ARM fait le plein de nouveautés : Cortex-A78 en 5 nm, Cortex-X, GPU Mali-G78/G68 et Ethos-N78

ARM vient de dévoiler sa nouvelle génération de puces de la gamme « 78 ». Sans surprise, elle est annoncée comme plus performante et économe que les précédentes, notamment grâce au passage à une finesse de gravure prévue en 5 nm. Le fabricant revendique des gains pouvant atteindre 20/25 %.

Comme chaque première moitié d’année, ARM présente ses nouvelles architectures qui seront ensuite reprises par ses partenaires pour développer des SoC toujours plus performants et/ou économes en énergie. Place donc à la génération « 78 » devant se placer au-dessus des « 77 » de 2019 et « 76 » de 2018.

Petite nouveauté supplémentaire cette année : la possibilité pour les partenaires de demander à ARM de mettre au point des cœurs Cortex-X personnalisés, par exemple pour mettre l’accent sur certaines fonctionnalités (puissance de calcul, machine learning, etc.). Le premier à en profiter est le Cortex-X1, se plaçant au-dessus du A78 sur les performances pures et l’encombrement. Un appel du pied à Qualcomm et Samsung ? 

Cortex-A78 : 5 nm, 20 % de performance en plus que le Cortex-A77

Le Cortex A-78 est un cœur CPU haut de gamme gravé en 5 nm, contre 7 nm pour les deux générations précédentes. Il reprend les mêmes bases que les Cortex-A76 (2018) et A77 (2019), avec quelques optimisations au niveau de l’architecture – notamment sur la prédiction de branchement – précise le constructeur.

Ces seuls changements augmenteraient les performances de 7 %. Au global, la hausse sur les « performances soutenues » dans SPEC CPU2006 serait de 20 % par rapport à la génération précédente, en prenant comme base de comparaison une consommation identique d’un watt dans les deux cas. Les fréquences ne sont par contre pas les mêmes : 2,6 GHz pour le Cortex-A77, contre 3 GHz pour le Cortex-A78 (+15 %).

À performances égales cette fois-ci, le constructeur annonce une baisse de la consommation de pas moins de 50 %, mais là encore grâce à des modifications sur les fréquences : 2,3 GHz sur le Cortex-A77, contre 2,1 GHz sur le Cortex-A78 (-8,7 %). Bref, le nouveau cœur CPU est plus efficace, chaque constructeur pouvant chercher à obtenir de meilleurs résultats ou une consommation plus faible. 

Le 5 nm permet aussi de réduire l'espace occupé par le Cortex-A78 de 5 %.

Et voici le programme Cortex-X Custom

Le programme Cortex-X Custom (programme CXC) est officialisé, permettant aux partenaires « d’avoir plus de flexibilité et d’évolutivité pour augmenter leurs performances ».

Le premier SoC personnalisé est le Cortex-X1. Les performances grimpent jusqu’à 30 % par rapport au Cortex-A77 et même de 22 % en comparaison au Cortex-A78. En machine learning, le Cortex-X1 ferait deux fois mieux que les Cortex-A77 et A78 (qui seraient à égalité).

ARM met ici en avant l'un de ses avantages : la modularité dans la constitution des puces. Via DynamIQ, il est possible de construire des SoC comprenant par exemple un cœur Cortex-X1 et trois Cortex-A78 pour la performance, ainsi que quatre Cortex-A55 pour l’efficacité énergétique.

Un choix qui ne sera pas sans conséquence sur l'espace occupé par la puce au final. Mais une telle spécialisation devrait néanmoins intéresser certains constructeurs, leur permettant d'obtenir de très bonnes performances sur des applicatifs où un seul cœur est utilisé par exemple. 

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Samsung est le premier partenaire identifié d’ARM pour son programme CXC. Après la fermeture de sa division CPU à Austin, cela pourrait être un nouveau clou dans le cercueil des SoC Exynos maison. Pour rappel, le fabricant utilise aussi des SoC Qualcomm dans ses smartphones, sans distinction claire dans la dénomination des produits. Un mélange des genres opéré selon les zones géographiques qui n’est pas toujours facile à suivre.

ARM vise aussi potentiellement Qualcomm et ses cœurs Kryo, qui sont des Cortex semi-personnalisé. Le Kryo 495 Gold est ainsi basé sur le Cortex-A76, contre le Cortex-A77 pour le Kryo 585.

Mali-G78 et G68 : seconde génération de GPU Valhall

Côté GPU, un nouveau Mali-G78 (seconde génération basée sur l’architecture Valhall) accompagne le Cortex-A78. L'entreprise annonce une hausse des performances de 25 % par rapport au Mali-G77 de l’année dernière, en théorie. En pratique les gains oscillent entre 6 et 17 % sur les jeux (titres non précisés) testés.

L’efficacité énergétique est là encore en hausse, de 10 %. En machine learning, le Mali-G78 augmenterait les performances de 15 %. Cette partie graphique peut intégrer jusqu’à 24 unités de calcul, contre 16 seulement pour le Mali-G77, expliquant en grande partie l'amélioration des performances.

Attention, il s’agit d’un maximum, pas d’une règle immuable et certains SoC peuvent donc en avoir moins. Il existe d’ailleurs une version plus entrée de gamme de ce GPU : le Mali-G68 avec 6 unités au lieu de 24. Le constructeur affirme que cette partie graphique garde « toutes les fonctionnalités » de sa grande sœur.

L’Ethos-N78 double les performances en machine learning

Enfin, l’Ethos-N78 est un NPU (Neural Processing Unit) dédié aux calculs pour l’intelligence artificielle et le machine learning ; elle vient donc épauler les coeurs Cortex-A dans ce genre d’opérations.

Il s’agit là encore d’une évolution de l’Ethos-N77, avec des performances en pointe doublées et une augmentation de 25 % de l’efficacité énergétique. Le constructeur met en avant la grande personnalisation de sa puce en fonction des besoins de ses partenaires.

Il faut maintenant que ces derniers intègrent ces nouveautés dans leurs SoC, puis que les fabricants de smartphones lancent de nouveaux modèles les exploitant. Il faudra donc probablement attendre 2021 pour voir apparaître des smartphones avec SoC disposant de puces de la génération « 78 »