隨著半導(dǎo)體行業(yè)的不斷發(fā)展，Arm 通過突破技術(shù)界限，為終端用戶提供尖端解決方案，在核心和 IP 架構(gòu)創(chuàng)新方面處于領(lǐng)先地位，尤其是在移動領(lǐng)域。2024 年，Arm 的年度戰(zhàn)略進(jìn)步重點(diǎn)是增強(qiáng)去年的 Armv9.2 架構(gòu)，并帶來新的變化。Arm 已重新打造品牌并重新制定戰(zhàn)略，推出了客戶端計(jì)算解決方案 (CSS：Client Compute Solutions)，這是去年整體計(jì)算解決方案 (TSC2023) 平臺的直接繼任者。

Arm 還在將其最新的 IP 和 Cortex 核心設(shè)計(jì)（包括最大的 Cortex X925、中間的 Cortex A725 以及更新的較小 Cortex A520）過渡到更先進(jìn)的 3 nm 工藝技術(shù)。Arm 承諾，與去年的設(shè)計(jì)相比，3 nm 工藝節(jié)點(diǎn)將提供前所未有的性能提升、能效和可擴(kuò)展性改進(jìn)，以及對其 Cortex 系列核心的新前端和后端改進(jìn)。Arms 的新解決方案有望為下一代移動和 AI 應(yīng)用程序提供支持，因?yàn)?Arm 及其完整的 AArch64 64 位指令執(zhí)行和面向移動和筆記本電腦的解決方案方法有望重新定義最終用戶對 Arm 產(chǎn)品上的 Android 和 Windows 的期望。

Arm 客戶端計(jì)算解決方案 (CSS)：CSS 是新的 TCS

客戶端計(jì)算解決方案 (CSS) 的推出標(biāo)志著 Arm 戰(zhàn)略的一個重要里程碑，該戰(zhàn)略旨在為合作伙伴提供全面而全面的計(jì)算解決方案，供其在新一年的移動設(shè)備周期中實(shí)施。CSS 是一個綜合平臺，集成了硬件、軟件和工具，以優(yōu)化客戶端設(shè)備的性能和效率。它旨在為各種設(shè)備（從智能手機(jī)和平板電腦到筆記本電腦甚至臺式電腦）提供無縫的計(jì)算體驗(yàn)。

Armv9.2 架構(gòu)于去年推出，代表著 Arm 路線圖向前邁出了重要一步。不過，今年，Arm 將在前代產(chǎn)品成功的基礎(chǔ)上，引入一系列新功能和改進(jìn)。改進(jìn)后的 Armv9.2 系列的主要亮點(diǎn)之一是使用增強(qiáng)的安全功能，包括內(nèi)存標(biāo)記擴(kuò)展 (MTE：memory tagging extensions ) 和機(jī)密計(jì)算架構(gòu) (CCA：confidential compute architecture)。這些功能可針對各種安全威脅提供強(qiáng)大的保護(hù)，使設(shè)備更加安全。

CSS 利用為 2024 年設(shè)計(jì)的最新 Armv9.2 內(nèi)核，包括高性能 Cortex X925、均衡的 Cortex A725 以及節(jié)能且更新的 Cortex A520。這些內(nèi)核與 Arm 的全新 Immortalis G925 GPU 相得益彰，旨在以移動設(shè)備大小的封裝提供卓越的圖形性能和效率。這些組件共同構(gòu)成了現(xiàn)在所謂的 CSS 平臺的基礎(chǔ)，該平臺旨在為移動領(lǐng)域的現(xiàn)代設(shè)備提供強(qiáng)大而多功能的計(jì)算解決方案。

CSS 的主要特點(diǎn)之一是其強(qiáng)大的可擴(kuò)展性，可適應(yīng)不同的市場，例如移動設(shè)備和筆記本電腦。該平臺旨在適應(yīng)不同的設(shè)備外形和性能要求，適合多種任務(wù)和應(yīng)用。無論是高端游戲、專業(yè)內(nèi)容創(chuàng)作還是日常生產(chǎn)力任務(wù)，CSS 都可以根據(jù)各種用例的需求進(jìn)行定制。

Arm 的客戶端計(jì)算解決方案 (CSS) 平臺代表著 IP 設(shè)計(jì)和架構(gòu)改進(jìn)方面邁出了重要一步，在性能和效率方面提供了多項(xiàng)重大改進(jìn)。隨著第二代 Armv9.2 Cortex CPU 集群的推出，包括新的 Cortex-X925（大）、Cortex-A725（中）和更新的 Cortex-A520（?。﹥?nèi)核，CSS 平臺旨在授權(quán)給合作伙伴時提供極致的移動計(jì)算性能。

此外，CSS 平臺還包括適用于 Android 的全面參考軟件堆棧、由新的 Arm 計(jì)算機(jī)視覺庫（KleidiAI 和 KleidiCV）支持的優(yōu)化 AI，以及通過 Arm Performance Studio 提供的強(qiáng)大工具環(huán)境。這種典型的整體方法可確保 Arm 的物理實(shí)現(xiàn)達(dá)到 3.6 GHz 以上的速度，并在 3 nm 節(jié)點(diǎn)上提供最佳的功率、性能和面積 (PPA) 指標(biāo)。談到 3 nm 模式，Arm 表示臺積電和三星 3 nm 是其 CSS 核心集群的主要選擇，盡管最有可能的是與臺積電一起獲得晶圓廠分配的情況，因?yàn)槲覀儾淮_定是否有人會使用三星而不是臺積電。

除了安全性增強(qiáng)之外，基于 3 nm 的 Armv9.2 還承諾大幅提升性能，尤其是新的大核心 Cortex X925，Arm 認(rèn)為它是移動領(lǐng)域的新 IPC 之王。該架構(gòu)已針對更高的時鐘速度和更高的效率進(jìn)行了優(yōu)化，從而可以提供更高的每瓦計(jì)算能力。這是通過多項(xiàng)架構(gòu)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)的，包括更寬的執(zhí)行管道、改進(jìn)的分支預(yù)測和增強(qiáng)的亂序執(zhí)行功能。這些增強(qiáng)功能提高了內(nèi)核的每周期指令數(shù) (IPC)，確保它們可以輕松處理最苛刻的工作負(fù)載。

過渡到 3 納米工藝技術(shù)

轉(zhuǎn)向 3 納米工藝技術(shù)代表著半導(dǎo)體制造的重大飛躍，在性能、功耗和芯片密度方面均有顯著改善。這一轉(zhuǎn)變使 Arm 能夠提供更強(qiáng)大、更高效的處理器，能夠高效處理最苛刻的應(yīng)用程序。

3 nm 工藝的主要優(yōu)勢之一是它能夠在更小的面積內(nèi)封裝更多晶體管，從而提高性能并降低功耗。這對于移動和便攜式設(shè)備至關(guān)重要，因?yàn)殡姵貕勖蜔峁芾硎顷P(guān)鍵考慮因素。3 nm 工藝還使 Arm 能夠在 Cortex X925 內(nèi)核上提高時鐘速度，確切地說最高可達(dá) 3.8 GHz。這可以實(shí)現(xiàn)更快、響應(yīng)更快的計(jì)算體驗(yàn)，并將整體 IPC 性能推向超越現(xiàn)有水平。

Arm 聲稱，更新后的 Armv9.2 架構(gòu)、全新 CSS 平臺以及 3 納米制程技術(shù)的結(jié)合，旨在全面提升性能和效率。從理論上講，這應(yīng)該能夠?yàn)樗蓄愋偷脑O(shè)備實(shí)現(xiàn)其參考 CPU 核心集群設(shè)計(jì)，現(xiàn)在兩個 Cortex X 核心已成為常態(tài)，而去年的參考設(shè)計(jì)只有一個。Arm 進(jìn)行并展示的基準(zhǔn)測試和實(shí)際測試（不應(yīng)全盤接受）顯示，單線程和多線程性能都有了顯著提升，使得這些新解決方案成為各種應(yīng)用的理想選擇。Arm 甚至宣稱，其最大核心 Cortex X925 在單線程 IPC 方面處于領(lǐng)先地位，超越了英特爾和 AMD 的產(chǎn)品，這是一個大膽的說法。

至于電源效率，新內(nèi)核旨在提供更高的每瓦計(jì)算能力，從而降低能耗并延長電池壽命。這對于移動設(shè)備來說尤其重要，因?yàn)橛脩粜枰L的電池壽命，同時又不影響性能。電源效率的提高還意味著更好的熱管理，確保設(shè)備即使在繁重的工作負(fù)載下也能保持涼爽和響應(yīng)迅速。

除了性能和效率的提升，新解決方案還帶來了增強(qiáng)的安全性和AI功能。Armv9.2架構(gòu)的內(nèi)存標(biāo)記擴(kuò)展（MTE）和機(jī)密計(jì)算架構(gòu)（CCA）可針對各種安全威脅提供強(qiáng)大的保護(hù)，確保數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的安全。

新內(nèi)核和 GPU 增強(qiáng)的 AI 功能也值得關(guān)注。隨著 AI 在現(xiàn)代應(yīng)用中的重要性日益提高，新解決方案旨在加速 AI 工作負(fù)載，提供更快、更高效的 AI 處理。這是通過專用的 AI 加速器和優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)的，這些加速器和優(yōu)化充分利用了新架構(gòu)和工藝技術(shù)的潛力。

工藝技術(shù)向 3 nm 遷移為半導(dǎo)體制造帶來了許多機(jī)遇和挑戰(zhàn)。對于軟 IP，更大、更復(fù)雜的微架構(gòu)需要更強(qiáng)的電壓調(diào)節(jié)和緩解功能，以確保穩(wěn)定性和性能。關(guān)鍵目標(biāo)是優(yōu)化目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上的正確 PPA（功率、性能、面積）。對于物理 IP，工藝復(fù)雜性帶來了自身的挑戰(zhàn)，包括擴(kuò)展限制和支持更寬動態(tài)電壓和頻率縮放 (DVFS) 頻譜的要求。此外，在極端功率密度下，這應(yīng)該可以緩解熱問題，并確保設(shè)備高效運(yùn)行，這在移動設(shè)備中非常重要

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，Arm 全面審視 RTL 和物理實(shí)現(xiàn)的共同開發(fā)。這確保了其計(jì)算 IP 能夠滿足性能預(yù)期，同時克服先進(jìn)工藝技術(shù)的挑戰(zhàn)。

Armv9.2、CSS 和 3 nm 技術(shù)的進(jìn)步為各種應(yīng)用開辟了新的可能性，包括開發(fā)人員訪問新的 Arm Kleidi 庫。在移動領(lǐng)域，這些解決方案使更強(qiáng)大、更高效的智能手機(jī)和平板電腦能夠處理復(fù)雜的任務(wù)，例如 AI 驅(qū)動的攝影、游戲和生產(chǎn)力。

新的解決方案以便攜式外形尺寸為 PC 市場提供臺式機(jī)級性能，使其成為筆記本電腦和二合一設(shè)備的理想選擇。改進(jìn)的性能和效率也有利于專業(yè)內(nèi)容創(chuàng)作，從而實(shí)現(xiàn)更快的渲染、編輯和多任務(wù)處理。

在人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，新解決方案提供了高級人工智能應(yīng)用所需的計(jì)算能力，從自然語言處理和計(jì)算機(jī)視覺到自主系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)。增強(qiáng)的人工智能功能可確保這些應(yīng)用程序高效運(yùn)行，從而提供更快、更準(zhǔn)確的結(jié)果。

隨著 Arm 不斷突破半導(dǎo)體技術(shù)的界限，專注于增強(qiáng) Armv9.2 架構(gòu)、推出 CSS 平臺以及過渡到 3 nm 工藝技術(shù)標(biāo)志著向前邁出了重要一步。這些進(jìn)步大大提高了性能、能效和安全性，使新一代設(shè)備能夠輕松處理最苛刻的應(yīng)用程序。

結(jié)合這些技術(shù)，我們能夠提供強(qiáng)大且多功能的計(jì)算解決方案，該解決方案可以擴(kuò)展到不同的設(shè)備外形和用例。無論是高端游戲、專業(yè)內(nèi)容創(chuàng)作還是日常生產(chǎn)力任務(wù)，Arm 的最新解決方案都旨在提供最佳的計(jì)算體驗(yàn)。

好的硬件得益于好的軟件

Arm 硬件的進(jìn)步得益于一個復(fù)雜的軟件生態(tài)系統(tǒng)，該生態(tài)系統(tǒng)旨在充分發(fā)揮其處理器的潛力。這個生態(tài)系統(tǒng)的核心是新的 Kleidi 庫，它在優(yōu)化人工智能 (AI) 和基于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用程序方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這些庫為開發(fā)人員提供了量身定制的工具，以最大限度地提高 Arm 最新內(nèi)核的性能和效率。

KleidiAI 是專注于加速 AI 工作負(fù)載的關(guān)鍵組件。它包括一套針對 Arm 架構(gòu)優(yōu)化的全面計(jì)算內(nèi)核，能夠高效執(zhí)行各種 AI 任務(wù)，例如機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理和數(shù)據(jù)分析。通過為常見的 AI 操作提供高度優(yōu)化的例程，KleidiAI 可讓開發(fā)人員在保持能源效率的同時實(shí)現(xiàn)顯著的性能提升。隨著 AI 應(yīng)用在移動設(shè)備、智能家居系統(tǒng)和工業(yè)自動化中變得越來越普遍，這一點(diǎn)變得越來越重要。

另一方面，KleidiCV 則針對計(jì)算機(jī)視覺工作負(fù)載。該庫為圖像處理、對象檢測和場景識別等任務(wù)提供了優(yōu)化的功能。將 KleidiCV 與 Arm 的架構(gòu)集成可確保應(yīng)用程序能夠快速高效地處理視覺數(shù)據(jù)，使其成為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、自動駕駛汽車和智能監(jiān)控系統(tǒng)的理想選擇。通過利用這些優(yōu)化的庫，開發(fā)人員可以構(gòu)建在基于 Arm 的硬件上流暢運(yùn)行的復(fù)雜應(yīng)用程序，充分利用 3 nm 工藝技術(shù)帶來的性能和能效改進(jìn)。

除了 Kleidi 庫之外，Arm 還提供了一套強(qiáng)大的開發(fā)工具和平臺。客戶端計(jì)算解決方案 (CSS) 平臺包括參考軟件堆棧和性能優(yōu)化工具，如 Arm Performance Studio，它提供有關(guān)應(yīng)用程序性能的詳細(xì)見解，并幫助開發(fā)人員微調(diào)其軟件以實(shí)現(xiàn)最高效率。這個全面的支持系統(tǒng)確保開發(fā)人員能夠快速有效地將創(chuàng)新應(yīng)用程序推向市場，充分利用 Arm 最新的架構(gòu)進(jìn)步。

在接下來的幾頁中，我們將分解 Arm 在其 2024 CPU 集群中的改進(jìn)，包括新的 Cortex X925 和 Cortex A725 內(nèi)核以及使用最小內(nèi)核 Cortex A520 所做的改進(jìn)。

Arm Cortex X925：引領(lǐng)單線程 IPC 的發(fā)展

Arm Cortex-X925 代號為“Black Hawk”，Arm 宣稱，它處于單線程每時鐘指令 (IPC) 性能的最前沿，至少從 Arm 的說法來看，它在很大程度上為提高性能和效率奠定了基礎(chǔ)。該核心是 Arm 轉(zhuǎn)向 3 nm 工藝節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵部分，并與第二代 Armv9.2 架構(gòu)無縫集成。如果 Arms 的說法屬實(shí)，那么 Cortex X925 將成為高性能移動計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，也是 Arm 及其對高效 PPA 的關(guān)注是 Arm 2024 CPU 核心集群驅(qū)動力的一個例子。

Cortex-X925 的架構(gòu)改進(jìn)旨在最大程度地提高 IPC。其突出特點(diǎn)之一是 10 寬的解碼和調(diào)度寬度，大大增加了每個周期處理的指令數(shù)量。這一增強(qiáng)功能使內(nèi)核能夠同時執(zhí)行更多指令，從而提高執(zhí)行單元的利用率和整體吞吐量。

Arm 將指令窗口大小增加了一倍，以支持這種寬指令路徑，從而允許在任意給定時間執(zhí)行更多指令。這減少了停頓并提高了執(zhí)行管道的效率。此外，該內(nèi)核的 L1 指令緩存 (I$) 帶寬增加了 2 倍，L1 指令轉(zhuǎn)換后備緩沖區(qū) (TLB) 大小也增加了類似倍數(shù)。這些增強(qiáng)功能確保內(nèi)核可以快速獲取和解碼指令，從而最大限度地減少延遲并最大限度地提高性能。

Cortex-X925 還具有高度先進(jìn)的分支預(yù)測單元，可減少錯誤預(yù)測的分支數(shù)量。通過采用折疊式無條件直接分支等技術(shù)，Arm 消除了多個架構(gòu)障礙，從而實(shí)現(xiàn)了更精簡、更高效的執(zhí)行路徑。這可以減少管道刷新次數(shù)并提高持續(xù) IPC 水平。

Arm Cortex-X925 的前端展示了設(shè)計(jì)中的大量改進(jìn)，包括提高指令吞吐量和減少延遲。這些改進(jìn)的核心是 10 寬的解碼和調(diào)度寬度，與以前的架構(gòu)相比，這使內(nèi)核能夠在每個周期處理更多指令。這種寬指令路徑增加了指令處理的并行性，使內(nèi)核能夠同時執(zhí)行更多任務(wù)。

此外，Cortex-X925 的指令窗口大小增加了一倍，可容納更多指令并最大限度地減少流水線停頓。L1 指令緩存 (I$) 帶寬也增加了 2 倍，同時 L1 指令轉(zhuǎn)換后備緩沖區(qū) (iTLB) 大小也進(jìn)行了類似的擴(kuò)展。這些增強(qiáng)功能確保內(nèi)核能夠快速獲取和解碼指令，從而顯著減少獲取瓶頸并提高整體性能。

Cortex-X925 后端的亂序 (OoO) 執(zhí)行能力顯著提升，增幅達(dá) 25-40%。這一提升使內(nèi)核能夠更靈活、更高效地執(zhí)行指令，從而減少空閑時間并提高整體性能。此外，內(nèi)核的寄存器文件結(jié)構(gòu)也得到了增強(qiáng)，增加了重新排序緩沖區(qū)大小和指令發(fā)出隊(duì)列，最終有助于更順暢、更快速地執(zhí)行指令。

盡管性能出色，Cortex-X925 的設(shè)計(jì)也注重節(jié)能。3 nm 工藝技術(shù)至關(guān)重要，可實(shí)現(xiàn)比前幾代產(chǎn)品更好的節(jié)能效果。內(nèi)核的設(shè)計(jì)包括動態(tài)電壓和頻率調(diào)節(jié) (DVFS) 等功能，可根據(jù)工作負(fù)載調(diào)整功率和性能水平。這可確保高效利用能源，延長電池壽命并減少熱量輸出。

Cortex-X925 還集成了先進(jìn)的電源管理功能，例如每核 DVFS 和改進(jìn)的電壓調(diào)節(jié)。這些功能有助于更有效地管理功耗，確保內(nèi)核在不影響能效的情況下提供高性能。這種平衡對于需要持續(xù)性能和長電池壽命的移動設(shè)備尤其有益。

Cortex-X925 還針對基于 AI 的工作負(fù)載進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，具有專用的 AI 加速器和軟件優(yōu)化，可提高 AI 處理效率。憑借高達(dá) 80 TOPS（每秒萬億次操作），該內(nèi)核可以處理從自然語言處理到計(jì)算機(jī)視覺的復(fù)雜 AI 任務(wù)。這些功能得到了 Arm 的 Kleidi AI 和 Kleidi CV 庫的進(jìn)一步支持，這些庫為開發(fā)人員提供了構(gòu)建高級 AI 應(yīng)用程序所需的工具。

有趣的是，Arm 本身并未涉足 NPU 或 AI 加速器領(lǐng)域。相反，它允許其合作伙伴（如聯(lián)發(fā)科）整合自己的產(chǎn)品，以確保核心集群能夠提供必要的支持和集成功能。憑借其參考軟件堆棧和優(yōu)化庫，CSS 平臺為開發(fā)人員提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。全面的 Arm Performance Studio 提供了先進(jìn)的工具環(huán)境，可幫助開發(fā)人員針對新架構(gòu)優(yōu)化其應(yīng)用程序。

CSS 平臺通過其重新煥發(fā)活力的 Windows on Arm OS 與 Android、Linux 變體和 Windows 等操作系統(tǒng)集成，確保了廣泛的兼容性和易于開發(fā)。這種跨操作系統(tǒng)支持使開發(fā)人員能夠快速高效地構(gòu)建利用 Cortex-X925 功能的應(yīng)用程序，以及整個更新的 Armv9.2 核心集群，這不僅可以加快上市時間，還可以確保跨多種設(shè)備的兼容性。

Arm Cortex A725：中核效率的提升

Arm Cortex-A725 旨在平衡性能和能效，是第二代 Armv9.2 架構(gòu)的關(guān)鍵組件。它定位為中端內(nèi)核，與高性能 Cortex-X925 相得益彰，為日常計(jì)算任務(wù)提供強(qiáng)大的功能，同時保持能效。該內(nèi)核特別針對需要穩(wěn)定性能但又不需要頂級內(nèi)核高功耗的設(shè)備，例如智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦。

Cortex-A725 在其前身 Cortex-A720 的成功基礎(chǔ)上進(jìn)行了多項(xiàng)關(guān)鍵架構(gòu)改進(jìn)。其中一項(xiàng)重大改進(jìn)是增加了指令發(fā)布隊(duì)列和擴(kuò)展了重新排序緩沖區(qū)，這使得內(nèi)核能夠同時處理更多指令并亂序執(zhí)行這些指令以提高效率。亂序執(zhí)行窗口大小的增加使 Cortex-A725 能夠更好地利用其執(zhí)行單元，從而更順暢、更快地處理復(fù)雜的工作負(fù)載。

該內(nèi)核還受益于新的 1MB L2 緩存配置，可更快地訪問常用數(shù)據(jù)和指令。這種更大的緩存大小旨在減少延遲并提高性能，特別是對于需要快速數(shù)據(jù)檢索的應(yīng)用程序。此外，Cortex-A725 的寄存器文件結(jié)構(gòu)也得到了增強(qiáng)，進(jìn)一步簡化了數(shù)據(jù)處理并減少了瓶頸。

能效是 Cortex-A725 設(shè)計(jì)的一個關(guān)鍵方面。隨著領(lǐng)先的 2024 Cortex 芯片預(yù)計(jì)將采用臺積電等公司最新推出的 3nm 工藝技術(shù)制造，這些節(jié)點(diǎn)的改進(jìn)性能能夠推動能效的大幅提升，而 Arm 在 A725 中也大量采用了這一點(diǎn)?？傮w而言，Arm 宣稱 A725 與前幾代產(chǎn)品相比可顯著節(jié)省電量。與 Cortex-A720 相比，Cortex-A725 的能效提高了 25%（L3 流量減少了 20%），使其成為需要長電池壽命的移動設(shè)備的理想選擇。

該內(nèi)核還具有先進(jìn)的電源管理功能，包括動態(tài)電壓和頻率調(diào)節(jié) (DVFS) 和half-slice斷電模式。這些功能允許 Cortex-A725 根據(jù)當(dāng)前工作負(fù)載調(diào)整其功耗，確保高效利用能源而不犧牲性能。

Arm Cortex A520：相同的 2023 核心，針對 3 nm 進(jìn)行了優(yōu)化

Arm Cortex-A520 在架構(gòu)上并沒有什么不同，與去年推出的 TCS2023 相比也沒有變化。相反，它針對最新的 3 nm 工藝技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，提高了效率和性能。該內(nèi)核是第二代 Armv9.2 架構(gòu)的一部分，可為移動和嵌入式設(shè)備中的日常任務(wù)提供一些額外的計(jì)算能力，同時保持峰值能效并降低 Arm 最小內(nèi)核的預(yù)期功耗。

這些架構(gòu)調(diào)整確保 Cortex-A520 可以最大限度地發(fā)揮 3 nm 工藝的潛力，實(shí)現(xiàn)更高的晶體管密度和更好的整體性能，而無需對其基本設(shè)計(jì)進(jìn)行任何重大更改。

與 Cortex-A520 (TCS23) 相比，Cortex-A520 的節(jié)能效果顯著，達(dá)到 15%。這一改進(jìn)對于電池續(xù)航時間較長的設(shè)備（如智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備）至關(guān)重要。通過優(yōu)化功耗，Cortex-A520 可確保高效性能，同時又不影響能耗。

上圖清晰地說明了 Cortex-A520 與其前代產(chǎn)品 Cortex-A55 和之前的 Cortex-A520 (TCS23) 相比的功率和性能關(guān)系。專為 3 nm 設(shè)計(jì)的最新 Cortex-A520 顯著提高了各個性能級別的功率效率。這意味著 Cortex-A520 在給定性能點(diǎn)上消耗的功率顯著降低，表明 Arm 致力于在 2024 年的核心集群中提供性能提升，并專注于從功率角度對三個 Cortex 核心中最小的一個進(jìn)行改進(jìn)。

2024 年推進(jìn) 3 納米技術(shù)

總體而言，Arm 面向客戶端 PC 的 CSS 依賴于兩個超高性能 Arm  Cortex-X925 通用內(nèi)核（每個內(nèi)核高達(dá) 3MB L2 緩存，時鐘頻率超過 3.60 GHz，支持 SVE、SVE2）、四個高性能 Cortex-A725 內(nèi)核、兩個節(jié)能 Cortex-A520 內(nèi)核和一個 Immortalis-G925 圖形處理器。Arm 最新的 CSS 最多可支持 14 個 CPU 內(nèi)核。CSS 是一種可用于生產(chǎn)的物理實(shí)現(xiàn)，可在 3nm 工藝技術(shù)上制造（可能是臺積電的 N3E——盡管這只是猜測）。

Arm CSS 實(shí)現(xiàn)的實(shí)際規(guī)格可能會由處理器供應(yīng)商更改以滿足其性能和功率目標(biāo)，但 Arm 用于性能評估的 FPGA 包括 Cortex-X925 內(nèi)核（2 MB L2，3.80 GHz）、16MB L3、32MB 系統(tǒng)級緩存、2 GHz 的 DSU 和 LPDDR5X-8533 內(nèi)存。

Arm 客戶業(yè)務(wù)線高級副總裁兼總經(jīng)理 Chris Bergey 表示：“我們現(xiàn)在在 Arm、CPU 和 GPU 上提供物理實(shí)現(xiàn)，使構(gòu)建和部署基于 Arm 的解決方案變得更加容易，并且不會留下任何意外，從而實(shí)現(xiàn)新的性能點(diǎn)和計(jì)算能力，并幫助加快產(chǎn)品上市時間。”

“Arm 正在提供更多價值，與領(lǐng)先的代工合作伙伴合作，針對新的 3nm 工藝節(jié)點(diǎn)優(yōu)化整個堆棧。這使我們能夠以物理形式提供 IP?？蛻舳?CSS 將物理實(shí)現(xiàn)與 Armv9 架構(gòu)在 AI 方面的優(yōu)勢結(jié)合在一起?！?Bergey說。

Arm 表示，Geekbench 6 單核得分與 TCS23 相比，Cortex-X925 CPU 的峰值性能提升了 36%。它還將前 10 個應(yīng)用程序中的 5 個應(yīng)用程序的啟動時間平均縮短了 33%，從而提高了工作效率，并在移動設(shè)備上提供了更流暢的用戶體驗(yàn)。此外，根據(jù) Speedometer 2.1 基準(zhǔn)測試，它的網(wǎng)頁瀏覽速度提高了 60%，并在包括光線追蹤和可變速率著色 (VRS) 在內(nèi)的七個圖形基準(zhǔn)測試中將峰值圖形性能平均提高了 30% 。

與 Cortex-X4 相比，新的 Cortex-X925 平臺在使用旨在加速現(xiàn)代 Arm CPU 上的 AI 應(yīng)用的 KleidiAI 庫時，在 LLaMA 3（80 億個參數(shù)）中性能提升高達(dá) 42%，在 Phi 3（38 億個參數(shù)）AI 模型中性能提升高達(dá) 46%。

從這次發(fā)布會我們可以看到，Arm選擇在2024 年改進(jìn)和完善其IP，而不是完全重新定義并做出突破性的改變。繼去年推出 Armv9.2 系列內(nèi)核之后，Arm 在 2024 年的最新 Cortex 系列架構(gòu)中做出了一些顯著改變，明確且有意轉(zhuǎn)向更先進(jìn)的 3 nm 工藝節(jié)點(diǎn)，三星和臺積電 3 nm 均作為 2024 年平臺基于客戶端的 CSS 的基礎(chǔ)。

Cortex-X925、Cortex-A725 和 Cortex-A520 內(nèi)核已針對 3 nm 工藝進(jìn)行了優(yōu)化，顯著提升了性能和能效。Cortex-X925 的解碼和調(diào)度寬度增強(qiáng)了 10 倍，時鐘速度提高到 3.8 GHz，有望為單線程 IPC 性能樹立新標(biāo)準(zhǔn)。Arm 更新后的 v9.2 平臺非常適合高性能應(yīng)用，包括 AI 工作負(fù)載和高端游戲，無論是在移動領(lǐng)域還是在 Microsoft 的 Windows on Arm 生態(tài)系統(tǒng)中。

從總體來看，從 Arm 對新 CSS 平臺和去年的 TCS2023 版本的內(nèi)部性能比較來看，Arm 聲稱性能提升了 30% 到 60%，具體取決于任務(wù)和工作量。如果這是可信的，那么性能改進(jìn)是令人難以置信的，而向 3 nm 的過渡可能是性能的主要改進(jìn)因素，而不是底層架構(gòu)的改進(jìn)。

Cortex-A725 在性能和效率之間取得平衡，使其適用于多種中端設(shè)備。得益于增加緩存大小和擴(kuò)展重新排序緩沖區(qū)等架構(gòu)增強(qiáng)功能，Arm 聲稱這些改進(jìn)比上一代產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 35% 的性能效率。更新后的 Cortex-A520 主要側(cè)重于在 3 nm 節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行優(yōu)化，同時力求保持無與倫比的能效，與上一代產(chǎn)品相比，實(shí)現(xiàn)了 15% 的節(jié)能。該核心針對低強(qiáng)度工作負(fù)載進(jìn)行了優(yōu)化，使其成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和低成本智能手機(jī)等對功耗敏感的應(yīng)用的理想選擇。

AI 功能一直是 Arm 最新產(chǎn)品的重要關(guān)注點(diǎn)。Cortex-X925 和 Cortex-A725 內(nèi)核主要集成專用 AI 加速器，允許訪問優(yōu)化的軟件庫（例如 KleidiAI 和 KleidiCV），從而確保高效的 AI 處理。這些增強(qiáng)功能對于從神經(jīng)語言模型到 LLM 等各種應(yīng)用都至關(guān)重要。

Arm 還繼續(xù)通過由新 CSS 平臺驅(qū)動的、通常熟練且全面的生態(tài)系統(tǒng)支持其最新的核心集群，該生態(tài)系統(tǒng)與 Arm Performance Studio 以及 Kleidi AI 和 CV 庫相結(jié)合。這些提供的工具為開發(fā)人員提供了充分利用新架構(gòu)功能的強(qiáng)大基礎(chǔ)。這有效地縮短了整體上市時間，并促進(jìn)了各個行業(yè)的創(chuàng)新，例如內(nèi)容創(chuàng)建和設(shè)備上的 AI 推理。CSS 平臺與 Android、Linux 和 Windows（Arm 上的 Windows）等操作系統(tǒng)的集成確保了更大的采用范圍。它推動了更廣泛的開發(fā)水平，使軟件和應(yīng)用程序可以在比前幾代更多的設(shè)備上使用。

總而言之，Arm 將其所有最新 CPU 設(shè)計(jì)都轉(zhuǎn)向 3 nm 工藝技術(shù)，并對 Cortex-X925 和 Cortex-A725 內(nèi)核進(jìn)行改進(jìn)，表明其戰(zhàn)略重點(diǎn)是優(yōu)化現(xiàn)有架構(gòu)，而不是進(jìn)行徹底的改變。這些改進(jìn)包括增加每個內(nèi)核的緩存大小、轉(zhuǎn)向更寬的管道，以及為 2024 年增強(qiáng) DSU-120 內(nèi)核集群，這無疑在紙面上帶來了顯著的性能和能效提升。

在使新設(shè)備能夠處理要求苛刻的應(yīng)用程序的同時，這些效率和性能方面的改進(jìn)大多是在轉(zhuǎn)向更先進(jìn)但更具挑戰(zhàn)性的 3 納米節(jié)點(diǎn)時實(shí)現(xiàn)的。隨著 Arm 繼續(xù)突破其 IP 的極限，這些技術(shù)應(yīng)該為更強(qiáng)大、更高效、更智能的設(shè)備鋪平道路，塑造移動設(shè)備未來的可能性和能力，無論是新一代支持 AI 的設(shè)備還是移動游戲，Arm 都希望提供這一切。

來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察