آرم آینده پردازنده‌های پرچمدار اندرویدی را ترسیم کرد؛ هرآنچه باید بدانید

زمان آن رسیده تا آرم، مغز متفکر پشت پردازنده‌های موبایل، الگوی ساخت نسل بعدی پردازنده‌های کوالکام، مدیاتک و بقیه شرکت‌های ساخت پردازنده را معرفی کند؛ اگر برایتان سؤال است که پردازنده‌ی کوالکام ۸ نسل ۳ یا دایمنسیتی ۹۳۰۰ مدیاتک چگونه خواهند بود با ما همراه باشید.

شرکت آرم در رویداد Arm Tech Day 2023، تعدادی از هسته‌های قدرتمند و کم مصرف برای کاربری‌های مختلف و نسل پنجم GPU-های خود را با قابلیت‌هایی همچون رهگیری پرتو و بهبود مصرف انرژی رونمایی کرد.

قبل از این که با سخت‌افزار‌ جدید شروع کنیم باید از بخش نرم‌افزار بگوییم. جدیدترین نسخه از هسته‌های پردازشی آرم تماماً ۶۴ بیتی هستند، حتی هسته‌های کم مصرف. به گفته‌ی آرم به‌هیچ‌وجه نسخه‌ای ۳۲ بیتی از هسته‌های جدید وجود نخواهد داشت.

از آنجا که هسته‌های جدید آرم براساس مجموعه‌ی دستورالعمل‌های ARMv9.2 ساخته شده‌اند؛ در هیچ‌یک از پردازنده‌های جدید امکان ترکیب هسته‌های جدید با هسته‌های قدیمی یا هسته‌های با پشتیبانی از معماری ۳۲ بیتی وجود ندارد؛ بدین‌ترتیب تمام تراشه‌های بالارده‌ی موبایل یا سایر دستگاه‌ها همچون لپ‌تاپ‌ها که از پردازنده‌های بالارده‌ی مجهز به هسته‌های آرم استفاده می‌کنند، صرفاً ۶۴ بیتی خواهند بود.

هسته‌های پردازشی جدید هسته‌ی قدرتمند Cortex-X4، هسته‌ی میان‌رده‌ی Cortex-A720 و هسته‌ی کم‌مصرف Cortex-A520 را شامل می‌شوند که راه هسته‌های Cortex-X3 و A-715 به همراه A-510 به‌کاررفته در گوشی‌های سال ۲۰۲۲ با پردازنده‌‌ی Snapdragon 8 Gen 2 را ادامه می‌دهند.

به‌روزرسانی‌های خبرساز امسال شامل بهبود عملکرد ۱۴ درصدی Cortex-X4 با فرکانس ۳٫۴ گیگاهرتزی نسبت به Cortex-X3 با فرکانس ۳٫۲۵ گیگاهرتز موجود در پردازنده‌هایی مثل Snapdragon 8 Gen 2 است. بدون آنکه تأثیر مثبت فرایند ساخت بهینه‌ی ۳ نانومتری در پردازنده‌های آینده را به‌حساب بیاوریم، هسته‌ی Cortex-X4 می‌تواند عملکرد هم‌سطح Cortex-X3 را با ۴۰ درصد مصرف انرژی کمتر ارائه دهد؛ البته باید توجه داشت که برای دستیابی به عملکرد بسیار بالاتر از Cortex-X3، به‌ناچار، مصرف انرژی Cortex-X4 فراتر از نسل قبل خواهد رفت.

برای کسانی که نگران مدیریت حرارت و عمر باتری دستگاه خود هنگام استفاده از هسته‌های پرقدرت بودند، خبر کاهش ۴۰ درصدی مصرف انرژی Cortex-X4، بسیار خوشایند است. کاهش مصرف انرژی و تولید حرارت به سازندگان امکان می‌دهد تا بدون نگرانی از مصرف انرژی یا تولید حرارت، از دو یا چند هسته‌ی Cortex-X4 در پردازنده‌هایشان استفاده کنند.

آرم برای دستیابی بهبود چشمگیر در بهره‌وری هسته‌های پرقدرت، از دستورالعمل‌های عریض‌تر و فرآیند جدید فراخوانی دستورالعمل‌ها استفاده کرده است تا بدین‌ترتیب، در هر چرخه‌ی پردازشی (هر چرخه از فرکانس)، هسته‌ها بتوانند محاسبات بیشتری انجام دهند. مهندسان آرم برای پیاده‌سازی تمام این تغییرات، مساحت هسته‌ها را تنها ۱۰ درصد افزایش داده‌اند.

برای هسته‌ی Cortex-A720 نسبت به Cortex-X4 بیشتر بهینه‌سازی صورت گرفته است تا بازسازی؛ ولی نباید از بهبودهای آن نسبت به نسل گذشته غافل شد.

هسته‌ی Cortex-A720 در پردازش‌های مشابه و با فرایند ساخت یکسان، حدود ۲۰ درصد بهینه‌تر از Cortex-A715 عمل می‌کند. این هسته نسبت به نسل قبلی خود با مصرف انرژی یکسان حدود ۴ درصد عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهد. آرم برای بهبود هسته‌ی جدید، با به‌کارگیری نسخه‌ای از موتور پیش‌واکشی فضایی (Spatial Prefetch) هسته‌های Cortex-X برای فراخوانی بهینه‌تر دستورالعمل‌ها به هسته‌ها و پایپ‌لاین‌های کوتاه‌تر و بهینه‌تر، به چنین بهبودی دست یافته است.

آرم امکان ارائه‌ی نسخه‌های دیگری از Cortex-A720 را نیز میسر کرده؛ این آزادی عملکرد نه تنها در انتخاب میزان حافظه‌ی کش بلکه در اندازه‌ی هسته نیز در دسترس قرار دارد و به سازندگان امکان کاهش اندازه‌ی پردازنده را می‌دهد. در کوچک‌ترین نسخه از Cortex-A720 اندازه‌‌ی هسته با Cortex-A78 سال ۲۰۲۰ برابری می‌کند؛ درحالی‌که بهبود ۱۰ درصدی عملکرد و تمام مزایای مختلف معماری ARMv9 مثل امنیت را به‌ارمغان می‌آورد. احتمالاً بر اثر محدودیت‌های عملکردی، چنین چیزی را در پردازنده‌های موبایل نمی‌بینیم؛ اما در کاربری‌هایی که عامل محدودکننده، اندازه‌ی تراشه است، مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

آرم امسال یک واحد محاسباتی (ALU) را از Cortex-A520 کم کرده که نشان می‌دهد بیشتر بهبود و کاهش مصرف انرژی هسته‌های جدید از کجا نشئت می‌گیرد؛ همچنین بهبود حافظه‌ی کش و الگوریتم پیش‌واکشی دستورالعمل‌ها باعث شده است Cortex-A520 نسبت به نسخه‌ی سال گذشته‌ی خود حدود ۸ درصد بهبود را تجربه کند. از سوی دیگر، Cortex-A520 برخلاف نسل گذشته که ۳۲ بیتی بودند، تنها در نسخه‌ی ۶۴ بیتی تولید می‌شود. 

نزدیک به ۱۰ سال از زمانی می‌گذرد که آرم از معماری big.LITTLE پرده برداشت؛ راهکار نامداری که در سال ۲۰۱۷ به چینش انعطاف‌پذیرتر DynamIQ ارتقا یافت که امکان چینش سه‌گانه‌ی هسته‌های قدرتمند، متوسط و کم مصرف را ممکن کرد. در آن زمان CPU-ها بهبود چشم‌گیری را در عملکرد بیشینه و مصرف انرژی تجربه کردند. در نتیجه‌ی همین تغییر، چینش ۴+۴ به چینش‌های ۱+۴+۳ یا ۲+۲+۴ و پیکربندی‌های دیگر تبدیل شد. افزایش عملکرد و بهبود قدرت پردازشی هسته‌های میانی همچون Cortex-A720 بدین معنی است که برای بار دیگر الگوی چینش هسته‌ها می‌تواند دستخوش تغییراتی جذاب شود.

برای مثال، آرم چینش ۱+۵+۲ را در طول رویداد رونمایی هسته‌های جدید به‌نمایش گذاشت. استفاده از ۵ هسته‌ی میانی اجازه می‌دهد تا بدون نیاز به هسته‌های پرمصرف Core-X، بتوان با بهره‌گیری از قابلیت پردازش چندرشته‌ای و عملکرد پایدار چنین هسته‌هایی، تجربه‌ی بازی بهتری را فراهم کرد.

توجه داشته باشید که به‌کارگیری چینش جدید برای هسته‌های پردازشی کاملاً به سازنده‌های تراشه مثل کوالکام و سامسونگ یا مدیاتک برمی‌گردد؛ ولی با توجه به اخبار منتشرشده از تراشه‌ی Snapdragon 8 Gen 3، به‌نظر می‌رسد کوالکام نیز تصمیم به ایجاد تغییراتی در چینش هسته‌های پردازنده‌ی جدید خود دارد.

آرم، سه گرافیک جدید از میان‌رده تا بالارده را نیز در رویداد ماژول‌های جدیدش رونمایی کرد. هر پردازنده‌ی گرافیک جدید آرم براساس معماری نسل پنجمی GPU-های این شرکت توسعه یافته‌ که ۱۴ درصد بهبود عملکرد و ۴۰ درصد مصرف کمتر پهنای باند حافظه نسبت به نسل قبل را به‌ارمغان می‌آورد؛ درحالی‌که مساحت پردازنده تنها ۲ درصد بیشتر از گذشته است.

پردازنده‌ی گرافیکی پرچم‌دارِ Immortalis G720 با پیکربندی ۱۰ تا ۱۶ هسته و پشتیبانی از قابلیت رهگیری پرتو در دسترس قرار دارد؛ درحالی‌که پردازنده‌ی عادی Mali-G720 با پیکربندی ۶ تا ۹ هسته در اختیار تولیدکنندگان قرار می‌گیرد و همانند برادر قدرتمندتر خود می‌تواند از رهگیری پرتو نیز پشتیبانی کند؛ ولی آرم این کار را پیشنهاد نمی‌کند؛ چراکه هسته‌های ضعیف‌تر ممکن است عملکردی مناسب از رهگیری پرتو را در شرایط مختلف به نمایش نگذارند. در پایان، Mali-G620، گزینه‌ای ارزان به‌شمار می‌آید که با حداکثر ۵ هسته‌ ارائه می‌شود.

در چند سال گذشته شاهد افزایش قدرت پردازنده‌های مبتنی بر آرم بودیم؛ ولی بسیار هیجان‌انگیز است که حداکثر تا ۱۲ ماه دیگر، شاهد عرضه‌ی گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ و دیگر دستگاه‌های مبتنی بر آرم با این حجم از افزایش عملکرد و کاهش مصرف انرژی خواهیم بود.

نظر شما درمورد تلاش آرم برای بهبود قدرت هسته‌های پردازشی و گرافیکی و کاهش مصرف انرژی آن‌ها و همچنین پایان استفاده‌ی این شرکت از هسته‌های ۳۲ بیتی چیست؟