Apple avtäcker övergången till egenskapade ARM-processorer

Skrämmande är att de skulle kunna slå din 3900X i prestanda om de bara satte i 8 av sina stora kärnor (vilket är möjligt att de gör) och klockar dom lite högre. Det borde vara möjligt för 15/25W ungefär...

Har en Jetson TX2, den har fyra Cortex A57 kärnor och två Nvidia Denver kärnor. Jetson AGX Xavier ska enligt Nvidia själva ha ca 2,5 gånger bättre SPECInt-rate prestanda. Det kan låta bra men SPECint-rate skalar perfekt med CPU-kärnor, så är därför bara ~1,9 gånger bättre prestanda per kärna. Jetson TX2 är allt annat än CPU-snabb!

Ovanpå det verkar Jetson AGX Xavier enbart ha Denver kärnor (en modernare variant jämfört med TX2), totalt 8 st sådana. Hos TX2 presterar Denver-kärnorna bra i just de applikationer Nvidia primärt pushar Jetson mot: datorseende och fall där man typiskt applicerar en viss transform om och om igen på relativt mycket data.

Jag använder mest kortet som en utvecklingsplattform för AArch64, d.v.s. primärt programutveckling med kompilering, redigering etc. Denverkärnorna suger rejält på detta, de är klart långsammare än Cortex A57 så kör TX2 i en konfiguration där Denver-kärnorna är avstängda medan Cortex A57 då kan klockas lite högre. Cortex A57 @ 2,0 GHz är dock marginellt snabbare än Cortex A72 @ 1,5 GHz, så i praktiken blir då TX2 en RPi4¹ med CUDA stöd, vilket för vissa användarfall är helt OK men det är inget jag skulle vilja ha en laptop för allmänt bruk.

32-bit ARM handlade alltid om lågt pris och bra perf/W, det var därför aldrig en konkurrent mot x86. Med 64-bit ARM har det i Cortex A serien fortsatt handla om perf/W, men sedan ARM blev uppköpta av Softbank har man på allvar börjat ta sig an absolut prestanda.

Apple gick direkt mot hög absolut prestanda när det gick från 32-bit till 64-bit ARM, deras CPUer låg länge ~3 år före Android:erna (men de börjar nu knapra in, Cortex X1 borde lägga nästa generation 1-2 år efter Apple, ryktet säger att Cortex A kommer fortsätta få rätt stora uppgradering i absolut perf de närmaste åren).

Interaktiv användning, vilket inkluderar de flesta program vi använder på skrivbordet, kan inte göra något vettigt med mer än en handfull kärnor. x86 var därför det enda vettiga valet då ARM bara kunde konkurrera med total prestanda, det då genom att slänga på massor med mediokra kärnor. Det som gör 64-bit ARM spännande nu är allt pekar på att Apples kommande A14 kommer slå x86 på fingrarna (även desktop CPUer) i prestanda per CPU.

Möjligen kan Intel behålla perf/kärna kronan i peak-prestanda då Tiger Lake verkar nå 4,7 GHz, det med 25 % högre IPC jämfört med Skylake. Men 4,7 GHz är inget man kör en 15-25 W CPU i speciellt länge, framförallt inte på mer än en kärna. Om vi antar att Apple fortsätter med sina 15-25 % högre enkeltrådprestanda per generation kommer dessa dra ungefär jämt när Apple klockar sin krets på ~3 GHz, vilket är en frekvens man definitivt kan hålla på enstaka kärnor och antagligen även på en handfull!

¹Kan nämna att i vissa lägen kan en RPi4 se rätt dramatiska prestandavinster bara genom att använda 64-bit ARM i stället för 32-bit ARM (32-bit ARM är vad Raspbian kör). Detta visar hur mycket en ISA faktiskt gör i vissa lägen (är inte allmängiltigt)
#18468620
#18470041

Stora kärnan i A13, "Lightning", är inte identisk med stora kärnan i A12, "Vortex". De är tillverkade på samma nod och Lightning tar ~26 % mer kretsyta! Ovanpå det valde Apple att klocka Lightning något högre jämfört med Vortex.

AnandTech såg en genomsnittlig IPC ökning om 17 % i SPECInt

"In SPECint2006, the improvements in performance are relatively evenly distributed. On average we’re seeing a 17% increase in performance. The biggest gains were had in 471.omnetpp which is latency bound, and 403.gcc which puts more pressure onto the caches; these tests saw respective increases of 25 and 24%, which is quite significant."

Visa innehåll

SPECint resultat

Nedan följer min egen fortsatta spekulation / observation kring IPC vs transistorer:

Man börjar se en viss avmattning i hur effektivt det är att addera fler transistorer vs vilken prestanda det ger, men Apple ligger ju redan nu på en nivå som vida passerat AMD/Intel. Intels ~18 % IPC ökning i Ice Lake krävde betydligt större ökning i transistorbudget än 26 %, exakta siffror är svårt att hitta. Går man på Intel x2,7 densitetsökning samt arean för en 4-kärnors grupp (där L3$ ingår och har samma kapacitet i både fallen) borde Sunny Cove bestå av ~65 % fler transistorer jämfört med Skylake.

Om vi antar att Intels 10 nm i praktiken har ungefär samma densitet som TSMC 7 nm består en Zen2 kärna av ungefär lika många transistorer som en Sunny Cove kärna, Går man på TSMC listade densitetsökningar mellan noder samt uppmätt kretsstorlek för CCX i Zen och Zen2 ökade antal transistorer med x1,6-2,3 (beror på hur fördelningen mellan HP resp. HD transistorer är, sanningen är nog närmare 1,6) för en IPC ökning på ~15-20 %. Ska bli spännande att se hur stor Zen3 blir samt hur mycket bättre IPC den får. En anledning till att ett CCX bara innehåller 4 kärnor är att kärnorna i ett CCX kommunicerar med L3$ via en x-bar. Antal transistorer hos en x-bar växer ungefär med kvadraten på antal anslutningar den har!

Intel pratar om framtida 7 nm CPUer som ska ha ~80 % högre IPC jämfört med Skylake. Kan väl vara möjligt, problemet är att det endast lägger dem på den nivå Apple redan är med Lightning! Gissar att Intel kommer få spendera rätt mycket transistorer för att nå den ökningen.