میان آمده است.

یک پله پایین‌تر به Mali-G610 بر می‌خوریم که عملا از همان ساختار ریزمعماری G710 برخوردار است اما تعداد هسته‌های آن به کمتر از 7 عدد محدود شده و برای دیوایس‌های رده پایین‌تر به‌کار گرفته می‌شود.

Mali-G510 و Mali-G310: هجوم به رده پایین

دو GPU جدید Mali-G510 و Mali-G310 را به‌ترتیب باید نسخه‌های جدیدی از G57 و G31 نسل‌های قبلی دانست که نسبت به گذشته با تغییرات بزرگی در رده میانی و پایین روبرو شده‌اند. این تغییرات برای Mali-G510 شامل 100 درصد بهبود در پرفورمنس، 100 درصد کارایی بالاتر در زمینه یادگیری ماشینی و 22 درصد مصرف انرژی کمتر بوده و بدین‌ترتیب می‌توان آینده درخشانی را برای آن در کاربری‌هایی مثل گوشی‌های میان‌رده رو به پایین، تلویزیون‌های هوشمند و Set-top باکس‌ها پیش‌بینی کرد.

G310 نیز به نوبه خود آپدیت هیجان‌انگیزی در مقایسه با نسل قبلی به حساب می‌آید جایی‌که با تغییر معماری Bifrost به Valhall از 4.5 برابر پرفورمنس بالاتر، 6 برابر سرعت بیشتر در واحد‌های تکسچر و دو برابر کیفیت بالاتر در رندرنینگ رابط کاربری اندروید سخن به میان آمده است. G310 از یک طراحی تک هسته سایه‌زن برخوردار بوده و بدین‌ترتیب پیکربندی‌های آن منحصرا از طریق تغییر واحدهای اجرایی مختلف درون آن هسته به‌دست می‌آید.