Arm全面进化：CPU超越酷睿i7、GPU光追性能猛增3倍

作为移动芯片领域的王者，Arm每年都会带来新的CPU、GPU、互连技术方案，近日就奉上了全新的Arm TCS22，也就是2022年全面计算解决方案，包括一系列IP组合。

CPU方面是全新旗舰超大核心Cortex-X3、大核心Cortex-A715，以及升级版小核心Cortex-A510(名字没变)。

GPU方面是首次支持硬件光线追踪的旗舰级Immotalis-G715、高端的Mali-G715、高端的Mali-G615。

互连方面则是升级版的DSU-110。

接下来，我们就分别看看都有哪些变化。

【CPU：超大核性能提升25％、三种核心组合更灵活】

2021年3月底，Arm正式发布了全新的Armv9指令集，号称10年最重要的创新、面向未来10年移动计算的基石。

Armv9重点增强矢量计算(SEV2指令集)、机器学习、数字信号处理，强化安全性，并继续提升性能，号称IPC性能未来两代提升会超过30％。

当然，它完全向下兼容Armv8。

Armv9指令集的Cortex-X2超大核心已经在骁龙8/骁龙8+、天玑9000/天玑9000+等旗舰移动处理器中得到应用，这次发布的是新一代Cortex-X3。

Cortex-X3在架构设计上的变化相当深入、广泛，比如解码器每周期指令从5个增加到6个，乱序执行窗口从288个增加到320个， ALU整数算数单元从4个增加到6个，二级缓存容量从512KB翻番到1MB，并且不再支持32位指令集。

性能方面，3.3GHz频率、1MB二级缓存、8MB三级缓存的配置下，与基于Cortex-X2的安卓旗舰处理器对比，提升最多25％。

3.6GHz频率、1MB二级缓存、16MB三级缓存的配置下，与主流笔记本处理器(Intel i7-1260p)相比，单核性能高出最多34％。

Cortex-A715注重性能与能效的平衡，对比去年的Cortex-A710，在同等性能下能效提升最多20％，而在同等功耗下性能提升最多5％。

同时，它已经达到了上上代超大核Cortex-X1的性能水准。

对了，A710也仅支持64位指令集。

Cortex-A510名字没变，性能也没变，不过能效提升了5％，应该是与更新制造工艺结合的效果。

同时，它也是唯一保留32位指令集支持的核心。如果一款App还没有升级到64位，今后只能依赖小核心执行，效率必然大打折扣。

Arm也是意在通过此举推动行业向64位加速转型。

另外，DSU-110互连单元也更加强大灵活，支持核心数量增加50％，比如Cortex-X3可以最多12核心、16MB三级缓存，还支持更多指令集。

big.LITTLE大小核的组合也更加灵活、丰富，同样1+3+4，X3+A715+A510的组合比去年的X2+A710+A510性能可提升12％。

1+4+4则可比1+3+4性能提升最多21％，2+2+4可提升最多23％，还首次加入了8+4+0这样的组合，面向中高端笔记本，性能高出足足120％。

总体而言，Cortex CPU今年的升级比较中规中矩。X3、A715都是预料之中的对位升级，A510本身几乎毫无变化。

但是，结合新的DSU-10互连单元，三种核心的配置更加灵活多变，可满足不同设备、应用场景的不同需求，包括在笔记本领域继续竞争Intel、AMD x86双雄。

【GPU：首次迎来硬件光追 名字都变了】

Arm Mali GPU凭借与Cortex CPU的整合优化、持续不断的迭代升级，已经成为移动行业的绝对主流，出货量全球领先，累计已超80亿。

这一次，Arm GPU迎来了一次超级变脸，旗舰型号放弃了Mali的传统名字，改成了全新的“Immortalis”，首款型号“Immortalis-G715”。

之所以改名，首要原因就是第一次支持基于硬件的光线追踪，和NVIDIA、AMD、Intel的高性能显卡一样进入了光追时代。

当然，Arm GPU不是第一个支持光追的移动端产品，Imagination此前已经做到，但是两家的影响力不可同日而语，Imagination的光追方案时至今日仍然没有落地。

其实，去年的Mali-G710已经支持软件光追，联发科天玑9000就开启了这一功能，并用在了OPPO Find X5 Pro天玑版手机中，今年则升级为硬件光追。

当然，光线追踪非常消耗硬件和软件资源，一般也会大大增加功耗，不过Arm宣称，Immortalis-G715的光追单元只占用了大约4％的着色器核心面积，而且功耗非常低，就带来了超过3倍的性能提升(对比软件光追)。

以下是Arm官方给出的光追效果对比图，右半部分为开启光追，可以看到丰富、清晰的反射、阴影，与非光追不可同日而语。

当然，无论是性能、功耗、效果，都还有待实际考验。

VRS可变刷新率也成了标配，同样追上了NVIDIA、AMD、Intel的脚步。

该技术隶属于DX12范畴，简单地说可在单个帧画面内改变着色速率，选择性地降低画面部分区域的细节水平(被遮挡/画面边缘等)，从而在几乎不影响画质的情况下，提升图形性能。

Arm展示了VRS在腾讯《王者荣耀》中的效果，原画面和VRS画面几乎看不出任何区别，而在性能上，官方号称可将帧率提升最多达40％。

回到常规层面，Immotalis-G715的提升也非常可观，官方号称对比上代Mali-G710同等功耗下性能提升最多15％，机器学习性能直接翻番，而在同等性能下能效可提升最多15％。

它可以配置10-16个核心。

另外，Arm对执行引擎也做了全方位增强，主要有三个方面：

一是重新设计转换模块，大大缩小占用面积。

二是升级乘积累加运算(FMA)，模块数量翻番，进一步提升性能和能效。

三是支持矩阵乘法指令(Matrix Multiply)，可提升计算摄影、图像增强的效率，这也是机器学习性能翻倍的主要来源。

其他方面，指令流前端(Command Stream Frontend)、层次细节(LOD)、固定率压缩(AFRC)等技术都得到了升级。

同时，Arm 也发布了高端的Mali-G715 GPU(是的编号一样)，没有光追，能效提升15％，可配置7-9个核心。

还有高端的Mali-G615，可配置最多6个核心。

它们俩也都支持VRS可变刷新率，这已经是Arm GPU的标配，同时也升级了执行引擎。

总体而言，Arm GPU今年的变化比较极端，新引入的顶级核心Immortalis-G715整体焕然一新，性能提升明显，尤其是将开启手游的光追新时代。

Mali-G715、G615的亮点则在于普及了VRS。

【未来：一年一变 每年提升两位数性能】

有趣的是，Arm这次很大方地公布了未来两年的路线图。

明年的TCS23，超大核CPU升级为CXC23(预计命名Cortex-X4)，大核、小核分别升级为Hunter、Hayes，DSU互联单元升级为Hayden，旗舰GPU则升级为Titan。

后年的TCS24，超大核CPU再次升级为CXC24(预计命名Cortex-X5)，大核升级为Chaberton，小核则维持不变还是Hayes，旗舰GPU则继续升级为Krake。

另外，沿用多代的CoreLink CI-700一致性互连技术、CoreLink NI-700片上网络互连技术，也终将迎来更新，代号Tower。

希望Arm未来能在能效、扩展性、平台安全性方面齐头并进。