Arm GPU首次支持硬件光追，带着手机也能进入元宇宙？

Arm正在模糊虚拟和现实的界限，连发布会的开场也开在虚拟世界，移动设备离元宇宙将越来越近。

雷峰网消息，本周Arm发布最新的面向移动端的计算产品组合，包括两款CPU（高性能Cortex-X3、高效性能Cortex-A715），三款GPU（Immortalis G715、Mali-G715、Mali-G615）。

最值得一提的旗舰级GPU产品Arm Immortalis（中文意思“不朽”），这是Arm GPU的全新系列，Immortalis G715也是Arm首款移动端支持硬件光线追踪（Ray Tracing）的GPU。当然，也是Arm能够将移动设备作为元宇宙入口的关键。

相比GPU实现新的里程碑，Arm在市场上最有优势的移动CPU产品，看起来没有达到去年预计的未来两年CPU性能提升30%的目标。

不过，要满足游戏、元宇宙、AI等对于计算不断提升的需求，还是需要CPU、GPU等组合的异构计算。因此，Arm在今年同样强调全面计算解决方案（TSC22），TCS22相比上一代能够实现28%的性能提升，16%的能耗降低。

更有意思的是，从Arm透露的产品路线图看，Arm已经准备好冲入元宇宙的时代。

硬件光线追踪进入移动终端

GPU并非Arm的传统强项，但其在移动设备市场依旧具有强大的市场统治力，Arm Mali GPU 出货量已超过 80 亿颗。因此，Arm推出硬件级别光线追踪移动GPU，对于移动市场光线追踪生态的发展，和光追的普及将具有重要价值。

Arm 高级副总裁兼终端事业部总经理 Paul Williamson直言，Arm推出的全新旗舰级GPU 产品Immortalis，是为了满足移动应用与游戏对于硬件与性能的新需求。

过去几年间，无论是高通、联发科这样的移动SoC提供商，还是小米、OPPO、vivo等手机OEM，都看准了手游市场的机会，将提升GPU以及游戏体验作为卖点。手机上可以玩越来越多视觉效果出色的3A游戏。

游戏之外，AR、VR、MR，以及元宇宙都对视觉体验提出了更高要求。

显然，无论是桌面端还是移动端GPU都需要迈向下一个阶段，而Arm Immortalis无论从命名还是性能都是面向新时代的产品。

Immortalis传承了Mali GPU的技术积累，相比上一代Mali-G710，Immortalis-G715性能提升15%，能耗节省15%，机器学习性能提升2倍，是Arm迄今为止性能最强的GPU。

高性能会同时带来功耗的挑战，对于使用电池供电的移动设备，对功耗又极其敏感，如果不能控制好功耗，就无法带来良好体验。对此，Paul  Williamson表示，Arm 的光线追踪单元只占用了约 4% 的着色器核心面积，仅耗费非常小幅的功耗，就能在相关领域带来3倍性能提升。

图中左侧为未开启光线追踪，右侧为开启光线追踪

Arm也给出了基于其光线追踪GPU的效果展示，以及峰值性能及FPS/W性能。据悉，Arm的光线追踪实现是基于标准的 Vulkan API，开发者的可及性非常高。

除了支持硬件光线追踪的Immortalis GPU，Arm还同时推出了Mali-G715和Mali-G615，Mali G715相比Immortalis-G715主要的差别是不支持硬件光线追踪，只有7-9个着色器内核（Immortalis-G715有10-16个）。

定位高端的Mali-G615（去年推出的Mali-G610的更新产品）的着色器内核数量为1-6个。2022推出的新款GPU均具备的可变速率着色 (Variable Rate Shading) 图形功能，能够在降低能耗的同时，提升游戏性能。

相比GPU支持硬件光线追踪的亮点，Arm的CPU产品更新就缺乏亮点。

新一代CPU性能提升未完全达到预期

2021年，Arm推出了面向新十年的Armv9架构，并推出了首代基于新架构的一系列CPU产品。去年，Arm预计，新一代架构Armv9将保持超过业界CPU性能提升的速度，未来两代移动和基础设施CPU的性能提升将超过30%。

当时Arm高级副总裁、首席架构师兼技术院士Richard Grisenthwaite还表示，“这个数据是根据业界标准评测工具来衡量，30%的算力提升完全是凭借于本身架构而不是借助于制程工艺来实现。”

今年推出的全新Arm Cortex-X3，与最新款的安卓旗舰智能手机（运行的上一代Cortex-X2的SoC）相比，性能提升25%，与主流笔记本电脑处理器（Intel Core i7 1260p 28w）相比，性能提升了34%。

这也就意味着，Arm去年预计的性能提升在今年并未完全实现，毕竟相比上一代Cortex-X2的性能提升未达到30%。

作为Arm移动端的性能标杆，也是定制CPU项目，Cortex-X3进行了一系列的技术升级，解码器每周期指令从5个提升到6个，乱序执行窗口从288提升到320个，整数ALU单元从4个提升到6个，L2缓存容量也从512KB提升到了1MB。

性能提升的同时，Cortex-X3的功耗表现应该也会成为今年旗舰安卓手机关注的焦点。

将被更广泛使用的新一代CPU是专注于高效性能的Arm Cortex-A715，与上一代Cortex-A710 相比，性能仅提升5%，能效提升 20%，可以媲美Cortex-X1的性能。

为了兼顾能效表现，Cortex-A715的CPU集群采用了基于大小核 (big.LITTLE) 的配置。

另外，去年推出的Armv9架构高效小核CPU Arm Cortex-A510也迎来更新，性能不变的同时将功耗降低5%，并且更新版的DSU-110所支持的CPU集群内核数增加50%，实现了不同等级消费级设备的可扩展性。

从Arm在Cortex-A715中引入大小核配置提高能效，以及更新版Cortex-A510降低功耗，都表明Arm移动端CPU目前在性能和功耗的平衡中所面临的巨大挑战，这也是手机SoC设计公司和手机OEM都希望Arm能够提升的部分。

Paul Williamson告诉雷峰网(公众号：雷峰网)，“性能和功耗要做好平衡，涉及到的因素非常多。我们与合作伙伴共同致力于在芯片以及SoC设计两方面做出最佳的选择。同时，我们也与操作系统厂商和其他软件生态系统的伙伴合作，确保软件开发能够充分利用整个系统的资源。”

Arm冲向元宇宙

从2021年开始，Arm就更加强调全面计算的重要性。

Paul Williamson指出，“Arm全面计算解决方案专注于设计的可扩展性，这也是我们能通过GPU的配置 ，满足广泛应用的需求。例如，我们可以使用少量的核心数来实现非常高效和紧凑的设计，也可使用大量的核心数来实现终极的视觉体验。在 CPU 集群中，我们可以采取类似的方法，针对每个应用采用不同的 CPU并进行不同的配置。”

CPU、GPU、AI加速器组合的异构计算正变得越来越重要，Arm面向未来十年，也正在规划全新的产品线进一步提升其全面计算产品组合。

Paul Williamson透露，Arm在大核 CPU 产品线中我们有新的项目Hunter和Chaberton，GPU产品线有Titan和Krake。同时还在投资系统 IP，以确保低延迟的内存路径和系统级缓存性能。

想要将计算和应用推向新的时代，软件生态和开发者也不可缺少。开发者可及性方面，Arm在不断提升Arm计算库和Arm NN框架，确保开发者能访问硬件性能。Arm也在持续提升安全性能。

其中非常值得关注的是应用程序转向64位，中国主要的应用商店已表明，到今年 8 月，所有新上架的应用都应该是64位，没有过渡到64位的应用会因为性能欠佳让用户感到失望。Arm全新的CPU产品中，也仅有Cortex-A510还支持32位。这也在一定程度上表明，从硬件到应用，Arm都在为XR和元宇宙做准备。

而Arm也已经准备好冲向元宇宙的新时代。