关于下一代智能手机处理器你必须知道的 5 件事

Arm 的最新 CPU 内核有望提供更高的性能和更长的电池寿命。还有一个新的光线追踪 GPU 即将推出。

每年的这个时候，智能手机芯片背后的大脑 Arm 都会推出高通、联发科等公司的下一代SoC的构建模块。如果您一直想知道即将推出的第三代骁龙 8 或天玑 9300 会是什么样子，那么您来对地方了。

在 2023 年 Arm 技术日期间，Arm 推出了一系列涵盖高性能和低功耗用例的新 CPU 内核，以及其第五代 GPU，并提供光线追踪图形支持。因此，让我们浏览一下有关所有这些尖端技术的基本知识。

再见 32 位（这次是真的）

在我们甚至进入新硬件之前，是一个巨大的软件含义。最新的 Arm 处理器都是 64 位的，包括小内核。不，不会对这些核心中的任何一个进行 32 位修订，以保持对遗留支持的持续时间更长。

由于这些最新的 Arm 内核全部构建在最新的ARMv9.2 架构上，因此使用它们的任何芯片都不能混入旧架构或支持 32 位的内核。这意味着未来所有高端智能手机芯片组和其他领域的 Arm SoC，如笔记本电脑，都将仅支持 64 位。

经过多年的推动，我们终于进入了 64 位时代。

尽管这听起来很激进，但基础工作已经奠定了一段时间，Arm 现在感觉很舒服，因为已经完成了关键生态系统的过渡工作。多年来，Arm 本身一直在逐步推动 32 位走出后门，仅在 2021 年的Cortex-X2中转向 64 位，随后是 2022 年的Cortex-A715 中核。同样，谷歌自 2019 年以来鼓励开发人员将他们的应用程序更新到 64 位，并且从 2021 年 8 月起仅向兼容设备提供 64 位应用程序。

终于，经过多年的期待，32 位 Android 终于走到了尽头。

一个不会节流的大核心

三个新的 CPU 内核启动了实际的硬件发布：强大的 Cortex-X4、中端 Cortex-A720 和节能的 Cortex-A520。这些来自 2022 年的 Cortex-X3、A-715 和 A510 内核，这些内核为包括 Snapdragon 8 Gen 2在内的多个旗舰芯片组提供动力。

在比较同一制造节点上的单线程工作负载时，今年的主要升级包括 3.4GHz Cortex-X4 的性能比第 8 代 2 中的典型 3.25GHz X3 平均高出 14%。更令人印象深刻的是，在与 Cortex-X3 相同的性能下，功耗降低了 40%。同样，那是在您考虑即将缩小到下一代 3nm 制造工艺之前。然而，将性能远远超过 X3 最终会增加功耗，使其高于上一代机型。

即便如此，对于那些在全力运行这些大内核时关心热性能和电池寿命的人来说，这仍然是个好消息。这一巨大改进也为在 CPU 集群中包含两个或更多强大的 Cortex-X4 内核打开了大门，同时不会对电池寿命和发热产生巨大影响。留意那个。

Arm 如何实现这些收益的长短在于更宽的指令宽度和重新设计的指令获取，本质上允许内核在每个时钟周期执行更多操作。而所有这一切，面积仅比去年增长了 10%。令人印象深刻的东西。您可以阅读我们的 Cortex-X4 深入研究，更深入地了解所有这些较小的变化是如何工作的。

更小的内核让您的手机运行更长时间

与X4相比，Cortex-X720更多的是优化而不是翻新。然而，这不应该减少为改进这个经常被忽视但非常重要的中间核心所做的工作。

该 CPU 内核的能效比去年的 Cortex-A715 内核高 20%，在同类制造基础上并针对相同的性能点。或者，该芯片可以在相同的功耗下提供 4% 以上的性能。这一设计获胜的关键在于更短、更高效的管道，实施 Cortex-X 系列空间预取引擎的一个版本，以更优化地将指令带入内核。

今年，Arm 还为更广泛的 Cortex-A720 实施打开了大门。不仅在缓存大小方面，而且还通过物理缩小而不是移除组件来节省硅面积。在其最小配置中，Cortex-A720 可以配置为与 2020 年的 Cortex-A78 内核相同的大小，同时提供高出 10% 的性能以及 ARMv9 的所有安全性和其他优势。由于性能下降，我们预计不会在智能手机中看到这种情况，但对于硅面积大小是限制因素的行业来说，这将是一个福音。

更高效的 CPU 内核将有利于延长电池寿命。

完成 Arm 的 CPU 公告的是一个新的节能 CPU 内核，即 Cortex-A520。同样，与去年的 A510 设计相比，效率提高了 22%，并且随着制造节点越来越小，效率可能会更高，明年你的智能手机电池的续航时间应该会更长。

有趣的是，Arm 今年去掉了一个数字运算单元 (ALU)，这是内核大部分节能的来源。它的工程师从新的数据预取和高速缓存改进中收回了额外的性能，使该芯片在功率相同的情况下提供比去年型号高出 8% 的平均性能。与去年的 32 位版本不同，A520 是一款仅支持 64 位的小型 CPU。

奇葩核心设计要来了？

自 Arm 推出 big.LITTLE CPU 集群架构以来已有十多年了，该架构在 2017 年演变成更灵活的 DynamIQ 结构，以适应现代三核类型设计。在那段时间，CPU 的能力发生了变化，峰值性能飙升，同时能源效率也有了巨大的提高。因此，早期的 4+4 CPU 核心设计已经让位于 1+4+3、2+2+4 和其他集群变体。当今中核（如 Cortex-A720）的能效提高和可持续性能可能意味着这种模式即将再次转变。

例如，Arm 在演示期间展示了一个有趣的 1+5+2 设置。虽然纯粹是一个理论上的例子，但引入五个中间 CPU 核心将提供额外的可持续线程以提高游戏性能，这得益于多线程功能，但不需要 X 系列核心的巨大单核咕噜声（和功耗）。

CPU 集群设置的更大多样性可能有助于手机在不耗电的情况下提高性能。

同样，Arm 最小内核（如新的 Cortex-A520）的累积性能改进意味着您不一定需要四个来运行后台任务，例如检查消息。三个甚至两个都可以。当我们讨论这个话题时，最新版本的 DynamIQ 现在支持每个集群 14 个内核，但如此庞大的设置是为笔记本电脑而不是智能手机用例设计的。

当然，CPU 布局完全取决于 Arm 的芯片合作伙伴，例如高通、三星等，他们可能已经或可能没有发现类似的趋势。Snapdragon 8 Gen 3 泄漏肯定表明他们可能有。无论哪种方式，Arm 在内部仔细考虑这些设计的优点肯定很有趣。CPU 性能/效率格局已经发生变化，我们可以看到 CPU 集群设计很快就会随之发展，如果不是今年的话。

下一代不朽图形

如果没有新的图形组件，就不会是 Arm 的发布；Arm 拥有三个新产品，涵盖中高端市场。这三款产品均基于 Arm 的第 5 代 GPU 架构构建，与上一代产品相比，性能提高了 14%，内存带宽提高了 40%。与去年相比，每个核心的面积仅增加 2%。

Arm Immortalis G720 是旗舰产品，核心数量从 10 扩展到 16，并具有强制性的光线追踪功能。常规的 Mali-G720 可以构建 6 到 9 个内核。它还可以包括光线追踪，但 Arm 不推荐这样做，因为较低的核心数量不一定会产生出色的光线追踪体验。请记住，Arm 在每个着色器内核中都包含一个光线追踪单元，因此性能会随着内核数量的增加而增加。最后但同样重要的是，Mali-G620 是一个更实惠的选择，具有五个或更少的内核。尽管如此，此配置适合与 Mali-G510 相同的区域，但提供了更多的性能和功能。

光线追踪现在是 Arm 移动图形路线图的主要内容。

查看我们的 Arm 5th Gen 架构深入研究，了解所有底层细节。但需要注意的重大变化是对核心延迟渲染管道的改进。在大多数情况下，Arm 现在推迟顶点和片段着色，这有助于防止过度重新着色并减少对内存的调用。因此性能提升和显着降低内存带宽指标，后者对于节能尤为重要。考虑到这一点，我们可能会发现 SoC 具有更大的 GPU 核心数以实现更高的性能，而不会影响电池寿命。

近年来，我们已经开始将 Arm 的两位数性能提升视为既定事实。然而，令人印象深刻的是，下一代智能手机和基于 Arm 的 PC 将继续看到比过去 12 个月内才推出的设备更大的性能提升。我们预计将在 2023 年底左右推出采用 Arm 最新 CPU 和 GPU 核心设计的智能手机。