2019年5月，ARM釋出了Cortex-A77 CPU和Mali-G77 GPU架構（準確說是IP，又稱核心授權），剛剛量產的天璣1000+就是首款同時採用上述IP組合的旗艦級5G SoC。
昨天晚上，ARM正式釋出了下一代IP，由Cortex-X1、Cortex-A78和Mali-G78組成的“三劍客”，從即將在今年9月釋出的麒麟1000開始，未來的5G SoC都將因它們而獲益，並有望進一步拉近與同期蘋果A系列SoC的效能差距。
那麼，ARM新一代的“三劍客”都有啥特色？
Cortex-A78：常規迭代更新
目前，驍龍865、天璣1000和Exyno 980等5G SoC都拿Cortex-A77架構作為CPU中的“大核”，也因此獲得了強悍的運算動力。
作為Cortex-A77的接班人，Cortex-A78其實並沒有什麼本質上的變化，Cortex-A76、A77、A78都採用了相同的Austin微架構，三代核心在設計上存在很多共性。
用ARM的話來說，就是晶片供應商（如高通、聯發科等）在構建核心時可以非常容易地升級SoC的IP設計，不會花費太多經歷和成本，從而縮短了開發週期。
因此，大家不要對Cortex-A78效能抱有太大期待，ARM官方資料顯示，A78相較於A77，其IPC（架構效能）只提升了7%，功耗降低了4%，核心小了5%，四核簇面積的縮小了15%。
還好，與Cortex-A78搭配的是最新一代的5nm製程工藝，天生就具備更好的能效比。
現在SoC內單個“大核”在滿載時的功耗約為1W，此時7nm工藝生產的Cortex-A77可以跑到2.6GHz，而5nm工藝生產的Cortex-A78則可達到3GHz，相當於在相同功耗下獲得了20%的效能提升。
另一方面，在相同的效能下，5nm工藝生產的2.1GHz Cortex-A78功耗比7nm工藝2.3GHz的Cortex-A77降低了50%，有助於提高5G手機的續航。
說實話，ARM的這種計算方式令人頭大，不合理也不公平。如果Cortex-A77也用5nm工藝生產，效能也會比7nm工藝時提升不少，功耗也會明顯下降。
反之，如果用7nm工藝生產Cortex-A78，其效能和功耗表現也不見得比Cortex-A77好多少。
只是，新工藝和新架構搭配是科技發展的趨勢也最經濟，還利於宣傳。所以咱們也就別較真兒了。
Cortex-X1：自研的終結
從iPhone 5開始，蘋果A系列處理器就開始了“自研”之旅，而這也是為什麼每一代iPhone的效能幾乎都可以領先同期Android手機圈的所有處理器。
所謂的“自研”，就是購買ARM最高階的指令集授權，然後根據自身需要開發相容ARM的架構，能領先ARM公版的Cortex-A架構多少全看晶片商的技術水平。
高通曾在驍龍600/800時代採用過自研的Krait架構，距離最新的驍龍820也是自研的Kyro。只是，高通發現自研架構的能耗比很難領先公版Cortex-A架構太多，不經濟，所以從驍龍835開始就採取了BoC戰略，也就是咱們常說的“魔改”，基於現有的公版Cortex-A架構進行版定製化。
華為從麒麟980開始，也採用了類似的思路，其大核也是基於Cortex-A架構進行了“based”，同樣是一種魔改。需要注意的是，公版Cortex-A架構可以進行“魔改”的地方並不多，大家基本都是拿快取部分開刀，所以無論是高通還是麒麟，其魔改後的核心與公版架構之間的效能差異並不大，關鍵還是看主頻。
三星從Exynos 8890開始也加入到自研大軍，並推出了名為貓鼬（Mongoose）的架構核心。但是，經過四代自主研發後，三星在2019年底已經決定放棄自研的Mongoose核心，並解散了位於德州奧斯汀的整個研發團隊，未來將全面使用ARM的設計方案。
可見，除了蘋果，其他晶片商的自研之路可謂一路荊棘，費力不討好。
好訊息是，ARM此次釋出的“三劍客”中的Cortex-X1，其實就是一種允許晶片商在其上進行高度定製的IP核心，可以完全取代辛苦的“自研”之路。
從ARM公佈的架構細節上來看，Cortex-X1與Cortex-A78都是ARMv8.2指令集下的，指令集是相容的，但Cortex-X1是自定義CPU核，解碼頻寬從4路提升到5路，增加了25%，NEON浮點從2條128b提升到了4條128b，相當於浮點效能翻倍。快取方面，Cortex-X1的L1快取可達64KB，L2快取1MB，L3快取可達8MB，是Cortex-A78的兩倍。
基於以上的改進，Cortex-X1較之上一代A77，其單核效能可提升30%、AI效能更是大漲100%。
按照ARM的規劃，未來Cortex-X1將扮演旗艦級5G SoC內的“超大核”，而Cortex-A78則屬於普通的“大核”，再與Cortex-A55構成“1 3 4”的三叢集DynamIQ叢集，以實現效能和功耗的完美平衡。
唯一可惜的，就是Cortex-X1核心會佔用更大的封裝面積。ARM的資料顯示，4個Cortex-A78核心在搭配4MB L3快取時，其效能比前代A77可提升20%，同時核心面積降低15%；而1個Cortex-X1 3個Cortex-A78在搭配8MB L3快取時，雖然核心面積會增加15%，但峰值效能提升了30%。
換句話說，Cortex-X1至少可以帶來比Cortex-A78額外的10%的效能提升，看起來也不大啊？
Mali-G78：計算單元暴增
在Android領域，ARM公版的Mali系列GPU已經一枝獨秀，昔日的老對手PowerVR已被邊緣化。而新一代Mali-G78 GPU的問世，將進一步鞏固ARM的親兒子在GPU領域的領先地位。
也許是沒有太大的競爭壓力，所以Mali-G78依舊沿用了Mali-G77採用的Valhall圖形架構，但它對全域性時鐘域進行了最佳化，改為全新的兩級結構，實現了上層共享GPU模組與實際著色器核心頻率的分離，也就是非同步時鐘域。這樣一來，GPU的核心可以工作在與其他部分不同的頻率上，可快可慢，從而解決幾何輸出與計算、紋理、引擎之間的不平衡問題，還能讓GPU執行在不同電壓上，從而降低功耗、提高能效，這也是桌面級CPU、GPU通用的做法。
此外，Mali-G78還徹底重寫了FMA(融合乘加)引擎，包括新的乘法架構、新的加法架構、FP32/FP16浮點，可以節省30％的功耗。
在Mali-G77時代，最多可以搭配16個計算單元，也就是Mali-G77 MC16，但受制於成本、發熱和功耗，哪怕是最激進的Exynos 990也才用了11個計算單元，即Mali-G77 MC11，天璣1000 則配備了Mali-G77 MC9。
這一次，Mali-G78最多可以武裝24個計算單元，較之前輩增加了50%。但正如上面的原因，哪怕搭配最新的5nm工藝，估計實際商用的最大規模也就是16個左右，再多手機散熱就壓不住了。
根據ARM的資料顯示，得益於綜合架構、工藝等各方面的改進，Mali-G78相比於Mali-G77的效能提升幅度可達25%，即便是在同等工藝條件下也可提升15%， 同時能效提升10%，機器學習效能提升15%。
看起來還不錯。
此外，ARM還新推出了Mali-G68 GPU，用於填補Mali-G7系列和Mali-G5系之間的空白。從現有的資料來看，Mali-G68的架構和引數和Mali-G78一模一樣，只是最多僅能搭配6個計算單元。
換句話說，搭配1~6個計算單元的Mali-G78就叫Mali-G68，超過6個計算單元的則是Mali-G77。
即將在9月份釋出的麒麟1000系列應該是首發Cortex-A78和Mali-G78的5G SoC，但它能否用上Cortex-X1架構還不得而知。而明年上市的驍龍875、天璣2000和Exyno 1000系列也將用上“三劍客”中的至少1個成員，至於它們實際效能較之現有的旗艦能有多少提升，就讓我們拭目以待吧。
