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半年后,实时光线追踪会是 Android 旗舰的标配

文強官方 2022-7-9 23:14:01

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除了 iPhone 搭载自研 A 系列芯片,Android 厂商们的 SoC 多是来自于高通、联发科与三星。

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▲ 图片来自:wccftech

而高通、联发科与三星在 SoC 自主设计 CPU、GPU 架构上涉及不深,更偏向以 Arm 的公版架构为主。

如此,就带来了一个问题,当 Arm 公版架构设计不佳的时候,很容易引起连锁反应,旗舰芯片表现不佳,最终 Android 旗舰产品也大面积发热耗电。

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▲  图片来自:《权力的游戏》

倘若再加上芯片代工厂的工艺良率不高,简直就是雪上加霜。

近年来,Android 高端 SoC 也陷入了如此的恶性循环,近年各厂的 Android 旗舰也被拖下了水。

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原本算是较为小众的 SoC 知识,也逐步成为普通消费者的一个选购认知。

不过,相对于较难赶超的制程工艺,Arm 的公版架构定型之后,还是可以通过优化逐步扭转劣势。

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▲ 第一代 Armv9 CPU 核心 图片来自:Arm

去年,Arm 在公版架构中引入了 Armv9 指令集,带来了 Cortex-X2、Cortex-A 710 和 Cortex-A510 三款全新的公版 CPU 核心。

最终在骁龙 8 Gen1 和天玑 9000 中,这套全新的架构相对于前代有了一定的提升,但仍旧有着不小的优化空间

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在前些日子的 Total Compute Solutions 2022 大会上,Arm 对外公布了最新一代的公版架构,包括全新的 Cortex-A 三个 CPU 核心与全新的 GPU 系列。

新一代的 CPU 架构核心几乎也是就是围绕着优化与加强,GPU 则实打实的是创新。

CPU 着重提升能效比

Arm 芯片的优势便是能效比,但近年超大核 Cortex-X 的出现也开始让移动端的 Arm 芯片的绝对性能有了不小的进步。

新一代的 Cortex-X3 的出现,依旧是为了峰值性能,在与 Cortex-X2 相同的 3.3GHz 时钟频率之下,X3 有着 25% 的性能提升。

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倘若 X3 运行在 3.6GHz 下,相对于一些主流级别的笔记本处理器来说,则有着 34% 的提升。

显然,Cortex-X3 超大核的超频潜力,以及更高的性能(和能耗)是给 Arm 的 PC 所准备,并非是为下一代的手机旗舰 SoC 所设计。

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大核心 Cortex-A715 从命名来看,更像是对前作 A710 的改进,重点围绕的是效率。

核心结构优化之后,Cortex-A715 带来了 5% 的性能提升,同时能耗有了 20% 的降低。

从曲线来看,无论是在何种状态,A715 相对于 A710 都有着更好的能效比。为此,Arm 还表示在相同的频率和缓存下,A715 已经有了媲美 X1 的性能。

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另外在大核心上,Arm 彻底地取消了对 32 位 App 的支持。因此,A715 的指令解码器的尺寸比前作缩小了 4 倍,使得 A715 核心在面积、功率和执行方面更有效率。

中核心的命名仍是 Cortex-A510,但 Arm 仍旧做了优化,并称之为是焕然一新的 A510。(感觉更像是重做了一遍 A510,毕竟前作问题很大。)

新 A510 核心,改进了时序,优化效率,由此功耗降低 5%。最为关键的是,A510 重新加入了对 32 位 App 的支持。

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为此这个全新的 A510 也会被运用到物联网等其他领域,同样地,也不仅面向智能手机。

除了三款自有 Cortex 核心的优化迭代,Arm 的 DSU(DynamIQ Shared Unit 动态共享单元)也更新支持 12 个内核与 16MB 的 L3 缓存。

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由此,未来的 Arm 处理器可能有着更为丰富的核心组合,除了常见的 1+3+4 的三丛架构,也可以是 1+4+4、2+2+4 等组合,甚至在一些追求更高能的芯片上,也可以用上 8+4+0 这种究极组合。

总的来说,Arm 新一代的 Cortex 核心多是在优化前代的结构,尽量提供更优的能效比,以及修正前代的一些不合理的设计。

另外,Arm 的核心设计也不仅限于智能手机,而是开始扩展各个核心的覆盖范围,超大核心 X3 着重向 PC 领域发展,而中核心 A510 具有更强的兼容性以面向物联网等领域。

GPU 光追将成为标配

以往来说,Arm 的公版 GPU 相对于 CPU 核心来说要弱势一点,更像是个基础的配置。

Arm 公版的 Mali GPU 不断迭代,在上一代的旗舰芯片中,公版的 Mali 在表现上已经接近高通自研的 Adreno。

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随着新一代 CPU 核心的发布,Arm 也更新了新一代的公版 GPU。与此前例行升级不同的是, 这次 Arm 带来了一个全新的 Immortalis 旗舰系列。

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▲ Immortan Joe 图片来自:《疯狂麦克斯 4》

Immortalis 系列与 Mali 在功能上最大的区别就是对光线追踪的支持,而在核心上,Immortalis-G715 拥有至少 10 个核心,而 Mali-G715 则可搭载 7~9 个核心。

核心数量上的差距,以及硬件上对光线追踪的支持,都让 Immortalis-G715 有着更广泛的用处,与 Cortex-X3 一样,更像是提前为 Arm 桌面级芯片做一个铺垫。

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Arm 产品管理总监 Andy Craigen 宣称 Immortalis-G715 仅用了 4% 的着色器核心区域,便通过硬件加速带来了 3 倍的性能提升。

其实,在 Arm 前代的 Mali-G710 GPU 上,就提供了基于软件的光线追踪。另外,三星的 Exynos 2200 也同 AMD 合作,推出了硬件上对光线追踪的支持。

无论是 Arm,还是芯片厂商,都在提前布局移动端的光线追踪,只不过目前来说对外演示的多是几个 Demo,而游戏开发商们并未有明确的行动。

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▲ 新 GPU 光线追踪演示 Demo(动图有压缩),注意看光影的变化 图片来自:Arm

对于移动端的 3D 游戏来说,大范围的硬件光追加持,有些像黎明之前的黑暗。

不过,Arm 的 Paul Williamson 在接受 TheVerge 的采访时,就暗示待明年搭载 Immortalis-G715 GPU 的终端上市后,就会有相应的产品以提供有趣的体验。

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▲ 图片来自:Android Authority

常规更新的 Mali-G715,如同 Cortex-A715 一般,着重在能效上提升,相对于 G710,有着 15% 的能效优化。

另外,Arm 也更新了一款定位略低于 Mali-G715 的 GPU,Mali-G615,区别就是有着更少的核心(小于 6 个),面向中端 Arm 处理器。

要说 Mali-G715 和 G615 是常规迭代的话,那硬件上支持光追的 Immortalis-G715 实打实的是大升级,对于 3D 图像有了更好的计算性能。

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Immortalis 系列的 GPU 与 Cortex-X 超大核类似,更像是 Arm 为桌面级处理器所准备,似乎准备开始在 Arm PC 上发力了。

芯片厂商们开始瞄向 Arm PC 领域

除了高通,三星 Exynos、联发科都会直接运用 Arm 的公版 CPU、GPU 架构,只不过核心频率、制程有所不同。

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▲ AMD 的加入,也没能拯救 Exynos 2200

而随着三星上一代 Exynos 2200 开始与 AMD 一同合作推出 Xclipse GPU 之后,目前主流 SoC 市场也只有联发科在依照 Arm 公版架构进行开发天玑系列。

与三星 Exynos 找到 AMD 合作类似,高通则是直接收购了 NUVIA,一家拥有自主设计 Arm 芯片架构的公司,目的便是着手于自己的 Arm 架构芯片。

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高通内部也准备了一块代号「Hamoa」的芯片,初期的目标便是苹果 M 芯片。其 CPU 将会引入自主设计的 IP 架构内核,而非是 Arm 公版架构。

很多分析师也表示,高通也有计划将自主设计 IP 的 CPU 内核引入骁龙芯片之中,当然前提是表现足够优秀。

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▲ 苹果芯片已经领跑于高通、联发科、三星

之所以不像苹果 A 芯片一般直接切换,实则还是由于骁龙芯片的市场份额太大,风险太高。

如今,Arm 的公版架构更像是一个基础,越来越接近于给厂商们一个参考。

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▲ 苹果芯片就是「差异化」的代名词

有能力的芯片厂商也在逐步开始自主设计核心架构,为的就是与苹果 A、M 芯片一样,有着更强的差异化,从而获得更多的订单量。

Arm 公版架构也开始着眼于 Arm 生态的打造,超大核 Cortex-X、 Immortalis 系列的 GPU 峰值性能的提升, 为的就是 Arm PC 处理器的布局,Cortex-A510 的重新设计,有了更好的向下兼容性。

智能手机市场已经转变为存量市场,无论是高通这种芯片厂商,还是 Arm 这种核心 IP 提供商来说,潜力巨大的 Arm PC 领域可能会是它们的下一个增长点。






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