В прошлом году компания ARM официально представила миру новейшие процессоры на базе архитектуры Armv9 и свежие графические процессоры Mali, пережившие небольшой ребрендинг. А уже в июне 2022 года отраслевой гигант анонсировал новую линейку центральных и графических процессоров, которые будут использоваться в смартфонах начиная с 2023 года. Пожалуй, самое время детально разобраться в том, что же компания приготовила для рынка на этот раз и что это значит для новых смартфонов следующего года.
Процессоры ARM второго поколения Armv9
Летом представители компании ARM официально анонсировали второе поколение процессоров на архитектуре Armv9, которые будут базироваться на новых ядрах Cortex-X3 и Cortex-A715 (ещё разработчики анонсировали Cortex-A510, но об этом позже). Если говорить о самом мощном ядре центрального процессора Cortex-X3, то можно смело заявить, что разработчики продолжили работу ровно с того места, где остановилась разработка Cortex-X2.
Это ядро, как и предшественник, ориентировано на производительность — в компании заявили, что специалистам удалось повысить общую производительность смартфонов следующего поколения на базе Cortex-X3 на 22% по сравнению с флагманскими гаджетами, которые работают на Cortex-X2. Кроме того, в ARM заявляют о приросте общей производительности на 34% по сравнению с новейшими ноутбуками, хотя сравнение идёт с моделями, которые работают на процессоре Intel Core i7-1260P на 28 Вт, а не с Cortex-X1 или Cortex-X2. Кроме того, разработчики нового ядра сообщают, что им удалось повысить IPC грядущего чипа на 11% по сравнению с Cortex-X2, использующим тот же технологический процесс.
Стоит обратить своё внимание на довольно интересный факт — сотрудники ARM не делали никаких конкретных заявлений о повышении энергоэффективности нового ядра. Если посмотреть на официальные графики с презентации, можно прийти к выводу, что Cortex-X3 в большинстве сценариев всё же потребляет меньше энергии, чем Cortex-X3, но у нового ядра максимальное энергопотребление всё равно выше, чем у модели предыдущего поколения (да, производительность при максимальной нагрузке тоже выше).
Вторым новым ядром, которое анонсировала компания, является модель Cortex-A715 — это прямой наследник ядра Cortex-A710 прошлого поколения. И в конфигурации центрального процессора он будет играть роль среднего ядра, выполняя те задачи, где нужно иметь адекватный баланс между производительностью и энергопотреблением. Также важно отметить, что Cortex-A715 представлен только в 64-битном варианте, тогда как Cortex-A710 может похвастаться поддержкой 32-битной архитектуры. При этом значительного прироста производительности от Cortex-A715 ждать не стоит, потому что в ARM говорят всего о 5% преимущества в этом аспекте по сравнению с Cortex-A710 в случае с использованием того же технологического процесса.
Это куда более скромный прирост производительности, чем в своё время предоставило ядро Cortex-A710 по сравнению с предшественником в лице Cortex-A78 — тогда речь шла о 10% на том же технологическом процессе. С другой стороны, разработчики заявили о существенном повышении эффективности ядра на 20%, благодаря чему (теоретически) срок автономной работы устройства должно увеличиться. И хотя многим может показаться, что прирост производительности у Cortex-A715 более чем скромный, в компании ARM заявили, что это ядро может конкурировать с Cortex-X1 в этом аспекте. А ведь это производительное ядро, представленное не так давно — в 2020 году.
Ещё ARM анонсировала обновлённое небольшое ядро Cortex-A510, которое практически полностью идентично прошлогоднему ядру Cortex-A510. Разница только в том, что у свежей версии повышена энергоэффективность на 5% при том же технологическом процессе и с поддержкой 32-разрядных систем. Это важное отличие от предыдущего поколения «маленького» ядра, которое работало исключительно с 64-битными системами.
Первый графический процессор ARM с трассировкой лучей
Также у ARM в ходе официального мероприятия прозвучало несколько объявлений, связанных с новыми графическими процессорами. Например, компания рассказала о новейшем флагманском графическом процессоре, который получил звучное название Immortalis-G715. Звучит немного напыщенно (Immortalis переводится как «Бессмертный»), но на самом деле такой выбор названия более чем оправдан, потому что это первый графический ускоритель от ARM, который предлагает аппаратную поддержку трассировки лучей.
Для тех, кто не силён в терминологии: трассировка лучей — это метод рендеринга графической составляющей, используемый для более продвинутого формата моделирования освещения сцены и не только. На текущий момент игровые консоли PlayStation 5 и Xbox Series X|S, а также некоторые видеокарты на ПК уже поддерживают аппаратную трассировку лучей, улучшая тени, отражения и освещение в различных видеоиграх.
В компании ARM заявили, что аппаратный блок трассировки лучей в графическом процессоре Immortalis требует всего 4% от общей площади ядра, обеспечивая при этом прирост обработки освещения на 300% по сравнению с гораздо более медленным программным методом трассировки лучей. Соответственно, компании удаётся создать более продвинутый графический чип, не затрачивая при этом много площади для интеграции аппаратной обработки трассировки лучей.
В остальном новый флагманский графический процессор представляет собой чип на базе скалярной архитектуры Valhall четвёртого поколения, который обеспечивает повышение производительности на 15% и повышение энергоэффективности на те же 15% по сравнению с Mali-G710. Кроме того, специалисты ARM заявляют о более чем двукратном повышении эффективности работы с машинным обучением по сравнению с прошлым поколением графического чипа, что позволит существенно продвинуться в области компьютерной фотографии и улучшения изображения на базе искусственного интеллекта.
Графический ускоритель Immortalis-G715 доступен с 10-16 шейдерными ядрами, тогда как Mali-G710 предоставлял всего 7-16 шейдерных ядер, плюс новый чип получает поддержку шейдинга с переменной скоростью — прямо как основной конкурент от Qualcomm. Но самое интересное в том, что компания ARM также предлагает графический процессор Mali-G715, который не входит в линейку новинок Immortalis — эти чипы будут доступны в том числе и для реализации устройств в верхнем ценовом диапазоне. Этот чип является условным представителем Immortalis, только без поддержки трассировки лучей и с 7-9 шейдерными ядрами. Аналогичным образом компания уже поступала, поскольку её относительно новые графические процессоры практически идентичны флагманским представителям, только с меньшим количеством шейдерных ядер и без передовых технологий.
Что всё это значит для флагманских смартфонов 2023 года?
Стоит сразу уточнить, что эти новые процессорные ядра будут использоваться во всех флагманских системах на кристалле от Qualcomm, Samsung и MediaTek начиная с 2023 года — речь о процессорах Snapdragon 8 Gen 2, Exynos 2300 и Dimensity 9200 соответственно. При этом мы бы не поставили на то, что ядро Cortex-X3 появится в процессорах среднего уровня, поскольку эти наборы микросхем обычно используют только средние и маленькие ядра. Более того, не стоит ожидать, что ядра Cortex-A715 появятся в процессорах среднего класса в ближайшее время, поскольку вместо этого производители чипов будут предпочитать более старые решения на базе Cortex-A710 и Cortex-А510.
Впрочем, заявление ARM о том, что ядро Cortex-A715 имеет ту же производительность, что и Cortex-Х1, является отличной новостью для производителей чипов, которые в конечном итоге задействуют новинку в процессорах среднего уровня. Эти системы на кристалле потенциально смогут обеспечить значительное повышение производительности центрального процессора без соответствующего повышения энергопотребления, как это было в последних флагманских процессорах.
Какие перспективы у Immortalis-G715? Дело в том, что Qualcomm и Samsung уже предлагают свои собственные графические процессоры в системах на кристалле — Adreno и AMD Xclipse соответственно. А вот MediaTek по-прежнему использует графические чипы компании ARM для своих флагманских систем на кристалле, так что никого не должно удивить появление в 2023 году топового чипсета с графическим ускорителем Immortalis-G715. Но не стоит забывать, что Samsung и MediaTek также используют графические процессоры ARM в своих процессорах среднего уровня, так что придётся немного подождать и посмотреть, будут ли эти компании использовать Mali-G715 или Mali-G615 в своих более доступных системах на кристалле в следующем году.
Стоит ли ожидать в 2023 году только 64-битные смартфоны?
Ещё в октябре 2020 года компания ARM официально заявила, что начиная с 2022 года её процессоры будут исключительно 64-битными. Сейчас как раз подходит к концу 2022 год, и технически это действительно так — Cortex-X3 и Cortex-A715 являются 64-битными ядрами, в то время как Cortex-A510 выступает полностью 64-разрядным ядром с дополнительной поддержкой 32-разрядной архитектуры для устаревших вариантов систем. Кроме того, стоит напомнить, что сейчас Google Play требует, чтобы все представленные на платформе приложения имели 64-битную поддержку, а альянс компаний Xiaomi, Vivo и Oppo в Китае объявил, что все приложения должны иметь 64-битную поддержку.
Правда, есть несколько препятствий на пути к полному переходу на исключительно 64-битные приложения. Первое препятствие заключается в том, что в Google Play всё ещё есть множество 32-битных приложений, которые не перешли на 64-битную архитектуру. И решение продавать только 64-битные смартфоны в 2023 году будет означать, что эти приложения на новых смартфонах просто не будут работать. Конечно, с большой долей вероятности эта проблема не затронет подавляющее большинство пользователей, но те, кто использует старые версии приложений или софт из сторонних репозиториев, могут столкнуться со значительными трудностями.
С другой стороны, кажется само собой разумеющимся, что в ближайшие несколько лет мы увидим, как Android полностью перейдёт на 64-битную версию, особенно после того, как iOS сделала то же самое ещё в 2017 году. Конечно, Google не может похвастаться тем же уровнем контроля со своей операционной системой, как у Apple в случае с iOS, но всё к этому идёт.
Трассировка лучей теперь станет реальностью?
На протяжении многих лет трассировка лучей оставалась прерогативой настольных компьютеров и игровых консолей нового поколения, но эта технология с аппаратным ускорением постепенно становится реальностью и на мобильных устройствах. Чип Exynos 2200 от Samsung, представленный в 2022 году, был первым процессором с поддержкой этой функции, что делает Immortalis-G715 вторым графическим процессором с поддержкой рейтрейсинга и первым мобильным графическим чипом ARM с этой технологией.
Аппаратная трассировка лучей должна обеспечить более продвинутое освещение, тени и отражения в поддерживаемых видеоиграх. Однако более важный вопрос заключается в том, увидит ли аудитория хоть какие-либо мобильные игры с поддержкой трассировки лучей в обозримом будущем? Мы ещё не видели ни единой игры с поддержкой этой технологии, хотя на рынке уже довольно давно присутствует смартфон Galaxy S22 с Exynos 2200, предлагающий поддержку аппаратной трассировки лучей.
Безусловно, стоит ожидать, что следующий флагманский чип MediaTek и флагманский процессор Samsung 2023 года будут поддерживать трассировку лучей на аппаратном уровне, но доля Samsung и MediaTek на этом рынке устройств стоимостью более 500 долларов относительно невелика, ведь большую часть этого сегмента в мире покорила Qualcomm. Соответственно, именно Qualcomm должна предложить аппаратную трассировку лучей, если мы хотим получить действительно заметную интеграцию новейшей технологии на Android-устройствах и в видеоиграх в обозримом будущем. Да и Apple тоже может потребоваться поддержка трассировки лучей с аппаратным ускорением, чтобы технология получила более широкое распространение на мобильных устройствах в целом.
Очень важный год для индустрии смартфонов
Но при этом нужно помнить, что трассировка лучей обычно приводит к общему снижению производительности на консолях и ПК, вынуждая разработчиков видеоигр идти на компромисс в других областях. Например, им приходится снижать разрешение, понижать частоту кадров, отключать сглаживание и многое другое. Вероятно, стоит ожидать аналогичных компромиссов и в мобильных видеоиграх, если оборудование для аппаратной трассировки лучей станет более популярным на смартфонах в будущем. Кроме того, стоит помнить, что стабильная производительность на текущий момент является более приоритетной задачей для производителей мобильных устройств, поскольку Snapdragon 8 Gen 1 и Exynos 2200, например, демонстрируют значительное падение производительности во время экстремальных стресс-тестов.
Возможно, 2023 год может быть для ARM не настолько масштабным, как изменение архитектуры центрального процессора в 2022-м, но видение будущего компании с 64-битными системами начинает обретать форму. Но 2023 год для ARM, безусловно, выглядит очень важным этапом, ведь сейчас речь идёт о важности графического процессора с поддержкой трассировки лучей, затенения с переменной скорость и более высокой энергоэффективностью. Да, выбор чипсета для мобильных геймеров, несомненно, станет гораздо более сложным.
Источник: Android Authority.
