作者： Stefan Rosinger，ARM高級(jí) CPU 產(chǎn)品經(jīng)理

時(shí)光飛逝，好像在昨天我們才剛發(fā)布ARM Cortex-A73這款最節(jié)能的高效能Cortex應(yīng)用處理器，轉(zhuǎn)眼之間我們就看到Cortex-A73量產(chǎn)并被廣泛應(yīng)用到移動(dòng)與消費(fèi)領(lǐng)域的各種頂級(jí)設(shè)備。芯片廠商現(xiàn)已將其與 Cortex-A53 相結(jié)合，打造出了各種 big.LITTLE 配置。Cortex-A73 與 Cortex-A53 的結(jié)合不但能夠提供出色的性能，還可實(shí)現(xiàn)極長(zhǎng)的電池續(xù)航時(shí)間，這樣你的設(shè)備便能夠用上一整天。如此一來(lái)，設(shè)計(jì)師和 OEM 廠商就可以打造出當(dāng)今市面上最纖薄、最小巧的產(chǎn)品。

這種效率與性能的結(jié)合再加上移動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)中操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)商的成果，開(kāi)辟了新的使用場(chǎng)合：利用手機(jī)把自己置身于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或虛擬現(xiàn)實(shí)的世界當(dāng)中、拍攝單反級(jí)照片或利用緊湊型擴(kuò)展塢將智能手機(jī)變成功能齊全的臺(tái)式電腦。這些使用場(chǎng)合以及其它需要極高性能的使用場(chǎng)合造就了人們對(duì)更高計(jì)算性能持續(xù)增長(zhǎng)的強(qiáng)勁需求。為滿(mǎn)足這一需求，移動(dòng) SoC 的性能近年來(lái)已經(jīng)突飛猛進(jìn)，而我們并未看到這一趨勢(shì)有停止或慢下腳步的跡象。

現(xiàn)在我們又發(fā)布兩款全新的處理器：Cortex-A75 高性能處理器和 Cortex-A55 高效率處理器，目的是讓你的設(shè)備實(shí)現(xiàn)所需的性能升級(jí)。

隆重推出全新的 Cortex-A75 和 Cortex-A55 處理器

Cortex-A75 和 Cortex-A55 均采用 DynamIQ 技術(shù)打造，該技術(shù)是 ARM 于 2017 年 3 月份發(fā)布的全新多核技術(shù)。Cortex-A75 采用全新的架構(gòu)，進(jìn)一步提升處理器性能，同時(shí)保持了其前代處理器出色的節(jié)能性。全新 Cortex-A75 CPU 不但提升了性能，還增強(qiáng)了CPU處理高級(jí)任務(wù)的能力，以一種全新的方式轉(zhuǎn)變應(yīng)用程序和商業(yè)模式。

人工智能 – 徹底改變商業(yè)和產(chǎn)業(yè)面貌的技術(shù)創(chuàng)新

除了作為一項(xiàng)來(lái)自數(shù)據(jù)中心或“云端”的重要功能以外，人工智能 （AI） 和機(jī)器學(xué)習(xí) （ML） 正出現(xiàn)在你的設(shè)備上、來(lái)到物聯(lián)網(wǎng)的“邊緣”。這是我們?cè)诟黝?lèi)設(shè)備上看到的最強(qiáng)勁的新興趨勢(shì)。從聯(lián)網(wǎng)的溫控裝置到自動(dòng)駕駛再到手機(jī)和可穿戴科技產(chǎn)品，你會(huì)看到，機(jī)器學(xué)習(xí)算法能大大改善人們的生活。

開(kāi)發(fā)商有許多種方法來(lái)應(yīng)對(duì)各類(lèi)設(shè)備上機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)的增長(zhǎng)?，F(xiàn)代 SoC 通常包含若干個(gè)處理單元：1 顆 CPU、1 顆 GPU （例如新近發(fā)布的 Mali-G72），有時(shí)候還與 DSP 和特定的加速單元相結(jié)合，加速單元有助于加快卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) （CNN）、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) （RNN） 以及其它機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)。然而軟件開(kāi)發(fā)商和芯片廠商面臨著以下挑戰(zhàn)：

1. 在芯片上額外添加硬件的成本十分高昂 – 在芯片上增添任何額外的組件都會(huì)給芯片廠商造成高昂的成本，因此需要非常謹(jǐn)慎地運(yùn)用資源。高端設(shè)備可能包含專(zhuān)用加速器，但是占全球絕大多數(shù)的主流移動(dòng)設(shè)備通常不含機(jī)器學(xué)習(xí)的專(zhuān)用硬件。然而應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)商想要讓自己部署的機(jī)器學(xué)習(xí)功能支持每一代中的所有設(shè)備。

2. 在系統(tǒng)中反復(fù)轉(zhuǎn)換任務(wù)對(duì)于軟件開(kāi)發(fā)商而言具有很大的挑戰(zhàn)性，因?yàn)檫@需要花費(fèi)時(shí)間而且需要極高的性能。例如對(duì) GPU 上所運(yùn)行的圖形任務(wù)等固定任務(wù)而言，你需要對(duì)固定的繪圖軟件和驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行本地優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)高效圖形處理。處理固定計(jì)算函數(shù)的加速器或 DSP 也是如此。這些函數(shù)可以寫(xiě)入并部署在邊緣設(shè)備的固件中，它們?cè)诠碳型ǔ１仍?CPU 上運(yùn)行得更加高效。然而任務(wù)存在灰色地帶，在灰色地帶中，開(kāi)發(fā)商對(duì) CPU 的可訪問(wèn)性使 CPU 成為了在各種移動(dòng)邊緣設(shè)備上部署機(jī)器學(xué)習(xí)功能的最簡(jiǎn)單的選擇。

3. 新的任務(wù)及其處理要求依然在發(fā)展，因此固定函數(shù)專(zhuān)用的硬件加速器無(wú)法解決最新算法的難題。在這種情況下，合理的做法是利用通用 CPU 功能來(lái)增強(qiáng)高端設(shè)備中已優(yōu)化的加速代碼區(qū)塊。

這些特性讓我們得出了結(jié)論：任務(wù)的異構(gòu)分布是正確的方法。并沒(méi)有萬(wàn)金油式的方法可以解決上述的諸多難題。結(jié)合通用處理、專(zhuān)用加速器以及 GPU 計(jì)算技術(shù)都能夠讓 SoC 達(dá)到最高的系統(tǒng)效率。這樣一來(lái)，不論是具備多個(gè)計(jì)算單元的高端設(shè)計(jì)還是成本受限的低端設(shè)備，都可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。即使刪除了一些區(qū)塊，這些低端設(shè)備依舊得益于異構(gòu)特性。

軟件對(duì)于實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)而言至關(guān)重要。你可能已經(jīng)看到，我們發(fā)布了免費(fèi)的開(kāi)源 ARM 計(jì)算庫(kù)（ARM Compute Library）。僅在 CPU 上運(yùn)行時(shí)，它可以令人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)的性能提升 10-15 倍。這對(duì)于市面上現(xiàn)有的所有設(shè)備而言都是個(gè)好消息，基于 ARM 的 SoC 可以立即利用這一全新的庫(kù)。這是一個(gè)很好的例子，如果進(jìn)行合適的調(diào)節(jié)，我們便可以利用更好的軟件在現(xiàn)有硬件上實(shí)現(xiàn)更高的性能。ARM 一直在軟件和硬件兩方面不斷創(chuàng)新。接下來(lái)我們?cè)敿?xì)介紹一下我們針對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)和通用計(jì)算要求的最新硬件改進(jìn)。

DynamIQ – 該技術(shù)可提升擴(kuò)展能力、為各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全新的性能水平

我們最近發(fā)布了 ARM DynamIQ 處理器技術(shù)，它能夠在性能、效能、擴(kuò)展能力以及響應(yīng)速度等方面達(dá)到全新的水平。它是一種全新的 CPU 集群架構(gòu)和內(nèi)存分層體系，具備全新的硬件設(shè)計(jì)范例，可實(shí)現(xiàn)更廣泛的擴(kuò)展能力。它還擁有諸多全新特性，這些特性通過(guò)把軟件與硬件相結(jié)合，在接下來(lái)的 3-5 年里將使人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的性能提升 50 倍。

更高的性能可滿(mǎn)足人工智能任務(wù)的需求，這類(lèi)任務(wù)是當(dāng)前和未來(lái) ARM IP的一大主要焦點(diǎn)

自多核處理器問(wèn)世以來(lái)，DynamIQ 技術(shù)標(biāo)志著人類(lèi)在這一領(lǐng)域取得的重大進(jìn)步。多核處理器設(shè)計(jì)曾為移動(dòng)行業(yè)帶來(lái)雙核和 4 核處理器。憑借 DynamIQ，單一集群現(xiàn)在最多能夠包含 8 個(gè)處理器，除了可搭配不同的物理設(shè)計(jì)特性（功耗、頻率、面積），還能為單個(gè)CPU或多個(gè)核心單獨(dú)配置電壓與電源信道。這種靈活性和擴(kuò)展性讓芯片廠商能夠瞄準(zhǔn)各類(lèi)市場(chǎng)，其中包括智能手機(jī)、自動(dòng)駕駛汽車(chē)、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、家居自動(dòng)化以及更智能的 DTV領(lǐng)域 等等。我的同事 Govind Wathan 寫(xiě)了一篇很好的文章，詳細(xì)介紹了 DynamIQ 的更多細(xì)節(jié)，大家可以點(diǎn)此閱讀這篇文章。

隆重推出 Cortex-A75 處理器 – 首款基于 DynamIQ 的高性能處理器，可實(shí)現(xiàn)前所未有的性能和效率

我很自豪地向大家介紹全新的 Cortex-A75 處理器，它是 ARM 最新發(fā)布的最高性能CPU，同時(shí)也是基于全新 DynamIQ 技術(shù)的首款高性能 CPU。在相同頻率下，Cortex-A75比Cortex-A73 性能提升20%。這種更強(qiáng)的計(jì)算能力再加上我們?yōu)闄C(jī)器學(xué)習(xí)和其它高級(jí)使用場(chǎng)合所做的重大改進(jìn)，將讓那些高要求的應(yīng)用程序能夠運(yùn)行得更加流暢，為未來(lái)更復(fù)雜的任務(wù)提供新的標(biāo)桿。

Cortex-A75 可為移動(dòng)和基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)帶來(lái)全新的性能水平

Cortex-A75 將為目標(biāo)市場(chǎng)帶來(lái)更出色的應(yīng)用程序和用戶(hù)體驗(yàn)，繼續(xù)延續(xù)Cortex-A73 的出色性能。從端到云，它所面向的市場(chǎng)十分廣泛 （不止是手機(jī)和筆記本電腦/翻蓋設(shè)備），能夠在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、汽車(chē)設(shè)計(jì)乃至服務(wù)器等方面實(shí)現(xiàn)全新的性能水平。Cortex-A75 的效率依然是頂級(jí)水平。我們采用了打造 Cortex-A73 時(shí)的諸多設(shè)計(jì)思路，將其運(yùn)用于 Cortex-A75 的設(shè)計(jì)當(dāng)中。

Cortex-A75 中微架構(gòu)的一些主要改進(jìn)包括：

- 超標(biāo)量處理器核心，與上一代產(chǎn)品相比能夠解碼、發(fā)出以及執(zhí)行更多的指令，支援完全亂序處理、無(wú)阻塞高吞吐量一級(jí)高速緩存以及高級(jí)指令和數(shù)據(jù)預(yù)取。

- 位于處理核心附近的專(zhuān)用二級(jí)高速緩存。這些專(zhuān)用二級(jí)高速緩存的容量可以配置，它們縮短了內(nèi)存的存取延遲，讓任務(wù)能夠更接近核心，因而可實(shí)現(xiàn)更快的處理和更低的功耗。

- DynamIQ 共享單元 （DSU） 中的統(tǒng)一共享三級(jí)高速緩存可被集群內(nèi)的所有處理器共享，其中包括 Cortex-A75 和 Cortex-A55。

ARM 合作伙伴既可以單獨(dú)使用 Cortex-A75 高性能處理器 （最多 4 顆），也可以使用 Cortex-A75 與Cortex-A55 處理器構(gòu)成的 big.LITTLE 組合 （一共最多 8 顆處理器）。最終系統(tǒng)的選擇取決于集成商 （通常是芯片供應(yīng)商）、以及在性能水平與成本之間的權(quán)衡考量。

前所未有的性能、不折不扣的效率

Cortex-A75 可實(shí)現(xiàn)單線程性能的大幅提升，這一點(diǎn)將惠及所有市場(chǎng)。與去年同頻率的 CPU 相比，Cortex-A75 的整數(shù)核心性能提升了 20% 以上，可為新一代設(shè)備帶來(lái)大幅性能提升。與預(yù)計(jì)最高運(yùn)行頻率為 3GHz 的設(shè)備相比，這一性能優(yōu)勢(shì)相較于其它設(shè)備更加明顯，如下圖所示。

更高的性能、不折不扣的效率

在浮點(diǎn)、NEON SIMD 處理或內(nèi)存性能等其它衡量標(biāo)準(zhǔn)上，Cortex-A75 帶來(lái)了更大的提升，像是在Octane基準(zhǔn)測(cè)試套件上提升幅度接近50%。與 Cortex-A73 相比，Cortex-A75 在內(nèi)存復(fù)制方面的吞吐量實(shí)現(xiàn)了 15% 的提升。更高的內(nèi)存性能非常重要，因?yàn)?a href="http://www.www27dydycom.cn/v/tag/527/" target="_blank">操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序均廣泛使用內(nèi)存。

Cortex-A75 可在各類(lèi)任務(wù)上實(shí)現(xiàn)重大性能提升

DynamIQ big.LITTLE – Cortex-A75 與 Cortex-A55 相結(jié)合

Cortex-A75 可提供出色的性能，其效率也處于業(yè)界領(lǐng)先地位。然而，許多應(yīng)用程序并不需要高性能處理器的性能，即便某些領(lǐng)域需要應(yīng)用高性能，需要 CPU 最高性能水平的時(shí)間有時(shí)候也僅占約 10%。big.LITTLE 技術(shù)可以在這種情形下節(jié)省數(shù)百毫瓦的功效、延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間以及讓大核心能夠更快地運(yùn)行，由小核心負(fù)責(zé)處理低級(jí)任務(wù)。Cortex-A55 是 ARM 迄今為止提供這種功能的最高效小處理器，它是 Cortex-A53 的成功的后續(xù)產(chǎn)品，Cortex-A55 是 Cortex-A75 理想的搭檔。DynamIQ 支持例如 1+7 這樣尺寸效率極高的組合，為中端設(shè)備提供了一條絕佳的升級(jí)之路：

DynamIQ big.LITTLE 讓中端設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)全新的性能水平

請(qǐng)務(wù)必看一看 Govind 有關(guān) Cortex-A55 和 DynamIQ big.LITTLE 的博客文章以便了解更多細(xì)節(jié)。

Cortex-A75 幾乎涵蓋了從端到云的所有應(yīng)用場(chǎng)合

Cortex-A75 可廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。該處理器內(nèi)置的許多特性以及 DynamIQ 集群不僅僅適用于移動(dòng)和消費(fèi)性使用場(chǎng)合。例如，我們還期待 Cortex-A75 應(yīng)用在高要求的聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)器等應(yīng)用場(chǎng)合。由于它的基礎(chǔ)設(shè)施性能比基于 Cortex-A72 的系統(tǒng)高 40%，因此采用 Cortex-A75 的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)將會(huì)實(shí)現(xiàn)大幅性能提升：

利用全新的 Cortex-A75 和 CMN-600 提升基礎(chǔ)設(shè)施性能

高速緩存隱藏（cache stashing）、多個(gè)媒介間不可分割交易（atomic transactions）、高速緩存路徑分配和區(qū)分優(yōu)先次序等特性以及先進(jìn)的 RAS 功能使 Cortex-A75 十分適合大規(guī)模系統(tǒng)，其效率能夠帶來(lái)更高的計(jì)算密度。

采用全新 DynamIQ 處理器的片上系統(tǒng) （SoC） 設(shè)計(jì)是什么樣的？

ARM 長(zhǎng)期以來(lái)一直致力于投資在范例 SoC 設(shè)計(jì)中的IP驗(yàn)證。由于 ARM 的IP組合與日俱增，這些范例系統(tǒng)的復(fù)雜度和范圍也隨之增長(zhǎng)。這項(xiàng)工作涵蓋了從 SoC 架構(gòu)到詳細(xì)的產(chǎn)前分析的方方面面，ARM 將以系統(tǒng)指南的形式提供這類(lèi)知識(shí)。

除了全新 CPU 以外，ARM 還提供各種新的系統(tǒng)指南，這些指南涵蓋了移動(dòng)系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。CoreLink SGM-775 移動(dòng)系統(tǒng)指南專(zhuān)為 Cortex-A75、Cortex-A55 以及 Mali-G72 而設(shè)計(jì)和優(yōu)化。CoreLink SGI-775 基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)指南介紹了利用全新 ARM IP可以打造的基礎(chǔ)設(shè)施 SoC 架構(gòu)。二者均包括文檔、模型和軟件，而且可供 ARM 合作伙伴免費(fèi)使用。

這些處理器何時(shí)上市？

我們非常高興看到 Cortex-A75、Cortex-A55 以及 DynamIQ 的各種功能，我相信新款CPU 的靈活性以及提高的性能一定會(huì)讓設(shè)備的功能得到提升。我們將會(huì)看到新一輪設(shè)備問(wèn)世，為市場(chǎng)帶差異化和更為豐富的體驗(yàn)，這是件值得慶幸的事情。

已有超過(guò)10家授權(quán)的客戶(hù)采用這兩款CPU 和DynamIQ 技術(shù)，我們應(yīng)該很快就會(huì)看到一些酷炫的新設(shè)備上市。我預(yù)計(jì) 2018 年初首批設(shè)備就會(huì)上市，我已經(jīng)等不及想要親自體驗(yàn)一下它們了。