Le Cortex-X1 : un CPU semi-personalisé par ARM

Si ARM a dévoilé il y a quelques jours le Cortex-A78, ce n’était pas la seule annonce. En effet, la firme anglo-saxonne avait aussi dans sa manche une série de processeurs conçus étroitement avec leurs intégrateurs : les Cortex-X.

Directement issue de l’ancien programme Built-on-Cortex, cette nouvelle série un peu spéciale correspond à des modifications effectuées sur demande d’autres entreprises partant de CPU Cortex-A ; à l’exception que ce programme Cortex-X Custom (CXC) leur demande toujours plus d’implication. En effet, les demandeurs seront criblés de questions quant aux buts de ce nouveau modèle, dès les premières étapes de conception. En échange, les cœurs qui résulteront de ce programme pourront excéder certaines contraintes de la série des Cortex-A, notamment en matière de consommation-performance-surface. Typiquement, les Cortex-X bénéficieront de performances supérieures aux design classiques, au prix d’une chauffe plus importante, voire moins équitablement répartie.

Au niveau des changements possibles, la liste est longue : tant que l’organisation globale n’est pas modifiée en profondeur, tous les buffers peuvent être modifiés, des unités d’exécution rajoutées ou encore des caches plus grands et plus rapides. De quoi laisser une belle liberté d’action ! Conséquence de ces changements toujours plus poussés, les processeurs résultants de ce programme auront un nom qui leur est propre, et le premier à en bénéficier est le Cortex-X1, basé justement sur le tout récent Cortex-A78.

Commençons par une vue générale : ce Cortex-X1 est bien plus gros que le Cortex-A78, avec son L1D fixe de 64 Kio, son L2 de 256 Kio à 1 Mio et son L3 pouvant monter jusqu’à 8 Mio, ainsi que des grossissements du TLB et des bandes passantes. Difficile de croire à un CPU mobile : les gains monocoeurs seraient d’environ 30 % par rapport au Cortex-A78, une mesure crédibilisée par l’agencement interne totalement re-testiboulé. Les unités vectorielles NEON sont en effet doublées, la partie out-of-order décuplée avec un décodage de 5 instructions par cycles, une fenêtre out-of-order de 224 microOPs et une bande passante de 8 de ces microOPs par cycle depuis leur cache (contenant 3000 entrées) vers ce reorder buffer précédemment cité. Notez, par ailleurs, que ce chiffre de 224 est celui identique sur les architectures (de CPU x86 !) Zen2 et Skylake... c'est dire le niveau de performance visé.

Le sous-système de prédiction de branchement n’est pas plus en reste avec un bon de 50 % du nombre d’entrée dans le Lookup Branch Target Buffer, ainsi que diverses autres améliorations, histoire de pouvoir suivre les chemins de code non régulier tout en assurant une alimentation en données suffisantes des unités d’exécution. Sans surprise, ce genre de modifications est particulièrement profitable au machine learning, ARM s’ancrant ici bien dans l’air du temps !

Enfin, niveau gravure, comptez sur le vaillant 5 nm TSMC, de quoi assurer une consommation maîtrisée malgré les élargissements conséquents du bousin !

Bien entendu, il sera possible d’intégrer un de ces modèles dans des clusters DynamIQ de la firme, afin d’améliorer les performances d’une application ne requérant qu’un thread sans pour autant handicaper la consommation et la taille globale du die... c’est-à-dire qu’un seul Cortex-X1 au sein d’un cluster de Cortex-A78 serait 15 % plus gros et 30 % plus puissant qu’un cluster de quatre Cortex-A77, c’est-à-dire de la génération précédente. Comparativement, les quatre Cortex A-78 tout seuls seraient 15 % plus petits et 20 % plus puissants en moyenne. Avec un peu de math, cela donne un Cortex-X1 environ deux fois plus gros qu'un Cortex-A77 !

Tout comme chaque design du groupe ARM, il faudra attendre l’an prochain pour voir les premiers modèles en action au sein de puces disponibles pour le grand public. Puisque ce premier modèle X1 n’est autre qu’un A78 boosté aux hormones, cela signifie-t-il que les Cortex-X iraient remplacer les Cortex-A sur les produits haut de gamme ? Difficile de dire, les variables de coûts de production et de capacité de refroidissement n’étant pas connues. Difficile également de ne pas penser aux CPU ARM destinés aux ordinateurs portables et tablettes sous Windows, surtout mis en relation avec la Surface ARM de Microsoft qui intègre justement un CPU ARM d’origine Qualcomm légèrement modifié pour l’occasion. Affaire à suivre... (Source : WikiChip)