Arm GPU首次支援硬體光追，帶著手機也能進入元宇宙？

Arm正在模糊虛擬和現實的界限，連發佈會的開場也開在虛擬世界，移動裝置離元宇宙將越來越近。

雷峰網訊息，本週Arm釋出最新的面向移動端的計算產品組合，包括兩款CPU（高效能Cortex-X3、高效效能Cortex-A715），三款GPU（Immortalis G715、Mali-G715、Mali-G615）。

最值得一提的旗艦級GPU產品Arm Immortalis（中文意思“不朽”），這是Arm GPU的全新系列，Immortalis G715也是Arm首款移動端支援硬體光線追蹤（Ray Tracing）的GPU。當然，也是Arm能夠將移動裝置作為元宇宙入口的關鍵。

相比GPU實現新的里程碑，Arm在市場上最有優勢的移動CPU產品，看起來沒有達到去年預計的未來兩年CPU效能提升30%的目標。

不過，要滿足遊戲、元宇宙、AI等對於計算不斷提升的需求，還是需要CPU、GPU等組合的異構計算。因此，Arm在今年同樣強調全面計算解決方案（TSC22），TCS22相比上一代能夠實現28%的效能提升，16%的能耗降低。

更有意思的是，從Arm透露的產品路線圖看，Arm已經準備好衝入元宇宙的時代。

硬體光線追蹤進入移動終端

GPU並非Arm的傳統強項，但其在移動裝置市場依舊具有強大的市場統治力， Arm Mali GPU 出貨量已超過 80 億顆 。因此，Arm推出硬體級別光線追蹤移動GPU，對於移動市場光線追蹤生態的發展，和光追的普及將具有重要價值。

Arm 高階副總裁兼終端事業部總經理 Paul Williamson直言，Arm推出的全新旗艦級GPU 產品Immortalis，是 為了滿足移動應用與遊戲對於硬體與效能的新需求。

過去幾年間，無論是高通、聯發科這樣的移動SoC提供商，還是小米、OPPO、vivo等手機OEM，都看準了手遊市場的機會，將提升GPU以及遊戲體驗作為賣點。手機上可以玩越來越多視覺效果出色的3A遊戲。

遊戲之外，AR、VR、MR，以及元宇宙都對視覺體驗提出了更高要求。

顯然， 無論是桌面端還是移動端GPU都需要邁向下一個階段 ，而Arm Immortalis無論從命名還是效能都是面向新時代的產品。

Immortalis傳承了Mali GPU的技術積累，相比上一代Mali-G710，I mmortalis-G715效能提升15%，能耗節省15%，機器學習效能提升2倍 ，是Arm迄今為止效能最強的GPU。

高效能會同時帶來功耗的挑戰，對於使用電池供電的移動裝置，對功耗又極其敏感，如果不能控制好功耗，就無法帶來良好體驗。對此，Paul  Williamson表示，Arm 的光線追蹤單元只佔用了約 4% 的著色器核心面積， 僅耗費非常小幅的功耗，就能在相關領域帶來3倍效能提升。

圖中左側為未開啟光線追蹤，右側為開啟光線追蹤

Arm也給出了基於其光線追蹤GPU的效果展示，以及峰值效能及FPS/W效能。據悉，Arm的光線追蹤實現是基於標準的 Vulkan API，開發者的可及性非常高。

除了支援硬體光線追蹤的Immortalis GPU，Arm還同時推出了Mali-G715和Mali-G615，Mali G715相比Immortalis-G715主要的差別是不支援硬體光線追蹤，只有7-9個著色器核心（Immortalis-G715有10-16個）。

定位高階的Mali-G615（去年推出的Mali-G610的更新產品）的著色器核心數量為1-6個。2022推出的新款GPU均具備的可變速率著色 (Variable Rate Shading) 圖形功能，能夠在降低能耗的同時，提升遊戲效能。

相比GPU支援硬體光線追蹤的亮點，Arm的CPU產品更新就缺乏亮點。

新一代CPU效能提升未完全達到預期

2021年，Arm推出了面向新十年的Armv9架構，並推出了首代基於新架構的一系列CPU產品。去年，Arm預計，新一代架構Armv9將保持超過業界CPU效能提升的速度， 未來兩代移動和基礎設施CPU的效能提升將超過30%。

當時Arm高階副總裁、首席架構師兼技術院士Richard Grisenthwaite還表示，“這個資料是根據業界標準評測工具來衡量，30%的算力提升完全是憑藉於本身架構而不是藉助於製程工藝來實現。”

今年推出的全新Arm Cortex-X3，與最新款的安卓旗艦智慧手機（執行的上一代Cortex-X2的SoC）相比，效能提升25%，與主流膝上型電腦處理器（Intel Core i7 1260p 28w）相比，效能提升了34%。

這也就意味著， Arm去年預計的效能提升在今年並未完全實現 ，畢竟相比上一代Cortex-X2的效能提升未達到30%。

作為Arm移動端的效能標杆，也是定製CPU專案，Cortex-X3進行了一系列的技術升級，解碼器每週期指令從5個提升到6個，亂序執行視窗從288提升到320個，整數ALU單元從4個提升到6個，L2快取容量也從512KB提升到了1MB。

效能提升的同時，Cortex-X3的功耗表現應該也會成為今年旗艦安卓手機關注的焦點。

將被更廣泛使用的新一代CPU是專注於高效效能的 Arm Cortex-A715，與上一代Cortex-A710 相比，效能僅提升5%，能效提升 20%，可以媲美Cortex-X1的效能。

為了兼顧能效表現， Cortex-A715的CPU叢集採用了基於大小核 (big.LITTLE) 的配置。

另外，去年推出的Armv9架構高效小核CPU Arm Cortex-A510也迎來更新， 效能不變的同時將功耗降低5%， 並且更新版的DSU-110所支援的CPU叢集核心數增加50%，實現了不同等級消費級裝置的可擴充套件性。

從Arm在Cortex-A715中引入大小核配置提高能效，以及更新版Cortex-A510降低功耗，都表明A rm移動端CPU目前在效能和功耗的平衡中所面臨的巨大挑戰， 這也是手機SoC設計公司和手機OEM都希望Arm能夠提升的部分。

Paul Williamson告訴雷峰網 (公眾號：雷峰網) ，“效能和功耗要做好平衡，涉及到的因素非常多。我們與合作伙伴共同致力於在晶片以及SoC設計兩方面做出最佳的選擇。同時，我們也與作業系統廠商和其他軟體生態系統的夥伴合作，確保軟體開發能夠充分利用整個系統的資源。”

Arm衝向元宇宙

從2021年開始，Arm就更加強調全面計算的重要性。

Paul Williamson指出，“ Arm全面計算解決方案專注於設計的可擴充套件性，這也是我們能通過GPU的配置 ，滿足廣泛應用的需求。 例如，我們可以使用少量的核心數來實現非常高效和緊湊的設計，也可使用大量的核心數來實現終極的視覺體驗。在 CPU 叢集中，我們可以採取類似的方法，針對每個應用採用不同的 CPU並進行不同的配置。”

CPU、GPU、AI加速器組合的異構計算正變得越來越重要，Arm面向未來十年，也正在規劃全新的產品線進一步提升其全面計算產品組合。

Paul Williamson透露， Arm在大核 CPU 產品線中我們有新的專案Hunter和Chaberton，GPU產品線有Titan和Krake。 同時還在投資系統 IP，以確保低延遲的記憶體路徑和系統級快取效能。

想要將計算和應用推向新的時代，軟體生態和開發者也不可缺少。開發者可及性方面，Arm在不斷提升Arm計算庫和Arm NN框架，確保開發者能訪問硬體效能。Arm也在持續提升安全效能。

其中非常值得關注的是應用程式轉向64位，中國主要的應用商店已表明，到今年 8 月，所有新上架的應用都應該是64位，沒有過渡到64位的應用會因為效能欠佳讓使用者感到失望。Arm全新的CPU產品中，也僅有Cortex-A510還支援32位。這也在一定程度上表明，從硬體到應用，Arm都在為XR和元宇宙做準備。

而Arm也已經準備好衝向元宇宙的新時代。

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