Cortex-X1 : Arm privilégie la performance sur mobile

Par opposition aux Cortex-A traditionnellement axés sur l'efficacité, la microarchitecture Cortex-X1 donne la priorité aux performances.

On la connaissait sous le nom de code « Hercules » : la microarchitecture Arm Cortex-A78 est désormais officielle.

Troisième représentante de la lignée Austin après les Cortex-A76 et A77, elle reste dans une logique d'équilibre entre performances, consommation et encombrement.

On retrouve ses principales caractéristiques dans une autre plate-forme annoncée en parallèle : Cortex-X1. La différence ? Cette dernière donne la priorité aux performances.

Parmi les changements architecturaux qu'apporte la génération Cortex-A78, on aura noté (du front-end au back-end) :

Instructions de branchement : possibilité de traiter jusqu'à deux prédictions par cycle

Optimisation de la densité des entrées dans le banc de registres

Prise en charge des multiplications sur le pipeline d'une des ALU (unité arithmétique et logique)

Ajout d'une AGU (unité de calcul d'adresses)

Doublement de la bande passante en lecture/écriture vers le cache L2

Le boost 5 nm

Cortex-X1 y ajoute, entre autres :

Élargissement de la bande passante entrante du cache L1I (passage de 4 à 5 instructions)

Augmentation de la capacité du prédicteur de cible de branchement (passage de 64 à 96 entrées)

Doublement des caches L2 (1 Mo) et L3 (8 Mo), ainsi que du TLB (2 000 entrées)

Qu'en est-il des performances ?
En capitalisant sur la gravure à 5 nm, Arm estime qu'un appareil mobile sur base Cortex-A78 offrira, par rapport à un appareil de 2019 :

20 % de performance supplémentaire à consommation égale (test effectué en monocour à 1 W)

Une consommation divisée par deux à performance égale (test en monocour sur le benchmark SPECint2006).

Si on s'en tient à la gravure 7 nm sur une configuration similaire à l'A77 (32 Ko de cache L2 ; 512 Ko de L3), on obtient, d'après Arm :

Performance : +7 % (à consommation égale)

Consommation : -4 % (à performance égale)

Empreinte physique : -4 % (à performance égale)

Cortex-X1 : ARM pousse la personnalisation

Comme l'A77, l'A78 est conçu pour être mis en cluster big.LITTLE avec des cours A55. En configuration « 4 + 4 », Arm avance un rapport performance par watt amélioré de 20 % (pour chaque cour) et un encombrement réduit de 15 % (au niveau du cluster).

Pour Cortex-X1, Arm a choisi de communiquer sur la configuration la mieux dotée (caches 64 Ko / 1 Mo / 8 Mo).

Par rapport à la configuration minimale de l'A77, la gain en performance arithmétique s'élève à 30 % (+ 22 % par rapport à l'A78). Elle est aussi importante en virgule flottante.
En machine learning, il est question d'un doublement des performances (comparaison effectuée à 3 GHz, toujours sur SPECint2006).

Arm communique moins sur les paramètres d'empreinte physique et énergétique. Et pour cause : Cortex-X1 entre le cadre d'un nouveau programme « Cortex-X Custom ».
Dans la continuité de l'initiative « Built on Arm Cortex Technology », il s'agit de permettre aux clients de participer très en amont à la conception des microarchitectures, pour aller vers des configurations personnalisées.

L'assemblage le plus probable pour des SoC mobiles haut de gamme consistera en un cour Cortex-X1, trois A78 et quatre A55.

Illustration principale © Egorov Artem - shutterstock.com

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