任然作者

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今天,Arm终于正式公布了新的Cortex A65AE,虽然目前的资料并不是新架构的完整技术信息,还是让我们对Helios的设计有了一些了解。

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早在今年9月,Arm就推出了新的Arm Safety Ready计划,旨在为自动驾驶汽车开发解决方案,还推出了第一款专为无人驾驶汽车设计的处理器架构Cortex A76AE。
 
先前宣布的Cortex A76AE是Arm首次采用“双位锁定”技术,可以让SoC开发人员以分离和双位锁定两种不同模式使用处理器:在分离模式下各核心独立运行并实现更高性能,而双位锁定模式下CPU核心两两配对,同步运行相同的代码,一旦监控到任何类型的差异,便将其报告为错误,并且故障恢复机制将接管(或至少会通知驱动程序)。
 
Cortex A76AE非常专注于繁重的计算任务,因此也充分利用了由奥斯汀团队设计的Arm新型微架构提供的高性能。然而在Cortex A76AE的揭晓期间,有人提到了一个名为“Helios”的架构,目前还不太清楚这是什么意思,但它看起来像是一个类似于Cortex A76AE的新架构。
 
今天,Arm终于正式公布了新的Cortex A65AE,虽然目前的资料并不是新架构的完整技术信息,还是让我们对Helios的设计有了一些了解。
 
就像在Cortex A76AE发布时一样,Arm再次谈到了汽车市场的需求,以及汽车对计算能力需求的要求越来越高这一现状。汽车的每个部件都变得越来越计算机化,ADAS的进步和自动化应用程序的普及将使未来所需的处理能力激增。
 
与专注于高性能应用的Cortex A76AE不同,Cortex A65AE专注于高通量应用,二者的区别在于,高性能应用在某种意义上更需要强大的单线程负载性能,而高通量应用则要求高度并行的多线程负载性能。Arm特别强调了自动驾驶中传感器处理的需求,汽车中的传感器数量大量增加,随之而来的是对更高吞吐量处理能力的需求。
 
Cortex A65AE是Arm的第一个支持SMT的CPU架构,每个内核可以执行两个线程。目前,Arm对架构细节守口如瓶,但他们可以评论一些背景信息。
 
此前分析Cortex A76时曾提到,Arm在全球拥有3家设计团队,分别是位于美国德州的奥斯丁团队、位于法国南部的索菲亚团队以及位于英国大本营的剑桥团队。这三家团队各有分工,奥斯丁团队负责设计高性能架构,代表作为Cortex A57、Cortex A72以及最新的Cortex A76;剑桥团队专门设计Cortex A53和Cortex A55等低功耗架构;而索菲亚团队则主打均衡,Cortex A73和Cortex A75便是出自其手。
 
Cortex A65AE最有趣的地方是它的血统:它最初是由剑桥团队开始设计的,但它后来成为一个联合项目,最后由Arm在亚利桑那州的最新团队钱德勒设计中心完成,而Cortex A65AE也是这个新团队的第一个项目。
 
我们深挖内核来源的原因是,它能让我们更加了解微架构可能的样子。Arm表示Cortex A65AE确实是一个支持SMT的乱序执行架构,但他们能透露的也就仅此而已。这项设计始于剑桥的事实,很好地暗示了它在某种程度上与之前的一些小核心有关,比如Cortex A53和Cortex A55,但乱序执行和SMT技术的加入,使它看起来更像是远房表亲而不是继承者。
 
Cortex A65AE支持SMT的主要好处在于,在其所面向的汽车领域中,将有大量传感器同时与汽车的中央控制单元通信。在演示过程中,Arm所公布的唯一性能数据是Cortex A65AE的吞吐量比同一市场领域的前一代内核Cortex A53高3.5倍。
 
Arm通常会结合制程节点来进行性能预测,Cortex A65AE瞄准的是7nm制程,而在最佳状况下SMT可使吞吐量提高1.8~2倍,仍然与公布的数值有很大差距,这就需要新架构的执行效率有相当的提升,或是依靠制程红利提升频率来解决。
 
Arm的SMT在功能安全特性方面看起来也是独一无二的,与Cortex A76AE上的分离模式非常相似,其中两个物理内核可以相互锁定,而Cortex A65AE则更进一步,可以在物理核心和逻辑线程两个维度上均做到这一点,有效的使两个线程在同一个内核上以锁定步进操作,并在物理影子核心上使用另外两个线程。这里检查指令流和每个指令输出的硬件级别的差异,对操作软件都是透明的,在发生故障的情况下将生成异常。
 
在预想的系统的实际示例中,可以看到专用于不同工作负载任务的不同Cortex核心集群,集群中的多个Cortex A65AE内核在分离模式下独立运行,从而在处理传感器数据时最大化其吞吐量。
 
然后,数据处理将被传递到不同的集群以进行感知和决策任务,这时需要更高级别的功能安全性,因此核心将以锁定模式运行。Arm还强调了其在硬件布局配置方面的灵活性,该技术配置在固件中,如果供应商愿意,可以使用软件更新进行重新配置。
 
Cortex A65AE是Arm第二个专用于汽车市场的核心,它看起来很像是剑桥团队小核心架构的衍生品,Arm也确实将核心定位为“更大的小核心”与大核心Cortex A76AE并排而列。
 
Cortex A65AE也是Arm的第一款SMT核心,虽然这可能会引发一些讨论,但SMT在移动负载方面依然没有多大意义,这个市场的关键焦点仍是能源效率。从电气工程的角度来看,SMT永远不会比在未充分利用的物理核心和时钟门控功能块之间分散工作负载更有效。
 
Arm预计首批Cortex A65AE产品将在2020年问世。如果Cortex A65AE未来会有一个不带“AE”的Cortex-A65传统版本,那么Arm将如何定位这一核心,以及它将针对哪些市场,将是非常有趣的。
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