Nauji ARM branduoliai pritaikyti savarankiškai besimokančioms sistemoms

Taipėjuje vyksiančios didelės parodos „Computex“ išvakarėse, kurioje kompiuterių gamintojai parodys naujas sistemas su „Intel“ ir AMD procesoriais, mobilusis pastarųjų konkurentas ARM nusprendė oficialiai pristatyti savo naujos kartos CPU branduolius ir GPU. „ARM Cortex-A75“ tapo nauju gamintojo flagmanu ir žada 22 % geresnį našumą, palyginti su A73. Jį papildo procesorius „Cortex-A55“, kuris tapo labiausiai energiją taupančiu vidutinio lygio CPU, kada nors sukurtu ARM. Ir, pagaliau, trečioji naujiena yra grafikos greitintuvas „Mali-G72“, kuris žada 25 % geresnį energijos vartojimo efektyvumą, lyginant su pirmtaku G71.

Našumo ir energijos vartojimo efektyvumo didinimo buvo galima tikėtis ir nuspėti, o pagrindine serijos naujove tapo integruoti skaičiavimo blokai, sukurti specialiai paspartinti darbą, susijusį su dirbtinio intelekto (DI) algoritmais ir mašinos mokymųsi, tiesiogiai mobiliuosiuose įrenginiuose. Labai savalaikė naujovė – šiandien vis daugiau ir daugiau DI algoritmų vykdomi tiesiogiai išmaniuosiuose telefonuose, nenaudojant debesų kompiuterijos išteklių.

ARM marketingo skyriaus vadovas Johnas Ronco pažymi, kad per ateinančius 3–5 metus, dėl mikroarchitektūros ir programinės įrangos optimizavimo, DI našumas išaugs 50 kartų. Įdomu tai, kad ARM ne tik integruoja mašinos mokymosi blokus į naujus branduolius, bet taip pat naudoja DI tiesiogiai procesoriuje. Visų pirma, naujieji procesoriai gavo patobulintą atšakų prognozavimo algoritmą, kuris remiasi neuroniniu tinklu. To dėka išankstinis duomenų parinkimas tampa efektyvesnis ir padidėja bendras produktyvumas.

Be to, britų lustų gamintojas, dabar priklausantis Japonijos bendrovei „SoftBank“, iš esmės perdarė ir išplėstojo pernykštį optimizavimą, kuriuo siekiama pagerinti našumą daug išteklių reikalaujančiose užduotyse, pvz. virtualiai ir papildytajai realybei. Taigi, ARM ruošia dirvą masiniam paplitimui naujos kartos mobiliųjų įrenginių, kurie galės efektyviai susitvarkyti su VR ir DI iššūkiais be debesų išteklių dalyvavimo.

„Cortex-A75“ ir A55 yra pirmieji ARM branduoliai, sukurti remiantis principu „Dynamiq“. Tai reiškia, kad galutiniai lustų kūrėjai „Qualcomm“, „Samsung“, „MediaTek“ ir kiti turės daugiau lankstumo gamindami platformas. Pavyzdžiui, anksčiau ARM suteikė galimybę gaminti energiją taupančių lustų rinkinius principu big.LITTLE, kur aukštos spartos procesoriaus branduolių (pvz. A7x serija) klasteris veikė kartu su energiją taupančia (A5X serija) grupe. Nuo šiol gamintojai galės gaminti lustus su vienu klasteriu, apimančiu bet kokį vienokių ar kitokių branduolių skaičių. T. y. gamintojai, gali sukurti SoC, pavyzdžiui, su septyniais A55 branduoliais ir vienu A75. Tai leis lengviau pasiekti norimą energijos vartojimo efektyvumo, našumo ir kainos balansą.

„ARM Dynamiq“ pakeitimai taip pat yra susiję su atminties posisteme ir procesoriaus laikinosios atmintinės darbu. Šio atnaujinimo dėka A55 atminties srautinis našumas, lyginant su A53, padvigubėjo. Būtent branduolys A55 buvo sukurtas siekiant padaryti didžiausią įtaką rinkoje, nes jo pirmtakas A53 per paskutinius 3 metus buvo panaudotas 1,7 mlrd prietaisų. Pasak ARM, daugumoje užduočių A55 pranoksta senesnės kartos branduolį 10–30 %, be to siūlo 15 % didesnį energijos vartojimo efektyvumą ir 18 % našesnį vieno srauto darbą. Bet dar svarbiau yra tai, kad nauja konstrukcija branduolį padarė 10 kartų lanksčiau konfigūruojamu: gamintojams pasiūlyta 3000 sąrankos parinkčių, kurių dėka jie gali konkretiems poreikiams optimizuoti savo SoC.

Savo ruožtu „Cortex-A75“ taip pat siūlo pastebimų patobulinimų. ARM žada, kad naujiena bus vidutiniškai 22 % galingesnė nei A73, atminties pralaidumas išaugs iki 16 %, o testavimo programoje „Geekbench“, kurioje daugelis vartotojų mėgsta įvertinti mobiliųjų sprendimų efektyvumą, našumo augimas gali siekti iki 34 %. A75 vieno srauto našumas padidintas 20 %, dėl pagerinto per ciklą įvykdytų instrukcijų rodiklio. A75 branduolio plotas yra maždaug 2,5 kartus didesnis nei A55, o sukurtas jis naudojimui infrastruktūros produktuose, automobiliuose ir daug išteklių reikalaujančiose programose, kaip antai mobiliųjų prietaisų žaidimuose, virtualioje ir papildytoje realybėje.

Įdomi architektūros inovacija yra pritaikymas panaudoti A75 daugiau energijos vartojančiose vieno lusto sistemose su galimybe vartoti iki 2 vatų energijos. Dėl to A75 našumas gali būti padidintas 30 % įrenginiuose su dideliais ekranais, kitaip tariant, planšetėse ir nešiojamuose kompiuteriuose. Tai aiškiai padaryta nusitaikius į šiemet išleidžiamą ARM platformą, skirtą „Windows 10“ su x86 emuliacija.

Trečioji naujiena – grafikos greitintuvas „Mali G72“ sudarytas iš 32 „steam“ procesorių ir pasiūlys 25 % didesnį energijos vartojimo efektyvumą ir 20 % geresnį našumą vienam kvadratiniam mikroschemos milimetrui. Šis GPU yra svarbi dalis ARM iniciatyvos spartinti Dirbtinio intelekto skaičiavimus, demonstruojanti 17 % geresnį rezultatą šioje srityje, palyginti su G71. Bet ARM optimizavimas sukurtas pirmiausia paspartinti DI skaičiavimus mobiliosiose sistemose, o ne savaiminio mokymosi užduotyse. Mašinos mokymosi užduotys ir toliau bus atliekamos daugiausia aukštos spartos superkompiuteriuose su įdiegtomis AMD, NVIDIA ar specializuotomis „Google TPU“ vaizdo plokštėmis.

ARM partneriai „Cortex-A75“ ir A55 gavo dar 2016 metų pabaigoje, todėl tikriausiai jau dirba kurdami naujus SoC su šiais branduoliais. ARM mano, kad komerciniai produktai su pristatytais branduoliais pasirodys pirmąjį 2018 m ketvirtį. Tačiau kompanija taip pat paminėjo „Kinijos greičio“ fenomeną, kai gamintojai iš Kinijos daug greičiau nei kiti pateikia rinkai prietaisus, naudojančius naujausius ARM produktus. Pavyzdžiui, išmanusis telefonas „Huawei Mate 9“ pasirodė praėjus vos 9 mėnesiams po „Mali-G71“ licencijavimo. Šis reiškinys gali lemti tai, kad pirmasis išmanusis telefonas su A75 ir A55 branduoliais bei akceleratoriumi „Mali-G72“ pasirodys jau šiais metais.