作為移動芯片領域的王者，Arm每年都會帶來新的CPU、GPU、互連技術方案，近日就奉上了全新的Arm TCS22，也就是2022年全面計算解決方案，包括一系列IP組合。CPU方面是全新旗艦超大核心Cortex-X3、大核心Cortex-A715，以及升級版小核心Cortex-A510(名字沒變)。
GPU方面是首次支持硬件光線追蹤的旗艦級Immotalis-G715、高端的Mali-G715、高端的Mali-G615。
互連方面則是升級版的DSU-110。
接下來，我們就分別看看都有哪些變化。
【CPU：超大核性能提升25％、三種核心組合更靈活】
2021年3月底，Arm正式發布了全新的Armv9指令集，號稱10年最重要的創新、面向未來10年移動計算的基石。
Armv9重點增強矢量計算(SEV2指令集)、機器學習、數字信號處理，強化安全性，並繼續提升性能，號稱IPC性能未來兩代提升會超過30％。
當然，它完全向下兼容Armv8。
Armv9指令集的Cortex-X2超大核心已經在驍龍8/驍龍8+、天璣9000/天璣9000+等旗艦移動處理器中得到應用，這次發布的是新一代Cortex-X3。
Cortex-X3在架構設計上的變化相當深入、廣泛，比如解碼器每周期指令從5個增加到6個，亂序執行窗口從288個增加到320個， ALU整數算數單元從4個增加到6個，二級緩存容量從512KB翻番到1MB，並且不再支持32位指令集。
性能方面，3.3GHz頻率、1MB二級緩存、8MB三級緩存的配置下，與基於Cortex-X2的安卓旗艦處理器對比，提升最多25％。
3.6GHz頻率、1MB二級緩存、16MB三級緩存的配置下，與主流筆記本處理器(Intel i7-1260p)相比，單核性能高出最多34％。
Cortex-A715注重性能與能效的平衡，對比去年的Cortex-A710，在同等性能下能效提升最多20％，而在同等功耗下性能提升最多5％。
同時，它已經達到了上上代超大核Cortex-X1的性能水準。
對了，A710也僅支持64位指令集。
Cortex-A510名字沒變，性能也沒變，不過能效提升了5％，應該是與更新製造工藝結合的效果。
同時，它也是唯一保留32位指令集支持的核心。如果一款App還沒有升級到64位，今後只能依賴小核心執行，效率必然大打折扣。
Arm也是意在通過此舉推動行業向64位加速轉型。
另外，DSU-110互連單元也更加強大靈活，支持核心數量增加50％，比如Cortex-X3可以最多12核心、16MB三級緩存，還支持更多指令集。
big.LITTLE大小核的組合也更加靈活、豐富，同樣1+3+4，X3+A715+A510的組合比去年的X2+A710+A510性能可提升12％。
1+4+4則可比1+3+4性能提升最多21％，2+2+4可提升最多23％，還首次加入了8+4+0這樣的組合，面向中高端筆記本，性能高出足足120％。
總體而言，Cortex CPU今年的升級比較中規中矩。X3、A715都是預料之中的對位升級，A510本身幾乎毫無變化。
但是，結合新的DSU-10互連單元，三種核心的配置更加靈活多變，可滿足不同設備、應用場景的不同需求，包括在筆記本領域繼續競爭Intel、AMD x86雙雄。
【GPU：首次迎來硬件光追 名字都變了】
Arm Mali GPU憑藉與Cortex CPU的整合優化、持續不斷的迭代升級，已經成為移動行業的絕對主流，出貨量全球領先，累計已超80億。
這一次，Arm GPU迎來了一次超級變臉，旗艦型號放棄了Mali的傳統名字，改成了全新的“Immortalis”，首款型號“Immortalis-G715”。
之所以改名，首要原因就是第一次支持基於硬件的光線追蹤，和NVIDIA、AMD、Intel的高性能顯卡一樣進入了光追時代。
當然，Arm GPU不是第一個支持光追的移動端產品，Imagination此前已經做到，但是兩家的影響力不可同日而語，Imagination的光追方案時至今日仍然沒有落地。
其實，去年的Mali-G710已經支持軟件光追，聯發科天璣9000就開啟了這一功能，並用在了OPPO Find X5 Pro天璣版手機中，今年則升級為硬件光追。
當然，光線追蹤非常消耗硬件和軟件資源，一般也會大大增加功耗，不過Arm宣稱，Immortalis-G715的光追單元只佔用了大約4％的着色器核心面積，而且功耗非常低，就帶來了超過3倍的性能提升(對比軟件光追)。
以下是Arm官方給出的光追效果對比圖，右半部分為開啟光追，可以看到豐富、清晰的反射、陰影，與非光追不可同日而語。
當然，無論是性能、功耗、效果，都還有待實際考驗。
VRS可變刷新率也成了標配，同樣追上了NVIDIA、AMD、Intel的腳步。
該技術隸屬於DX12範疇，簡單地說可在單個幀畫面內改變着色速率，選擇性地降低畫面部分區域的細節水平(被遮擋/畫面邊緣等)，從而在幾乎不影響畫質的情況下，提升圖形性能。
Arm展示了VRS在騰訊《王者榮耀》中的效果，原畫面和VRS畫面幾乎看不出任何區別，而在性能上，官方號稱可將幀率提升最多達40％。
回到常規層面，Immotalis-G715的提升也非常可觀，官方號稱對比上代Mali-G710同等功耗下性能提升最多15％，機器學習性能直接翻番，而在同等性能下能效可提升最多15％。
它可以配置10-16個核心。
另外，Arm對執行引擎也做了全方位增強，主要有三個方面：
一是重新設計轉換模塊，大大縮小佔用面積。
二是升級乘積累加運算(FMA)，模塊數量翻番，進一步提升性能和能效。
三是支持矩陣乘法指令(Matrix Multiply)，可提升計算攝影、圖像增強的效率，這也是機器學習性能翻倍的主要來源。
其他方面，指令流前端(Command Stream Frontend)、層次細節(LOD)、固定率壓縮(AFRC)等技術都得到了升級。
同時，Arm 也發布了高端的Mali-G715 GPU(是的編號一樣)，沒有光追，能效提升15％，可配置7-9個核心。
還有高端的Mali-G615，可配置最多6個核心。
它們倆也都支持VRS可變刷新率，這已經是Arm GPU的標配，同時也升級了執行引擎。
總體而言，Arm GPU今年的變化比較極端，新引入的頂級核心Immortalis-G715整體煥然一新，性能提升明顯，尤其是將開啟手游的光追新時代。
Mali-G715、G615的亮點則在於普及了VRS。
【未來：一年一變 每年提升兩位數性能】
有趣的是，Arm這次很大方地公布了未來兩年的路線圖。
明年的TCS23，超大核CPU升級為CXC23(預計命名Cortex-X4)，大核、小核分別升級為Hunter、Hayes，DSU互聯單元升級為Hayden，旗艦GPU則升級為Titan。
後年的TCS24，超大核CPU再次升級為CXC24(預計命名Cortex-X5)，大核升級為Chaberton，小核則維持不變還是Hayes，旗艦GPU則繼續升級為Krake。
另外，沿用多代的CoreLink CI-700一致性互連技術、CoreLink NI-700片上網絡互連技術，也終將迎來更新，代號Tower。
希望Arm未來能在能效、擴展性、平台安全性方面齊頭並進。
