IPC 效能飆升 30% - ARM 發佈 ARMv9 指令集,被譽為十年以來最重要改進

- 軒仔 - 2021-03-31

稍早凌晨,ARM 正式推出了 ARMv9 指令集,官方指其為 10 年來最重要的創新,也奠下了未來 3,000 億 ARM 晶片的基礎。包括目前效能最強的 Cortex-X1 / A78 在內,現時所用的 ARM 晶片依然是採用 ARMv8.x 指令集,其於 2011 年首次推出,主要加入了對 64 bit 指令集的支援。

而對比下,ARMv9 的升級亮點之處就十分之多。在過去 10 年,晶片的架構有太多變化,而 ARM 處理器亦不限於移動或嵌入式使用,已擴展到 PC、高效能運算、深度學習等等新領域。ARMv9 兼容 ARMv8 基礎,並提升安全性、向量運算、機械學習及數位信號處理方面,同時繼續提升處理器效能。首先在效能上的變化,以 Mobile 平台使用的 Cortex-X / A 系列為例,X1 / A78 的效能對比 16nm A72 提升 2.5 倍,而下一代的 Matterhorn 與 Makalu 架構將維持 30% 以上的 IPC 效能提升。而 IPC 的提升與頻率無關,若再考慮到未來製程更新後的頻率增加,那麼 CPU 效能有望提升 40% 以上。

除了 CPU 效能,ARMv9 還相當重視整體的效能提升,包括降低記憶體延遲 (由 150ns 降至 90ns)、頻率提升 (由 2.6GHz 到 3.3GHz) 內存帶寬 (從20GB/s 到 60GB/s)與快取提升等。

同時亦有一個重要升級,就是 SVE2 指令集,SVE 最早是 ARM 與 Fujitsu 合作的浮點效能擴充,曾為日本取得 TOP500 之冠的超級電腦 – 富岳就是使用了 SVE 指令集,現在推出的則是第二代。對比 SVE 的 128-bit 向量,SVE2 可支援多倍 128-bit 向量運算,最多 2,048-bit,故 SVE2 可增強 ML 機械學習、DSP 信號處理能力,提升了未來 5G、虛擬實境、增強現實以及 CPU 本地執行 ML 的效能,同時還會繼續提升 AI 人工智能效能。

至於 ARMv9 晶片的商業化,預計會在 2021 年底的時候進入市場。