作者：Arm 終端事業(yè)部消費計算市場高級經(jīng)理 Poulomi Dasgupta

隨著每一代新產(chǎn)品的推出，Arm CPU 都會實現(xiàn)代際性能提升，并引入架構(gòu)改進，以滿足不斷演進的計算工作負(fù)載的需求。本文將重點介紹三個用例，以展示 Armv9 CPU 的架構(gòu)特性在實際場景中產(chǎn)生的影響，特別是在 HDR 視頻解碼（加速 10%）、圖像處理（加速 20%）、主要移動端應(yīng)用中的功能 LibYUV（加速 26%）。

好消息是，本文中討論的一些 Arm SVE2 優(yōu)化現(xiàn)已可供開發(fā)者獲取使用，有望提升熱門媒體應(yīng)用的用戶體驗，進一步改善人們溝通、工作和娛樂的方式。

應(yīng)用開發(fā)者和 OEM 廠商面臨的挑戰(zhàn)

首先，從移動端應(yīng)用開發(fā)者當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)來看，目前市場上有超過 200 萬個安卓應(yīng)用[1]在爭奪用戶的青睞。這些應(yīng)用要想保持競爭力，就必須迅速將創(chuàng)新成果推廣到各種移動設(shè)備上。倘若依賴于功能固定的硬件，會面臨產(chǎn)品上市時間和可移植性等方面的挑戰(zhàn)。

與出色的用戶體驗相關(guān)的指標(biāo)，包括應(yīng)用啟動時間、UI 流暢度、每秒詞元 (token) 數(shù)和每秒幀數(shù) (FPS) 穩(wěn)定性等都需要切實滿足用戶期望。因此，OEM 廠商需要在性能提升與更廣泛的用戶需求（如延長電池續(xù)航時間、減少數(shù)據(jù)使用量和設(shè)備成本）之間取得平衡。其中任一方面存在不足，都可能導(dǎo)致用戶不滿意，否定升級移動設(shè)備的價值。

在 Armv9 CPU 上開發(fā)軟件可以解決 OEM 廠商和開發(fā)者所面臨的挑戰(zhàn)。

Armv9 CPU 中 SVE2 的實際用例

讓我們來看三個案例研究，證明軟件優(yōu)化可以加速實際工作負(fù)載。首先，以下是 SVE2 的一個子集和可加速移動設(shè)備上關(guān)鍵工作負(fù)載的 Armv9 CPU 中的新矢量指令：

16 位點積和 8 位矩陣乘法，可加速 HDR 視頻播放和視頻會議。

圖像處理直方圖指令。

聚合讀取和分散存入，用于攝像頭傳感器數(shù)據(jù)的解交織處理。

復(fù)數(shù)指令，用于加速視頻編解碼器中的快速傅里葉變換。

使用這些矢量指令可使優(yōu)化的軟件使用更少的 CPU 周期，帶來兩大好處。第一，CPU 周期減少使得能耗降低，增加電池續(xù)航時間；第二，提高應(yīng)用性能。

案例 1

SVE2 使視頻解碼速度提高 10%

觀看多媒體內(nèi)容是移動設(shè)備上最常見的工作負(fù)載之一，也是移動端網(wǎng)絡(luò)較大的流量來源。因此，廠商不斷追求更高效的編解碼器，希望在節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬的同時，支持出色的圖像質(zhì)量。

HDR 技術(shù)由于色彩準(zhǔn)確度更高，可呈現(xiàn)更加逼真的細(xì)節(jié)，即使是在非常暗或非常亮的場景中也是如此。它使用 10 位而非 8 位來表示每個色彩通道。AV1 和 VP9 以及其他現(xiàn)代編解碼器，且都支持 HDR 視頻。

AV1 是一種較新的格式，可提供更好的壓縮效果，而 VP9 則在各種瀏覽器和設(shè)備中具有更廣泛的兼容性。一些熱門應(yīng)用都使用 AV1 和 VP9 格式來播放視頻。

SVE2 優(yōu)化使 HDR 視頻解碼速度提高了約 10%，VP9 解碼速度提高了 8%，AV1 解碼速度提高了 10%。這使得 CPU 周期減少約 10%，電量消耗也相應(yīng)減少，讓用戶在移動設(shè)備上播放點播視頻時能夠獲得更長的電池續(xù)航時間。如此一來，無論是觀看快拍、短片還是長視頻，都將變得更加順暢！

對 libdav1d（Av1 解碼器）和 libvpx（Vp9 解碼器）的優(yōu)化代碼已經(jīng)上傳，開發(fā)者現(xiàn)可獲取使用。

案例 2

SVE2 使 LibYUV 速度提高了 26%

值得一提的是，我們每個人都在不知不覺中使用了 LibYUV。

LibYUV 是一個開源庫，用于 RGB 和 YUV 之間的色彩空間轉(zhuǎn)換、攝像頭傳感器數(shù)據(jù)縮放，以及攝像頭濾鏡和旋轉(zhuǎn)。在經(jīng)由視頻解碼器使用之前，它會對來自攝像頭傳感器的數(shù)據(jù)進行處理。在很多情況下，視頻解碼器中的數(shù)據(jù)會先通過 LibYUV 進行處理，然后再發(fā)送去顯示。

SVE2 優(yōu)化使 LibYUV 速度提高了 26%（Armv9 CPU 上多個內(nèi)核的幾何平均值）。LibYUV 中大約有 100 個內(nèi)核已使用 SVE2 進行了優(yōu)化，其他內(nèi)核的優(yōu)化工作正在進行中。部分工作已完成上傳，可在 https://chromium.googlesource.com/libyuv/libyuv/上查看。

LibYUV 作為 Chromium 的一部分進行分發(fā)。Chromium 是一個開源瀏覽器項目，為 Chrome 及主要手機廠商的定制瀏覽器（包括小米瀏覽器和三星瀏覽器等）奠定了基礎(chǔ)。它還被集成到 AOSP 和 Android Jetpack 中。由于 LibYUV 對移動設(shè)備至關(guān)重要，它有望對整體移動端體驗產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，例如帶來更好的視頻會議體驗、更順暢的豎屏和橫屏模式切換，以及更好的視頻消費體驗，并且大大延長電池續(xù)航時間。

案例 3

SVE2 使計算攝影速度提高 20%

Halide 是一種專門用于圖像處理領(lǐng)域的語言，用于 Adobe Photoshop 等應(yīng)用，一些 OEM 廠商也將它用于攝像頭管線。

SVE2 指令（例如聚合讀取和分散存入指令）和 TBL（可編程查表，用于矢量化小型查詢表）加速了 Halide 中的一些關(guān)鍵計算機視覺流程。iToFDepth（用于感知深度）、雙邊網(wǎng)格（用于邊緣感知色調(diào)映射）和局部拉普拉斯（用于濾鏡）等計算密集型算法在采用 SVE2 后，性能提升了近 20%。

使用 SVE2 來優(yōu)化軟件可以實時應(yīng)用一些攝影效果，為入門級移動設(shè)備開辟了新的可能性，用戶無需專用硬件即可獲得更高質(zhì)量的照片。

Arm 已針對 SVE2 代碼生成優(yōu)化了 Halide 后端。好消息是，一些補丁已經(jīng)上線，其他補丁也正在開發(fā)中。

圖：Halide-SVE2 和 Halide-Neon CPU 周期數(shù)對比

如何更好地使用 SVE2？

SVE2 引入了幾個新指令，非常適合加速關(guān)鍵的實際工作負(fù)載和應(yīng)用。我們將在后續(xù)的技術(shù)文章中更詳細(xì)地討論如何使用 Armv9 CPU 實現(xiàn)一些性能提升，請持續(xù)關(guān)注“Arm 社區(qū)”微信公眾號，敬請期待！

Arm 致力于為生態(tài)系統(tǒng)找到良好的平衡點，更好地兼顧開發(fā)者支持和性能提升。一些針對 SVE2 進行優(yōu)化的開源庫和內(nèi)核已經(jīng)上線，未來還會有更多資源。

Armv9 CPU 的最新進展將使開發(fā)者能夠更快實現(xiàn)創(chuàng)新，為各類移動設(shè)備的最終消費者帶來更好的用戶體驗。還等什么，趕緊采用 SVE2 開始你的開發(fā)項目，實現(xiàn)創(chuàng)新吧！