ARM espande il proprio portfolio di GPU Mali con 4 nuovi modelli e un gran numero di opzioni e varianti con l'obiettivo di coprire qualsiasi scenario, dai visori VR ai chromebook: ARM Mali-G710, G610, G510 e G310.
L'ultima generazione di CPU e GPU ARM concretizza la vision Total Compute Solution con un'unica architettura che accomuna tutti i device e soddisfa le esigenze dei loro utenti, anche se astrattamente non sembrano conciliabili. Ad esempio, un utente di PC portatili conta di poter utilizzare applicazioni per la produttività, riprodurre video 4K e passare un'intera giornata di lavoro in videoconferenza senza dover necessariamente mettere in carica; chi compra uno smartphone oggi probabilmente vorrà il supporto per il 5G, un comparto fotocamera con AI e ottime capacità foto/video, in alcuni casi anche prestazioni di gioco; chi sceglie una smart-TV mirerà ad app che caricano in modo istantaneo e definizione 4K o 8K; per indossabili e caschi XR sarà importante il comfort d'uso e la durata della batteria oltre alle funzionalità specifiche di questi dispositivi.
ARM è però riuscita a trovare il minimo comune denominatore a tutte queste necessità, apparentemente contrapposte. Anzi ne ha individuati tre:
- Sicurezza
- Applicazioni universali che possano girare sul più ampio numero di dispositivi
- Prestazioni sufficienti anche per i task più impegnativi come il gaming con titoli AAA
Le nuove CPU ARM Cortex con architettura ARMv9 hanno una natura modulare che permette di combinare i core in modo differente per indirizzarsi a ciascuno specifico dispositivo, che sia uno smartwatch o un laptop. La CPU è però solo una parte dell'equazione perché l'approccio Total Compute Solutions coinvolge il sistema SoC nel suo complesso.
È evidente soprattutto quando pensiamo ad impieghi altamente specializzati e ad uso intensivo di risorse come può essere il gaming. In questo articolo ci focalizziamo proprio su questo aspetto passando in rassegna i nuovi processori grafici ARM Mali, ben 4 nuovi modelli con numerose varianti che nel complesso costituiscono il più cospicuo annuncio di GPU della storia di ARM:
- ARM Mali-G710 per il segmento Premium
- ARM Mali-G610 in fascia Sub-remium
- ARM Mali-G510 per la categoria Performance
- ARM Mali-G310 per la fascia d'ingresso ed il segmento definito "Efficiency"
La nuova serie di GPU ARM Mali si articola su quattro livelli: Mali-G710 è indirizzata a smartphone ed altri dispositivi premium in grado di far girare i più recenti giochi AAA con buoni framerate; Mali-G510 è il modello intermedio e rappresenta il perfetto bilanciamento fra prestazioni e consumi; Mali-G310 è il modello ad alta efficienza seppure possa comunque vantare un notevole incremento di prestazioni rispetto alla precedente Mali-G31. ARM offre anche una alternativa con un numero inferiore di core della Mali-G710 con il nome di Mali-G610.
Quattro diversi modelli che potrebbero già di per sé incontrare il fabbisogno di prestazioni ed efficienza di ciascuna categoria di device ma con l'aggiunta di un alto grado di flessibilità all'interno di ogni GPU per adattarla alle specifiche esigenze di ciascun produttore.
Oltre alla scalabilità, è necessario puntare sulle prestazioni per cercare di tenere il passo con il fenomeno del mobile gaming che negli ultimi due anni ha avuto un autentico boom con un costante incremento di utenti, ricavi e titoli di gioco. I giochi su piattaforma ultramobile diventano sempre più complessi ed inizia ad emergere una categoria di titoli AAA come sui PC che richiedono prestazioni adeguate lato hardware.
Effetti di luce avanzati, maggiore complessità di geometrie, shading, texture e particelle, complicati passaggi di post-processing richiedono un hardware adeguato, senza trascurare la fluidità di gioco che impone di gestire tutto questo con framerate di 120fps e oltre.
Infine, la GPU riveste un ruolo importante nelle AI engine dei moderni device affiancando processore e DSP/NPU. Ad esempio quando facciamo un selfie il software della camera può usare le capacità di ML della GPU per mappare la profondità. Estrema scalabilità, prestazioni di gioco e prestazioni in Machine Learning sono le tre sfide che ARM ha dovuto superare progettando questa nuova generazione di GPU.
ARM Mali-G710 e Mali-G610
ARM Mali-G710 è la GPU più potente della gamma, basata ancora sulla microarchitettura Valhall che ha debuttato sulla Mali-G77, ma con l'aggiunta di alcune importanti novità che hanno permesso di migliorare prestazioni ed efficienza. La principale è costituita dal CSF Command Stream Frontend, un processore con un suo hardware e firmware che si prende carico di alcuni task che in precedenza erano eseguiti dalla CPU principale permettendo di ridurre il load ed i consumi. È particolarmente utile per le API Vulkan ed in vista dei futuri trend.
Rispetto alla precedente ARM Mali-G78 cambiano anche gli shader, che nel caso della Mali-G710 sono da 7 a 16. Sembrerebbe un passo indietro considerato che la Mali-G78 supportava un massimo di 24 shader ma i nuovi core sono più grandi, più performanti e più efficienti.
Adesso hanno due execution engine con la conseguenza che le capacità in FMA sono raddoppiate (64 FMA per ciclo), inoltre le execution engine sono state ridisegnate per migliorare l'efficienza ed ora consumano il 20% di energia in meno.
Sono valori che si riflettono in maniera quasi diretta nel confronto delle prestazioni della ARM Mali-G710 con la ARM Mali-G78 nel complesso: abbiamo un +20% di prestazioni grafiche e +35% in ML, nonostante una riduzione dei consumi del 20%.
Anche la texture unit è stata rivista per assicurare performance doppie (8 texel per ciclo) seppure al costo di un modesto incremento del 50% dell'area occupata. Quindi ancora una volta l'aumento di performance si accompagna ad un aumento di efficienza.
ARM affianca alla Mali-G710 una variante a numero ridotto di shader core (da 1 a 6) che prende il nome di Mali-G610. Tutte le altre caratteristiche restano invariate con l'obiettivo di rendere disponibili performace 3D e ML di livello premium su una fascia di prezzo più bassa.
ARM Mali-G510 e Mali-G310
ARM Mali-G510 e Mali-G310 presidiano la fascia media e bassa del mercato e per andare incontro alle diverse esigenze di budget, ingombri e performance dei produttori OEM, hanno un design personalizzabile che permette di usarle con successo su un larghissimo range di possibili device, dagli indossabili ai laptop.
ARM Mali-G510 rimpiazza la Mali-G57 raddoppiando le prestazioni 3D e ML e con consumi ridotti del 22%, mentre la Mali-G310 sostituisce la Mali-G31 con un notevole balzo in avanti in termini di performance: 6x in texturing, 4,5x con le API Vulkan e 2x per Android UI. L'obiettivo è quello di rendere disponibili su tutto lo spettro di device ultramobile, alcune funzionalità come l'alto framerate e l'HDR che finora erano assicurate solo su una fascia di prezzo medio-alta.
Per centrare questo obiettivo, ARM ha implementato sulle sue GPU Mali-G510 e Mali-G310 le stesse innovazioni che troviamo sulla GPU top di gamma Mali-G710, come il CSF, la nuova doppia execution unit e le texture unit riprogettate, ma con un numero inferiore di shading core programmabili, da 2 a 6 per la G510 e solo uno per la G310. Inoltre per assicurare scalabilità ARM permette di ridurre il numero di cluster delle execution engine della G510 da 2+2 (G710) a 1+2 con una riduzione a 48 FMA per ciclo, e fino 1+1 sulla G310 che supporta anche configurazioni con singola execution engine per un minimo di 16 FMA/ciclo.
Altra differenza fra G510, G310 e G710 è nella texture unit, che sulla GPU flagship è capace di 8 texel per ciclo, mentre sulla G510 può essere da 4 o 8 texel, e sulla G310 può scendere a soli 2 texel.
Combinando diversamente i blocchi della GPU, in totale ARM offre ben 10 varianti diverse di Mali-G510 e 5 di Mali-G310! Purtroppo non sappiamo se sarà possibile distinguere le varie versioni dalle schede tecniche ufficiali degli smartphone o degli altri dispositivi che ospiteranno questi chip. Si rischia di avere poca trasparenza in fase d'acquisto.
In aggiunta al formato losseless Arm Frame Buffer Compression (AFBC), le Mali-G510 supportano il formato "visually losseless" (nel senso che non si percepisce alcuna differenza ad occhio) Arm Fixed Rate Compression (AFRC) che permette di avere una riduzione del 60% del consumo di bandwidth e del consumo di energia con un incremento dell'80% delle prestazioni. Questa funzionalità è invece soltanto opzionale sulle Mali-G310.
ARM è consapevole che per poter sfruttare al meglio i più recenti avanzamenti apportati alle sue GPU è necessario avere un adeguato supporto lato software e per questo sta collaborando con le principali game engine e i migliori 25 produttori di giochi per assicurare un tuning perfetto per le sue GPU. È un impegno che si estende su più fronti e che comprende tool di sviluppo come ARM Mobile Studio, estensioni a set di API e driver aggiornati. Si accorciano così i tempi di sviluppo a tutto vantaggio degli utenti che potranno godere della migliore grafica 3D ed accelerazione della AI sui loro smartphone con grafica ARM Mali.
