國產(chǎn)單片機代理商深圳英銳恩科技關(guān)注到Arm正在實現(xiàn)他們承諾的每年20~25%的CAGR，推出升級版Arm架構(gòu)的Cortex-A77。Arm如何推動其新微架構(gòu)的IPC，以及這將如何轉(zhuǎn)化為即將到來的2019年末/2020年初的SoC和器件的實際性能。國產(chǎn)單片機代理商深圳英銳恩科技為您解析。

Deimos轉(zhuǎn)向Cortex-A77

鑒于Arm仍舊保持著每年發(fā)布IP的節(jié)奏，Cortex-A77的發(fā)布并不讓人意外。事實上，今天并不是Arm第一次談論A77：去年8月，Arm在發(fā)布2020年前的性能路線圖時調(diào)侃了CPU核心：

代號為“Deimos”的新款Cortex-A77繼承了Cortex-A76的設(shè)計，并遵循Arm的發(fā)展軌跡，每一代Arm的Austin系列CPU都將帶來持續(xù)穩(wěn)定的20-25%的性能提升。

Cortex-A77：頂層概覽

Cortex-A77是A76的直接微架構(gòu)繼承者，這意味著新核心在很大程度上保持了前代的特性。Arm指出，構(gòu)建核心時，供應商可以簡單地升級SoC IP，無需付出太多工作。

實際上，這意味著A77在架構(gòu)上與A76保持一致，仍然是ARMv8.2 CPU核心，旨在與DynamIQ共享單元（DSU）集群內(nèi)的Cortex-A55小CPU配對。

與前代相比，基本配置特性（如A77的緩存大?。┮矝]有變化：我們?nèi)匀豢吹?4KB L1指令和數(shù)據(jù)緩存，以及256或512KB L2緩存。有趣的是，Arm確實為基礎(chǔ)設(shè)施Neoverse N1 CPU核心設(shè)計了1MB L2緩存選項（它本身來自A76），但選擇保留客戶端（手機）CPU IP上的較小配置選項。

作為A76的演進，A77的性能提升并不會像預期的那樣令人印象深刻，無論是從微架構(gòu)的角度看，還是從絕對性能的角度看都是如此，因為我們無法期望即將到來新一代SoC有很大的工藝節(jié)點改進。

此處，對于大多數(shù)客戶而言，A77的產(chǎn)品預計仍在7nm工藝節(jié)點上，Arm也宣稱了與前代類似的3GHz峰值目標頻率。當然，由于頻率預計不會有太大的變化，這意味著核心+20%的性能提升可以完全歸功于IP的微架構(gòu)變化。

為了實現(xiàn)IPC（每時鐘周期指令數(shù)）的提升，Arm對微架構(gòu)進行了重新設(shè)計，并引入了一些巧妙的新特性，這通常會增強CPU IP，從而實現(xiàn)更廣泛、更高性能的設(shè)計。

Cortex-A77巡禮：邁向6-Wide前端

Cortex-A76在微架構(gòu)方面代表了一種全新的設(shè)計，Arm從頭開始實現(xiàn)了多年CPU設(shè)計的知識和經(jīng)驗。這使得Arm能夠設(shè)計出一種在微架構(gòu)方面具有前瞻性思維的新核心。A76旨在作為Austin系列接下來兩代設(shè)計的基準，即今天的新款Cortex-A77以及明年的“Hercules”設(shè)計。

A77推出了新功能，其主要目標是提升微架構(gòu)的IPC。Arm這一代的目標是繼續(xù)專注于提供業(yè)界最好的PPA，這意味著設(shè)計師的目標是提高核心的性能，同時保持A76核心卓越的能源效率和面積特性。

在頻率方面，新核心保持在與A76相同的頻率范圍內(nèi)，Arm在最佳實現(xiàn)中以3 GHz峰值頻率為目標。

作為對微架構(gòu)變化的概述，Arm幾乎觸及了核心的每個部分。從前端開始，我們看到了更高的讀取帶寬，它的分支預測能力翻了一番，新的macro-OP運算緩存結(jié)構(gòu)充當了L0指令緩存，它有更寬的中央核心，解碼器寬度了增加50％，新的整數(shù)ALU流水線以及改進的加載/存儲隊列和發(fā)布能力。

Cortex-A77今天宣稱的變化并不像我們?nèi)ツ暝贏76上看到的那樣大，也不像今天新發(fā)布的Arm新ValHall GPU架構(gòu)和G77 GPU IP那樣大。

然而，Arm通過A77成功實現(xiàn)的是繼續(xù)執(zhí)行他們的路線圖，這在競爭環(huán)境中是非常重要的。A76實現(xiàn)了Arm的所有承諾，最終成為一個性能極佳的核心，同時保持了驚人的效率，并在密度上明顯領(lǐng)先于競爭對手。在這方面，Arm的主要客戶仍然非常注重在他們的產(chǎn)品中擁有最好的PPA，而Arm也在這方面提供服務。

A77的一大驚喜是，它的浮點性能提升了30~35%，比我對核心的預期要高得多，而在移動領(lǐng)域，網(wǎng)頁瀏覽是恰巧是考驗浮點運算的殺手級應用，所以我期待著未來擁有A77的SoC會有怎樣的表現(xiàn)。

但即使是在整數(shù)工作負載中，20~25%的IPC提升也絕對是了不起的改進，我們相信ARM能夠保持A76的能效。功耗將略有上升，但我認為業(yè)界已經(jīng)表明，今天的移動設(shè)備可以正確處理至少兩個更高功率的核心，因此未來的SoC應該繼續(xù)使用大+中+小CPU配置。

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