ARM Cortex X1, un design processeur prêt pour les mobiles 2021

Le design du Cortex-X1 résulte d'une collaboration très spécifique entre ARM et ses partenaires. Plusieurs mobiles à venir en 2021 en bénéficieront, mais le concepteur n'a pas précisé lesquels.

ARM a annoncé la prochaine génération de processeurs pour smartphones, promettant un gain de performance atteignant jusqu'à 20 % ou plus par rapport à la génération précédente. La particularité de ces puces tient à leur design Cortex-X1, une version optimisée permettant d’offrir une « performance ultime ». Pour l'industrie du smartphone et des systèmes ambarqués, ARM conçoit des designs de processeurs Cortex, Mali GPU et Ethos (pour l'apprentissage machine), puces qu’il licencie à des fournisseurs comme Apple, Huawei, Qualcomm, Samsung ou Texas Instruments. Cette pratique se distingue de celle de l'industrie des puces pour PC, où AMD et Intel gardent leurs designs propriétaires, Intel fabriquant également ses propres processeurs, alors qu’AMD travaille avec le fondeur TSMC. Selon les contrats de licence, les concepteurs de puces peuvent, à leur tour, les personnaliser et les améliorer. « Ces nouveaux cœurs - Cortex-A78, Mali-G78 et Ethos-N78 – sont destinés à équiper des smartphones qui sortiront en 2021 », comme l’ont déclaré les responsables d'ARM. D’après l’entreprise, la performance soutenue du Cortex-A78 sera 20 %supérieure à celle de la génération précédente, la performance globale du Mali-G78 sera 25% supérieure de même que l’efficacité de performance de l'Ethos-N78.

Concernant le design Cortex-X1, ARM promet que sa performance de pointe sera 30 % supérieure à celle de la génération Cortex-A précédente. ARM qualifie ce gain de performance comme « hors feuille de route », car il nécessite une collaboration technique spécifique avec des partenaires dont on devrait entendre parler davantage dans les prochaines semaines. « Cela répond à la question de savoir jusqu’à quel niveau de performance cette génération peut être poussée, sans que l’on soit soumis aux limites de puissance habituelles », a déclaré Paul Williamson, vice-président et directeur général de la ligne d'activité client d'ARM, à propos du design Cortex-X1. « Ce processeur est vraiment destiné à des smartphones et à des appareils avec un écran plus grand. Mais, étant donné la surface de silicium et la puissance dissipée, ce type de processeur n’a pas sa place dans tous les types de smartphone ».

Les fabricants de smartphones pourront soit utiliser les derniers cœurs ARM pour maximiser les performances, soit offrir une meilleure autonomie de la batterie avec les mêmes performances que la génération précédente. C'est en tout cas comme cela que M. Williamson a présenté les nouveaux cœurs, dans la mesure où les trois offrent « plus de puissance pour un prix équivalent à la génération précédente », comme il l’a déclaré.

Plus de détails sur le Cortex-A78

Selon M. Williamson, l'A78 a été spécialement conçu pour répondre aux besoins de la 5G, notamment pour ce qui est de rapidité de lancement des applications et de la réactivité des pages web lors du défilement. « Une performance soutenue dans un appareil à puissance limitée évitera un étranglement de la puissance dans les applications vraiment performantes », a expliqué M. Williamson. « Il y aura donc moins de ralentissements et moins de pertes dans la fréquence d’image ».

Comme le précédent Cortex-A77, le Cortex-A78 sera basé sur l’architecture huit cœurs big.LITTLE d’ARM. Il comprendra quatre cœurs A78 haute performance et quatre cœurs A55 optimisés pour préserver l’autonomie de la batterie. ARM a déclaré qu'un cœur Cortex-A78 fonctionnant à 3 GHz offrirait une performance monocœur 20 % plus soutenue que le cœur Cortex-A77 fonctionnant à 2,6 GHz, en estimant la dépense à 1 watt par cœur. Les performances sont basées sur des estimations simulées. « Un fabricant de mobile pourrait aussi utiliser le Cortex-A78 pour consommer moitié moins de puissance tout en bénéficiant de la même performance que le Cortex-A77 », a encore déclaré M. Williamson. ARM estime que la configuration du Cortex-A78 huit cœurs nécessitera 15 % d'espace en moins que le Cortex-A77, ce qui permettra de réduire un peu plus la taille des mobiles. M. Williamson a également indiqué que le programme technologique « Built on Cortex », initié en 2016 par ARM avec certains de ses partenaires, allait de l’avant. « Nous avons étroitement collaboré avec une poignée de partenaires clés afin de fournir un nouveau niveau de performance qui dépasse le cadre de notre feuille de route traditionnelle », a-t-il déclaré.

Le Cortex-X Custom Program, et le Cortex-X1 résultent tous deux de ce partenariat. « Dans le cadre de ce programme, ils [les partenaires ARM et les fabricants de mobiles] peuvent créer des appareils qui ne font aucun compromis sur la puissance et l'efficacité et déployer des cœurs offrant des gains de performance optimaux », a déclaré M. Williamson. Selon ARM, le Cortex-X1 offre 30 % de plus de performances de pointe sur un seul cœur que la génération Cortex-A précédente, soit un peu plus que les 20 % d'amélioration offerts par le Cortex-A78 en général. Il est conçu pour une « performance ultime », a renchéri M. Williamson. Selon lui, les partenaires devraient annoncer des mobiles Cortex-X1 plus tard cette année. Les conditions de licence d'ARM exigent que ces entreprises utilisent la marque Cortex-X1, ce qui ne devrait pas poser de problème. Une représentante d'ARM a fait remarquer que si un licencié comme Qualcomm construit ses processeurs pour smartphones Snapdragon sur ARM - même si ses propres cœurs processeurs portent la marque « Kryo » - il précise en général exactement sur quels cœurs ARM ils sont construits. « Nous considérons que dans cette pratique les deux parties sont gagnantes », a-t-elle déclaré.

Mali-G78 et Mali-G68

Le processeur graphique Mali-G78 d'ARM bénéficie de plusieurs améliorations spécifiques : passage à 24 cœurs, réduction de 30 % de la puissance d'une unité mathématique clé et optimisation des performances, notamment pour les scènes de jeu complexes avec de la fumée, de l'herbe et des arbres. « C'est le GPU ARM le plus puissant de l’architecture Valhall [stet] », a déclaré ARM. Dans l'ensemble, les performances ont été améliorées de 25 % par rapport à la génération Mali-G77 précédente. « Les jeux sont de plus en plus complexes, les gens s'attendent à des performances proches de la console, les jeux Fortnite et [PlayerUnknown's Battlegrounds] étant les plus couramment utilisés », a déclaré M. Williamson. « Sur mobiles, les joueurs veulent vivre une expérience immersive en déplacement. Et pour cela, ils ont besoin d‘un GPU haute performance ».

ARM a également déclaré qu’il livrerait une version Mali-G68 de la puce graphique Mali-G78, spécifiquement destinée à des téléphones moins chers. En termes de caractéristique, le GPU Mali-G68 sera identique au Mali-G78, sauf qu’il n'aura que 6 cœurs, au lieu de 24. En plus des performances de jeu, ARM indique que les capacités d'apprentissage machine du GPU Mali-G78 ont été améliorées d'environ 15 %, ce qui peut s’avérer utilise pour des applications pilotées par l'IA, comme le déverrouillage par reconnaissance faciale et les différents modes des caméras, dont les modes « portrait » pilotés par l'IA, qui accentuent la netteté du sujet et floutent l'arrière-plan.

Ethos-N78

ARM dispose également d'un noyau d'apprentissage machine dédié, appelé Ethos-N78. Il est optimisé pour faire circuler les données de manière plus efficace.

L'Ethos-N78 améliore l'efficacité des performances de 25 % par millimètre carré, et sa capacité MAC à été portée à un pic de 10 téraflops par seconde. « Cela signifie que l’on peut réaliser plus de tâches dans la même zone, ou la même tâche dans une zone plus petite par rapport aux appareils de la génération précédente », a déclaré M. Williamson.