CPU Armv9 thế hệ thứ 2 của Arm

Arm đã công bố thế hệ CPU Armv9 mới, cụ thể là Cortex-X3 và Cortex-A715. Ngoài ra còn có Cortex-A510 “được làm mới”.

Bắt đầu với nhân CPU Prime core mạnh nhất, Cortex-X3 - cũng tương tự như Cortex-X2 - là nhân tập trung vào hiệu năng. Arm tuyên bố mức tăng hiệu năng 22% so với những chiếc flagship Android mới nhất chạy Cortex-X2 và mức tăng hiệu năng mong đợi khoảng 34% so với CPU laptop “phổ thông” mới nhất Intel Core i7 1260p (ở mức 28W). Bên cạnh đó nhà thiết kế chip cũng lưu ý mức tăng 11% IPC (số chỉ thị mỗi nhịp) so với Cortex-X2 trên cùng một quy trình sản xuất.

Điều thú vị là Arm không đưa ra các tuyên bố cụ thể nào về hiệu quả sử dụng năng lượng. Tuy nhiên họ có chia sẻ một biểu đồ cho thấy Cortex-X3 tiêu thụ ít điện năng hơn trong hầu hết các trường hợp so với Cortex-X2 mặc dù tổng thể vẫn tiêu thụ nhiều điện hơn để đổi lại mức hiệu năng cao hơn.

Nhân CPU mới thứ 2 được công bố là Performance core Cortex-A715 – đóng vai trò tương tự như Cortex-A710 năm ngoái - sẽ là nhân trung bình trong thiết lập 3 cụm CPU, sẽ là nhân cân bằng giữa sức mạnh và hiệu quả năng lượng. Điều quan trọng cần lưu ý là Cortex-A715 hiện chỉ hỗ trợ 64-bit trong khi A710 năm ngoái vẫn hỗ trợ 32-bit.

Arm cho biết Cortex-A715 tăng 5% hiệu năng so với Cortex-A710 ở cùng mức công suất và quy trình sản xuất. Đây là mức tăng khá khiêm tốn so với mức tăng 10% của Cortex-A710 so với Cortex-A78 năm ngoái, tuy nhiên bù lại mức tăng hiệu quả sử dụng năng lượng lên đến hơn 20% giúp kéo dài tuổi thọ pin thiết bị hơn. Tuy có mức tăng hiệu năng khá khiêm tốn như vậy nhưng Arm khẳng định Cortex-A715 có thể đạt được mức hiệu năng tương tự như Cortex-X1 – nhân lớn của năm 2020 và hiện vẫn đang được trong bị trong SoC Google Tensor.

Cuối cùng là nhân CPU nhỏ Efficiency core Cortex-A510 được “làm mới”. Nhân này vẫn là Cortex-A510 của năm ngoái nhưng được tinh chỉnh một chút để đạt mức tăng 5% hiệu quả năng lượng trên cùng một quy trình sản xuất và hỗ trợ tuỳ chọn 32-bit – một sự thay đổi so với thế hệ trước khi nhân nhỏ chỉ thuần 64-bit

Immortalis: GPU đầu tiên của Arm có Ray tracing

Tiếp đến là GPU, bắt đầu với một GPU flagship mới có tên là Immortalis-G715 - với cái tên mới “Immortalis” - là nhân đồ hoạ đầu tiên của Arm cung cấp khả năng Ray tracing bằng phần cứng. Cho anh em chưa biết thì Ray tracing là một kỹ thuật kết xuất đồ hoạ được sử dụng để mô phỏng tốt hơn cách ánh sáng chiếu sáng một khung cảnh. Những chiếc máy chơi game console như PS5 và Xbox Series cũng như cả PC gaming đều sử dụng Ray tracing bằng phần cứng để mang lại hiệu ứng bóng đổ, phản xạ và ánh sáng đẹp hơn trong các trò chơi điện tử.

Arm cho biết các khối (block) Ray tracing trên GPU Immortalis chỉ yêu cầu khoảng 4% diện tích của khu vực nhân đổ bóng (shader core) nhưng mang lại sự cải thiện 300% so với Ray tracing dựa trên phần mềm vốn chậm hơn nhiều. Điều này cho thấy có vẻ như tính năng này hoàn toàn không tốn nhiều diện tích trên GPU.

Ngoài ra, GPU flagship mới này là một phần của kiến trúc Valhall thế hệ thứ 4, mang lại mức tăng hiệu năng 15% và hiệu quả năng lượng 15% so với Mali-G710 thế hệ trước. Arm cũng tuyên bố mức cải thiện machine learning gấp đôi so với GPU của năm ngoái, thứ sẽ dẫn đến những cải tiến cho các tác vụ như nhiếp ảnh điện toán và tăng cường hình ảnh.

Immortalis-G715 có sẵn từ 10 đến 16 nhân shader, so với Mali-G710 có sẵn từ 7 đến 16 nhân shader. Mặt khác GPU này cũng lần đầu tiên được hỗ trợ công nghệ VRS (Variable Rate Shading), theo bước đối thủ Qualcomm. VRS, viết tắt của Variable Rate Shading, là tính năng giúp GPU “đủ thông minh” để chia màn hình game thành nhiều phần, tập trung render chi tiết từng pixel ở những khu vực đôi mắt của anh em tập trung vào, còn những vùng khác thì render ở độ phân giải thấp hơn, có khi chập 2 hoặc 4 pixel lại làm một, để giảm tải gánh nặng cho GPU. Kết quả là những cảnh game vẫn ấn tượng, nhưng tốc độ khung hình được đảm bảo.



Arm cũng cung cấp GPU Mali-G715 (không có thương hiệu Immortalis) để sử dụng cho phần khúc tầm trung cao. Về cơ bản, đây là GPU Immortalis không có Ray tracing và có từ 7 đến 9 nhân shader - xu hướng quen thuộc của Arm từ trước đến nay khi các GPU tầm trung về cơ bản là giống phiên bản flagship nhưng có ít nhân shader hơn.

Cuối cùng là GPU Mali-G615. Tiếp tục xu hướng giảm nhân với 1 đến 6 nhân shader nhưng vẫn cung cấp VRS và các lợi ích về hiệu năng/hiệu quả khác.
 

Những điều này có ý nghĩa đối với các flagship của năm 2023?

Tất cả các nhân CPU mới này được kỳ vọng sẽ cung cấp sức mạnh cho các bộ vi xử lý flagship của Qualcomm, Samsung và MediaTek vào cuối năm 2022/đầu 2023. Cụ thể là Snapdragon 8 Gen 2, Exynos 2300 và thế hệ tiếp theo của Dimensity 9000.

Tuy nhiên, Cortex-X3 nhiều khả năng sẽ không xuất hiện trong các bộ vi xử lý tầm trung – những chipset theo truyền thống chỉ sử dụng những nhân trung bình và nhỏ. Trên thực tế, hiện tại chỉ có Qualcomm là hãng duy nhất công bố chipset tầm trung với nhân CPU Cortex-A710 và A510 ( Snapdragon 7 Gen 1). Do các thiết kế cũ vẫn chưa phổ biến nên Cortex-A715 nhiều khả năng sẽ không sớm xuất hiện trong các bộ vi xử lý tầm trung trong năm sau.

Tuy nhiên việc Cortex-A715 có mức hiệu năng tương đương Cortex-X1 là một điềm báo tốt cho các nhà sản xuất chip khi sử dụng nó cho các bộ vi xử lý tầm trung. Các SoC này sẽ được gia tăng mạnh hiệu năng CPU mà không cần tăng mức tiêu thụ năng lượng tương ứng.

Đối với GPU Immortalis-G715, Qualcomm và Samsung hiện tại đang dùng các GPU độc quyền của riêng họ trong các SoC của mình bao gồm Ardeno và AMD Xclipse, chỉ có MediaTek vẫn đang phụ thuộc vào GPU Arm cho các chipset cao cấp của mình. Điều này đồng nghĩa chúng ta có thể mong đợi GPU Immortalis sẽ xuất hiện trên các SoC flagship MediaTek trong năm 2023.

Mặt khác, Samsung và MediaTek đều có thiên hướng sử dụng GPU Arm trong các bộ vi xử lý tầm trung của mình. Vì vậy phải chờ xem liệu 2 công ty này có đưa Mali-G715 hoặc Mali-G615 tới các SoC giá thấp hơn của mình hay không?
 

Smartphone sẽ thuần 64-bit trong năm tới?

Quay lại vào tháng 10 năm 2020, Arm đã thông báo rằng CPU Arm sẽ chỉ hỗ trợ 64-bit từ năm 2022 - chúng ta đang ở trong năm đó và mọi thứ đang diễn ra đúng như vậy về mặt kỹ thuật. Cortex-X3 và A715 đều là thiết kế thuần 64-bit trong khi Cortex-A510 về mặt kỹ thuật là 1 phần 64-bit với tuỳ chọn hỗ trợ 32-bit cho các thiết bị IoT và các trường hợp sử dụng truyền thống khác.

Các yếu tố này ghép lại với nhau để tạo ra một tương lai chỉ có 64-bit. Play Store đã yêu cầu tất cả các app được gửi lên phải có hỗ trợ 64-bit, cửa hàng app của liên minh Xiaomi-OPPO-vivo ở Trung Quốc cũng thông báo rằng các app gửi lên cũng phải có hỗ trợ 64-bit.

Tuy nhiên vẫn có một số trở ngại trong trải nghiệm Android hoàn toàn 64-bit. Một trường hợp cụ thể đó là vẫn có một số app 32-bit hiện có trên Play Store chưa thực hiện chuyển đổi sang 64-bit, và quyết định chỉ cung cấp điện thoại 64-bit vào năm 2023 có nghĩa là các app này sẽ không chạy được. Điều này có thể sẽ không ảnh hưởng đến đại đa số người dùng nhưng những người phụ thuộc vào các app cũ từ các kho ứng dụng bên thứ 3 có thể sẽ gặp vấn đề.

Nhưng sau cùng có vẻ như chắc chắn rằng chúng ta sẽ thấy Android chuyển sang thuần 64-bit trong vài năm tới, đặc biệt là sau khi iOS đã làm điều tương tự vào năm 2017. Có thể là hơi chậm hơn một chút do Google không kiểm soát Android trên toàn cầu ở cũng mức độ như Apple với iOS.
 

Ray tracing cuối cùng đã trở thành một thứ trong thế giới thực?

Ray tracing đã là lĩnh vực của riêng desktop và những máy chơi game console mới nhất trong một vài năm qua, nhưng nó đang dần trở thành hiện thực trên các thiết bị di động. Samsung Exynos 2200 được phát hành vào đầu năm nay là SoC đầu tiên có GPU hỗ trợ cho tính năng đồ hoạ này. Và Immortalis-G715 trở thành GPU thứ 2 cung cấp khả năng này và là GPU di động đầu tiên của Arm có công nghệ này.



Ray tracing dựa trên phần cứng sẽ cho phép sự chiếu sáng, đổ bóng và phản xạ ánh sáng tốt hơn trong các tựa game được hỗ trợ. Tuy nhiên câu hỏi bây giờ là liệu chúng ta có thực sự thấy bất kỳ game di động nào có tính năng này hay không? Hiện tại con số là 0 đối với Exynos 2200.

Và những mong đợi này được chuyển đến các thế hệ bộ vi xử lý flagship tiếp theo của MediaTek và Samsung trong năm 2023, sẽ và tiếp tục hỗ trợ Ray tracing. Tuy nhiên thị phần của Samsung và MediaTek ở phân khúc 500 USD trở lên là tương đối nhỏ vì Qualcomm mới là cái tên chiếm thị phần lớn nhất. Vì vậy để có thể tạo những thay đổi và ảnh hưởng có ý nghĩa giữa các thiết bị và trò chơi trong thế giới Android thì cần Qualcomm cũng cung cấp Ray tracing. Trên thực tế nếu Apple cũng hỗ trợ công nghệ này thì sẽ tạo ra được sự áp dụng rộng rãi hơn nữa trên các thiết bị di động nói chung.

Ngoài ra cũng cần phải lưu ý rằng Ray tracing cũng thường gây ra các vấn đề về hiệu năng trên máy console, buộc các nhà phát triển phải điều chỉnh lại các yếu tố khác như độ phân giải, tốc độ khung hình, khử răng cưa và hơn thế nữa. Do đó người dùng nên sẵn sàng tâm lý cho những thoả hiệp tương tự nếu công nghệ này trở nên phổ biến hơn trên điện thoại. Cũng có nhiều lập luận khác cho rằng hiệu năng duy trì là ưu tiên lớn hơn trên thiết bị di động hiện tại vì cả Snapdragon 8 Gen 1 và Exynos 2200 đều cho thấy sự sụt giảm mạnh hiệu năng GPU trong các quá trình thử nghiệm stress test khắc nghiệt.

Năm 2023 có thể không mang đến những thay đổi quá lớn từ Arm giống như sự thay đổi kiến trúc CPU trong năm 2022, nhưng tầm nhìn của công ty về một tương lai chỉ dành cho Android 64-bit đang bắt đầu hình thành. Tuy nhiên 2023 chắc chắn là một năm thay đổi lớn đối với Arm khi nói đến GPU: nhờ những cải tiến quan trọng như VRS, tăng hiệu quả sử dụng năng lượng cũng như Ray tracing. Việc lựa chọn chipset cho các game thủ di động chắc chắn sẽ khó khăn hơn trong năm tới.