浅析Arm全新Mali G76 GPU：全方位进化，但仍不足与高通苹果匹敌
2018-06-06 14:54:17 来源：网络整理 作者：秋军
与此同时，为了匹配翻倍的Quad尺寸，Arm将相应的缓存和通道也增加了一倍。虽然Arm没有正式披露Quad的寄存器堆栈大小，但他们已经证实Mali G76的寄存器堆栈与Mali G72一样，每通道有64个寄存器，因而寄存器堆栈的压力并没有变化。
在像素和纹理方面，Mali G76也使用了双单元方案，每周期可以处理两个像素或两个纹理，ALU与像素和纹理单元的比例与之前保持一致。
在相同的时钟速度下，Mali G76的浮点运算、纹理和像素吞吐量都增加了一倍，实际性能的提升幅度也应基本相仿。在某种意义上，Arm是将两个Mali G72核心融合成了一个Mali G76核心，但Mali G76达到Mali G72翻倍的性能只需132%的芯片面积，理论上单位面积性能提升了50%。
强化机器学习
虽然Arm大幅强化了Bifrost架构的图形渲染性能，但这不是Mali G76核心的唯一改变，机器学习性能的提升也是此次的重头戏。
Arm为Mali G76的ALU强化了int8格式的支持，这一数据格式是处理神经网络的关键操作，在机器学习推理非常重要，尽管8位整数的精度有限，但在很多情况下仍然足以进行基本推理。
虽然此前Mali G71/G72也可通过打包4个int8数据的方法进行计算，但Mali G76是第一个原生支持单周期处理int8的Mali核心。根据工作负载和机器学习框架的不同，Mali G76的机器学习性能相比Mali G71/G72提升了约2.7倍。
同时Arm研究发现，影响GPU性能的另一个潜在瓶颈是回写机制。如果GPU在一个多边形回写过程中停滞，则很可能会阻塞GPU的其他部分。Arm将Mali G76从有序回写机制转变为无序回写机制，允许通过绕过那些回写延迟来更灵活地回写多边形。
此外Arm还优化了Mali G76块缓冲，在某些情况下色彩缓冲被耗尽时，可临时溢出到深度缓冲中。这样可以减少对主内存进行访问的次数，以尽可能保持GPU核心的本地流量。Mali G76的线程本地存储机制也相应的针对寄存器溢出处理进行了优化，GPU会将溢出的数据块分组在一起以利于将来获取。
性能和功耗预测
Arm的GPU核心设计一向都是组团群P的思路，通过堆砌核心数量来抗衡高通Adreno的大核心无敌策略。
此前Mali G71/G72最多可支持堆砌32核心，但实际上没有任何一家SoC厂商选择过MP32的最大配置选项，最高也不过是三星Exynos 8895的Mali G71 MP20，其次是Exynos 9810的Mali G72 MP18，而华为的麒麟970使用了Mali G72 MP12，麒麟960则只有Mali G71 MP8。
出现这种现象的原因恰恰是Mali G71/G72的单位面积性能太差了。以Exynos 9810的18核Mali G72为例，其GPU总面积为24.53 mm²，是高通Adreno 630（10.69 mm²）的2.3倍、苹果A11 GPU（15.28 mm²）的1.6倍，而性能却还不如Adreno 630和苹果A11 GPU。更遑论Exynos 8895上面积更大（32 mm²）性能更低的Mali G71 MP20。
三星Exynos 9810核心透视图
与三星的狂堆核心数相比，麒麟970和960则只使用了中等数量的核心，然后通过拉高核心频率来榨取性能。然而雷锋网在上篇分析Cortex A76的文章中提到过，每种核心架构在某一工艺下，都有一个能耗比最佳的频率区间，越过这个区间后，继续拉高频需要付出极大的功耗代价。
三星Exynos 9810和8895虽然GPU面积很大，但由于频率只有560MHz左右，因此功耗表现尚可。而麒麟970的Mali G72 MP12为746MHz，功耗上升非常明显，能耗比仅略高于使用Mali G71的Exynos 8895。麒麟960的Mali G71 MP8频率甚至高达1037MHz，暴增的功耗使其能耗比还不如老旧Exynos 7420上的Mali T760 MP8。
考虑到实际使用中的情况，以及Mali G76核心规模的扩充，Arm决定将Mali G76的最大核心数量下调至20核心。通过将功能模块和执行引擎整合到更少的“内核”中来提高内核的性能密度，可显着改善GPU的单位面积性能。据估计，Mali G76在曼哈顿3.1测试中，每mm²性能提升了39%，
Arm表示，Mali G76 MP12在7nm工艺下，相比Mali G72 MP18将会有50%的性能提升，功耗则保持一致。而相比骁龙845的Adreno 630，Mali G76 MP12在拥有12.8%性能优势的同时，功耗下降了22.8%。（注：Mali G76 MP12频率不明）
结论与思考
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