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ARM annonce les Cortex-A75, A55 et Mali G72
Processeurs
Publié le Lundi 29 Mai 2017 par Guillaume Louel

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ARM vient d'annoncer de nouveaux blocs processeurs pour ses partenaires, sous le nom de Cortex-A75 et A55 (pour un rappel sur la stratégie d'ARM, nous vous renvoyons au début de cet article). Ces nouveaux Cortex sont des coeurs CPU clefs en main qui peuvent être utilisés par les partenaires d'ARM pour concevoir leurs SoC.

Les nomenclatures marketing d'ARM sont assez complexes à déchiffrer, la société dispose de plusieurs équipes qui font évoluer en parallèle des versions différentes de leurs architectures. Pour les "gros" coeurs, on retrouve deux familles distinctes avec d'un côté des "très gros" coeurs qui tendent à consommer significativement plus d'énergie. Ce sont les Cortex A15, A57 et A72 développés par l'équipe d'Austin. En parallèle, une autre équipe à Sophia-Antipolis développe des "gros" coeurs un peu plus efficaces comme les A12, A17 et plus récemment A73.

A l'origine, cette gamme était vue comme un intermédiaire par ARM même si la consommation élevée des "très gros" coeurs tend la société à pousser aujourd'hui les coeurs "Sophia" sur le haut de gamme mobile. Cette tendance se confirme aujourd'hui puisque l'A75 est en pratique le successeur de l'A73.

Techniquement ces puces se distinguent par un pipeline plus court, et sur ce point l'A75 ne change rien en gardant un pipeline court de 11 étapes pour les instructions entières. Le plus gros changement concerne le nombre d'instructions décodées par cycle puisque l'on passe de deux instructions décodées à trois, alignant sur cette caractéristique l'A75 avec ce qui se faisait sur les "très gros" ARM. On passe donc en pratique de 6 micro-ops par cycle à 8. Le nombre d'unités reste identique mais l'A75 ajoute des files supplémentaires pour stocker les micro-ops à traiter.

ARM applique un changement similaire pour les instructions flottantes et vectorielles (on parle de NEON dans le marketing ARM, le pendant de SSE/AVX sur x86) avec là aussi la possibilité de décoder trois instructions par cycle. Cela s'accompagne par une file supplémentaire et une troisième unité NEON spécifiquement utilisée pour les accès mémoire.

ARM annonce des gains de performance allant de 20 à 30% pour l'A75 rapport à l'A73 en fonction de la consommation autorisée, ce qui est plutôt intéressant. L'A75 est un bloc qui comme l'A73 est prévu pour le 10nm et il devrait faire son apparition en toute fin d'année ou plus probablement l'année prochaine dans des produits commerciaux.

Un nouveau coeur LITTLE

En plus des gros coeurs dont nous vous parlions au-dessus, ARM propose également des coeurs plus petits, à la consommation beaucoup plus faible et qui ont pour but d'être appairés à des gros coeurs dans ce qu'ARM appelait jusqu'ici des configurations big.LITTLE. Après avoir utilisé dans ce rôle l'A53 depuis plusieurs années (il avait été introduit en 2012 !), ARM propose enfin une nouvelle mouture de son petit coeur baptisée Cortex-A55.

Il s'agit toujours d'un coeur dit "In Order", les instructions ont exécutées dans l'ordre dans lequel elles arrivent (à l'opposé des processeurs plus gros/modernes qui utilisent des architectures "Out Of Order", les instructions sont réordonnancées pour optimiser l'exécution et améliorer le parallélisme).

Il y a assez peu de changements sur l'A55, le plus gros concerne la séparation des unités de lecture/écriture mémoire ainsi qu'un nouveau prédicteur de branchements. Le reste des changements se situant au niveau des caches mémoires qui ont été reconfigurés.

ARM annonce des gains de performances autour de 20% sur l'A55 à fréquence égale par rapport à un A53, des gains qui peuvent cependant monter beaucoup plus haut quand on prend en compte les caches. Sous SPECFP2006, la société annonce ainsi 38% de gains.

DynamIQ, big.LITTLE V2.0

Le concept du big.LITTLE évolue et prend désormais le nom de DynamIQ. ARM a repensé la manière dont il permettait de relier ses coeurs entre eux et propose un nouveau concept qui résout beaucoup de problèmes sur le papier.

L'idée principale est de remplacer big.LITTLE par des "clusters" qui peuvent regrouper jusque huit coeurs. On pourra mélanger au sein d'un cluster différents types de coeurs (par exemple quatre A75 et quatre A55) ce qui engendre un changement important au niveau de la structure des caches. Désormais, chaque coeur ARM (A55 ou A75) disposera de son propre cache L1 et de son propre cache L2. Ce changement est bienvenu et devrait éviter ces bugs embarrassants comme celui de Samsung et de son M1  qui mélangeait ses coeurs à des A53 avec des lignes de caches différentes.

Tous les coeurs d'un cluster partageront un cache L3 commun (jusque 4 Mo) et l'on pourra disposer de plusieurs clusters - jusque 32 - au sein d'une puce (quelque chose qui devrait surtout servir pour d'éventuelles versions serveurs de ces processeurs). Une organisation qui n'est pas sans rappeler celle utilisée par AMD avec ses CCX dans Ryzen, on notera qu'ARM indique que son cache L3 peut être partitionné dynamiquement pour certains coeurs ou pour d'autres applications.

En bref

On notera également côté GPU l'arrivée une version optimisée du Mali G71, baptisé G72 pour lequel il n'y a pas de changement majeur au niveau de l'architecture Bifrost d'ARM. L'augmentation de la taille des caches permet d'augmenter l'efficacité énergétique ce qui est appréciable.

Si les modifications effectuées sur les Cortex A75 et A55 sont intéressantes, on retiendra surtout de l'annonce d'ARM l'arrivée de DynamIQ qui devrait permettre de mieux exploiter les coeurs. Car si big.LITTLE était sur le papier une bonne idée, son implémentation pratique avait montré de multiples limites. Cette nouvelle approche sous la forme de clusters contribue aussi sur les gains de performances, tout comme la réorganisation des caches.

Le sous-système mémoire des Cortex a toujours été la faiblesse de l'architecture avec des contrôleurs extrêmement optimisées pour la basse consommation, mais pas forcément pour les performances ce qui donne aux architectures ARMv8 tierces (comme celles d'Apple et même de Samsung) un avantage en général très net sur ce point.



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