2019年5月，ARM發(fā)布了Cortex-A77 CPU和Mali-G77 GPU架構(gòu)（準(zhǔn)確說(shuō)是IP，又稱(chēng)內(nèi)核授權(quán)），剛剛量產(chǎn)的天璣1000+就是首款同時(shí)采用上述IP組合的旗艦級(jí)5G SoC。

ARM正式發(fā)布了下一代IP，由Cortex-X1、Cortex-A78和Mali-G78組成的“三劍客”，從即將在今年9月發(fā)布的麒麟1000開(kāi)始，未來(lái)的5G SoC都將因它們而獲益，并有望進(jìn)一步拉近與同期蘋(píng)果A系列SoC的性能差距。

那么，ARM新一代的“三劍客”都有啥特色？

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Cortex-A78：常規(guī)迭代更新

目前，驍龍865、天璣1000和Exyno 980等5G SoC都拿Cortex-A77架構(gòu)作為CPU中的“大核”，也因此獲得了強(qiáng)悍的運(yùn)算動(dòng)力。

作為Cortex-A77的接班人，Cortex-A78其實(shí)并沒(méi)有什么本質(zhì)上的變化，Cortex-A76、A77、A78都采用了相同的Austin微架構(gòu)，三代核心在設(shè)計(jì)上存在很多共性。

用ARM的話來(lái)說(shuō)，就是芯片供應(yīng)商（如高通、聯(lián)發(fā)科等）在構(gòu)建核心時(shí)可以非常容易地升級(jí)SoC的IP設(shè)計(jì)，不會(huì)花費(fèi)太多經(jīng)歷和成本，從而縮短了開(kāi)發(fā)周期。

因此，大家不要對(duì)Cortex-A78性能抱有太大期待，ARM官方數(shù)據(jù)顯示，A78相較于A77，其IPC（架構(gòu)性能）只提升了7%，功耗降低了4%，內(nèi)核小了5%，四核簇面積的縮小了15%。

還好，與Cortex-A78搭配的是最新一代的5nm制程工藝，天生就具備更好的能效比。

現(xiàn)在SoC內(nèi)單個(gè)“大核”在滿載時(shí)的功耗約為1W，此時(shí)7nm工藝生產(chǎn)的Cortex-A77可以跑到2.6GHz，而5nm工藝生產(chǎn)的Cortex-A78則可達(dá)到3GHz，相當(dāng)于在相同功耗下獲得了20%的性能提升。

另一方面，在相同的性能下，5nm工藝生產(chǎn)的2.1GHz Cortex-A78功耗比7nm工藝2.3GHz的Cortex-A77降低了50%，有助于提高5G手機(jī)的續(xù)航。

說(shuō)實(shí)話，ARM的這種計(jì)算方式令人頭大，不合理也不公平。如果Cortex-A77也用5nm工藝生產(chǎn)，性能也會(huì)比7nm工藝時(shí)提升不少，功耗也會(huì)明顯下降。

反之，如果用7nm工藝生產(chǎn)Cortex-A78，其性能和功耗表現(xiàn)也不見(jiàn)得比Cortex-A77好多少。

只是，新工藝和新架構(gòu)搭配是科技發(fā)展的趨勢(shì)也最經(jīng)濟(jì)，還利于宣傳。所以咱們也就別較真兒了。

Cortex-X1：自研的終結(jié)

從iPhone 5開(kāi)始，蘋(píng)果A系列處理器就開(kāi)始了“自研”之旅，而這也是為什么每一代iPhone的性能幾乎都可以領(lǐng)先同期Android手機(jī)圈的所有處理器。

所謂的“自研”，就是購(gòu)買(mǎi)ARM最高級(jí)的指令集授權(quán)，然后根據(jù)自身需要開(kāi)發(fā)兼容ARM的架構(gòu)，能領(lǐng)先ARM公版的Cortex-A架構(gòu)多少全看芯片商的技術(shù)水平。

高通曾在驍龍600/800時(shí)代采用過(guò)自研的Krait架構(gòu)，距離最新的驍龍820也是自研的Kyro。只是，高通發(fā)現(xiàn)自研架構(gòu)的能耗比很難領(lǐng)先公版Cortex-A架構(gòu)太多，不經(jīng)濟(jì)，所以從驍龍835開(kāi)始就采取了BoC戰(zhàn)略，也就是咱們常說(shuō)的“魔改”，基于現(xiàn)有的公版Cortex-A架構(gòu)進(jìn)行版定制化。

華為從麒麟980開(kāi)始，也采用了類(lèi)似的思路，其大核也是基于Cortex-A架構(gòu)進(jìn)行了“based”，同樣是一種魔改。需要注意的是，公版Cortex-A架構(gòu)可以進(jìn)行“魔改”的地方并不多，大家基本都是拿緩存部分開(kāi)刀，所以無(wú)論是高通還是麒麟，其魔改后的內(nèi)核與公版架構(gòu)之間的性能差異并不大，關(guān)鍵還是看主頻。

三星從Exynos 8890開(kāi)始也加入到自研大軍，并推出了名為貓鼬（Mongoose）的架構(gòu)核心。但是，經(jīng)過(guò)四代自主研發(fā)后，三星在2019年底已經(jīng)決定放棄自研的Mongoose內(nèi)核，并解散了位于德州奧斯汀的整個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，未來(lái)將全面使用ARM的設(shè)計(jì)方案。

可見(jiàn)，除了蘋(píng)果，其他芯片商的自研之路可謂一路荊棘，費(fèi)力不討好。

好消息是，ARM此次發(fā)布的“三劍客”中的Cortex-X1，其實(shí)就是一種允許芯片商在其上進(jìn)行高度定制的IP內(nèi)核，可以完全取代辛苦的“自研”之路。

從ARM公布的架構(gòu)細(xì)節(jié)上來(lái)看，Cortex-X1與Cortex-A78都是ARMv8.2指令集下的，指令集是兼容的，但Cortex-X1是自定義CPU核，解碼帶寬從4路提升到5路，增加了25%，NEON浮點(diǎn)從2條128b提升到了4條128b，相當(dāng)于浮點(diǎn)性能翻倍。緩存方面，Cortex-X1的L1緩存可達(dá)64KB，L2緩存1MB，L3緩存可達(dá)8MB，是Cortex-A78的兩倍。

基于以上的改進(jìn)，Cortex-X1較之上一代A77，其單核性能可提升30%、AI性能更是大漲100%。

按照ARM的規(guī)劃，未來(lái)Cortex-X1將扮演旗艦級(jí)5G SoC內(nèi)的“超大核”，而Cortex-A78則屬于普通的“大核”，再與Cortex-A55構(gòu)成“1+3+4”的三叢集DynamIQ集群，以實(shí)現(xiàn)性能和功耗的完美平衡。

唯一可惜的，就是Cortex-X1內(nèi)核會(huì)占用更大的封裝面積。ARM的資料顯示，4個(gè)Cortex-A78核心在搭配4MB L3緩存時(shí)，其性能比前代A77可提升20%，同時(shí)核心面積降低15%；而1個(gè)Cortex-X1+3個(gè)Cortex-A78在搭配8MB L3緩存時(shí)，雖然核心面積會(huì)增加15%，但峰值性能提升了30%。

換句話說(shuō)，Cortex-X1至少可以帶來(lái)比Cortex-A78額外的10%的性能提升，看起來(lái)也不大啊？

Mali-G78：計(jì)算單元暴增

在Android領(lǐng)域，ARM公版的Mali系列GPU已經(jīng)一枝獨(dú)秀，昔日的老對(duì)手PowerVR已被邊緣化。而新一代Mali-G78 GPU的問(wèn)世，將進(jìn)一步鞏固ARM的親兒子在GPU領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

也許是沒(méi)有太大的競(jìng)爭(zhēng)壓力，所以Mali-G78依舊沿用了Mali-G77采用的Valhall圖形架構(gòu)，但它對(duì)全局時(shí)鐘域進(jìn)行了優(yōu)化，改為全新的兩級(jí)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了上層共享GPU模塊與實(shí)際著色器核心頻率的分離，也就是異步時(shí)鐘域。這樣一來(lái)，GPU的核心可以工作在與其他部分不同的頻率上，可快可慢，從而解決幾何輸出與計(jì)算、紋理、引擎之間的不平衡問(wèn)題，還能讓GPU運(yùn)行在不同電壓上，從而降低功耗、提高能效，這也是桌面級(jí)CPU、GPU通用的做法。

此外，Mali-G78還徹底重寫(xiě)了FMA(融合乘加)引擎，包括新的乘法架構(gòu)、新的加法架構(gòu)、FP32/FP16浮點(diǎn)，可以節(jié)省30％的功耗。

在Mali-G77時(shí)代，最多可以搭配16個(gè)計(jì)算單元，也就是Mali-G77 MC16，但受制于成本、發(fā)熱和功耗，哪怕是最激進(jìn)的Exynos 990也才用了11個(gè)計(jì)算單元，即Mali-G77 MC11，天璣1000+則配備了Mali-G77 MC9。

這一次，Mali-G78最多可以武裝24個(gè)計(jì)算單元，較之前輩增加了50%。但正如上面的原因，哪怕搭配最新的5nm工藝，估計(jì)實(shí)際商用的最大規(guī)模也就是16個(gè)左右，再多手機(jī)散熱就壓不住了。

根據(jù)ARM的資料顯示，得益于綜合架構(gòu)、工藝等各方面的改進(jìn)，Mali-G78相比于Mali-G77的性能提升幅度可達(dá)25%，即便是在同等工藝條件下也可提升15%， 同時(shí)能效提升10%，機(jī)器學(xué)習(xí)性能提升15%。

看起來(lái)還不錯(cuò)。

此外，ARM還新推出了Mali-G68 GPU，用于填補(bǔ)Mali-G7系列和Mali-G5系之間的空白。從現(xiàn)有的資料來(lái)看，Mali-G68的架構(gòu)和參數(shù)和Mali-G78一模一樣，只是最多僅能搭配6個(gè)計(jì)算單元。

換句話說(shuō)，搭配1~6個(gè)計(jì)算單元的Mali-G78就叫Mali-G68，超過(guò)6個(gè)計(jì)算單元的則是Mali-G77。

即將在9月份發(fā)布的麒麟1000系列應(yīng)該是首發(fā)Cortex-A78和Mali-G78的5G SoC，但它能否用上Cortex-X1架構(gòu)還不得而知。而明年上市的驍龍875、天璣2000和Exyno 1000系列也將用上“三劍客”中的至少1個(gè)成員，至于它們實(shí)際性能較之現(xiàn)有的旗艦?zāi)苡卸嗌偬嵘妥屛覀兪媚恳源伞?/p>