Neue Handy- und Laptop-Prozessoren arm enthüllt Cortex-A-Roadmap bis 2020

Bild 2. SPICE-Simulationen auf dem iPad realisieren und gleich mit anderen Anwendern – z.B. mit Laptop ausgerüstet – teilen: „Multisim Touch“.
arm möchte im Laptop-Markt Platzhirsch Intel Marktanteile abnehmen. Cortex-A-Prozessoren sollen die notwendige Rechenleistung bereitstellen.

Erstmals in seiner Firmenhistorie enthüllte arm seine Langfrist-Roadmap für seine Cortex-A-CPUs. Details für die nächsten zwei Generationen blieben weitestgehend an der Oberfläche, allerdings wurden interessante Vergleiche zu aktuellen Intel-Chips gezogen.

Im Bereich der Mobiltelefone geht bekanntlich schon lange nichts mehr ohne arm-CPU-Cores. Neben dem Eindesignen der Orginal-arm-IP-Cores mit der Bezeichnung Cortex-A gibt es auch mit Hilfe von sogenannten arm-Architekurlizenzen kundendesignte CPUs auf Basis der armv8-A-Mikroarchitektur, die z.B. von Apple und Samsung verbaut werden.

Nachdem die größten Wachstumszeiten im Bereich der Handys vorbei sind, konzentriert sich arm nunmehr auf neue Märkte, u.a. auf den der Laptop-Computer, der bekanntlich von Intel mit seinen x86-CPUs dominiert wird. Arms Marktenteil ist heute vernachlässigbar, umso höher sind natürlich theoretisch die Wachstumschancen, vorausgesetzt man hat die richtigen Produkte.

Die erste arm-CPU, die tatsächlich bezüglich der Rechenleistung mit den Anforderungen eines Laptops mithalten kann, war der 2018 auf den arm TechDays in Austin vorgestellte Cortex-A76, den wir bereits ausführlich technisch vorgestellt haben.

Ein Vergleich eines mit 3 GHz getakteten und in 7 nm implementierten Cortex-A76 mit 4 MB L3-Cache und einem Intel Core-i5-7300U der aktuellen Kaby-Lake-Generation mit dem Benchmark SPECINT2 zeigt, dass der Cortex-A76 die Intel-CPU in ihrer Baseline-Konfiguration (2,6 GHz Taktfrequenz) hinsichtlich der Rechenleistung übertrifft und im Turbo-Modus des Core-i5 (3,5 GHz Taktfrequenz) nur unwesentlich zurückbleibt. Während ein vollständiges A76-SoC für einen Laptop, wo sich neben CPU ja noch weitere Blöcke wie GPU, Video, I/Os, Speichercontroller etc. befinden, weniger als 5 W aufnehmen soll, hat der Core i5-7300U nominell eine TDP von 15 W, wobei die Leistungsaufnahme je nach Betriebspunkt (die Basis-Taktfrequenz kann zwischen 800 MHz und 2.7 GHz konfiguriert werden) zwischen 7.5 und 25 W schwanken kann. In der Bilderstrecke ist einen entsprechende Folie abgebildet.

Fairerweise muss man feststellen, dass der SPECINT2 ein Single-Thread-Szenario abbildet, während die offiziellen Intel-Angaben auf einem Multi-Thread-Workload basieren. Wir halten unter den gegeben Rahmenbedingungen ca. 11 W für realistischer, was die höhere Energieffizienz des Cortex-A76 natürlich nicht schmälern soll, jedoch die Angaben von arm in einem anderen Licht erscheinen lassen. Interessant in diesem Kontext ist auch zu sehen, dass arm seine Leistungsaufnahme-Projektion vom TechDay zurückgeschraubt hat. Während man für den Cortex-A76 seinerzeit 5 W bei 3,3 GHz gesehen hat, wird nunmehr bei 3 GHz von “weniger als 5 W” gesprochen.

Bezüglich des Intel-Vergleiches muss man allerdings auch feststellen, dass arm die Vergleichs-CPU geschickt gewählt hat: Zum einen stammt der Core-i-5-7300U aus der Kaby-Lake- und nicht aus der neueren Coffee-Lake-Generation, was allerdings weniger relevant ist, da die IPC (Instruktionen pro Taktzyklus) gegenüber Koby Lake unverändert blieb. Mehr ins Gewicht fällt, dass sich arm nun ausgerechnet einen ganz schwachen Vertreter ausgesucht hat. Im CPU-Test der Kollegen von der Chip bringt der Core-i-5-7300U gerade mal 35,3 % der Rechenleistung des Mobile-CPU-Spitzenreiters Intel Core i7-8750H. Letzterer hat allerdings auch mit 45 W eine dreimal so hohe TDP, so dass arms Vorteil hinsichtlich der Energieeffizienz unabhängig vom Intel-Modell erhalten bleibt. Die Frage ist allerdings die, ob der Cortex-A76 genug absolute Rechenleistung liefert, um dem Laptop-Benutzer ein angenehmes Arbeiten zu ermöglichen – die Kollegen der Chip haben dem Core-i5-7300U ein vernichtendes Zeugnis ausgestellt: „Im Testlabor zeigt sich der Mobil-Prozessor Intel Core i5-7300U eher schwach…. Innerhalb unserer umfangreichen Labortests kann das Gerät in keiner Einzelwertung besonders glänzen. Sogar einen deutlichen Aussetzer können wir während unserer Tests ausmachen.“

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arm enthüllt Cortex-A-Roadmap bis 2020

Zwei neue CPUs bis 2020 sollen arms Weg in die Laptops ebnen. Intels heutige Marktdominanz soll gebrochen werden.

Neue CPUs im Jahr 2019 und 2020

Da natürlich auch arm klar ist, dass man für signifikante Gewinne an Laptop-Marktanteilen weitere Steigerungen der Rechenleistung benötigt, wurden die nächsten zwei Cores angekündigt: Im Jahr 2019 „Deimos“, der in den dann fertigen 7-nm-Prozessen von TSMC & Co. gefertigt werden wird und 2020 „Hercules“ in voraussichtlich 5 nm. Technische Details über beide CPUs gab arm noch nicht bekannt, außer dass Hercules 2.5x eine so hohe Rechenleistung wie 2016 vorgestellte Cortex-A73 haben wird. Erreicht werden soll dieses Ziel durch eine weiter gesteigerte IPC durch Verbesserungen an der Mikroarchitektur, Optimierungen am Speichersystem und natürlich den geschrumpften Fertigungsprozess-Geometrien. Weitere Details will arm auf seiner Entwicklerkonferenz TechCon im Oktober enthüllen. Beide zukünftigen CPUs basieren auf der neuen A76-Mikroarchitektur und werden entsprechende evolutionäre Verfeinerungen und inkrementelle Updates erhalten.

Arm geht davon aus, dass die Einführung des 5G-Mobilfunkstandards mehr allways-on- und allways-connected-Laptops herausbringen wird, bei denen die Energieffizienz natürlich eine noch wichtigere Rolle spielen wird als heute. Da arm auch weiterhin  IP für Smartphones und Computer liefern wird, wird man sich auch zukünftig beim Design hinsichtlich der absoluten  Leistungsaufnahme an den Bedürfnissen eines Smartphones orientieren (müssen) und Intel damit, das kann man schon heute vorhersagen, deutlich unterbieten. Die Frage wird sein, ob man die notwendige absolute Rechenleistung für die Anwenderbedürfnisse bereitstellen wird können. Nachdem arm selbst einem Cortex-A76  einen um Faktor 1,58 höheren SPECint2K-Wert als dem Cortex-A73 attestiert hat, bedeutet dies, dass „Hercules“ ebenfalls auf einen rund 1,58x höheren Wert kommen wird als der Cortex-A76 (1.58x1.58=2.5). Dies wären dann knapp 60 % der Rechenleistung des High-End-Intel-Core-i-7-87750H und entspräche einem heutigen Intel Core i7-4710HQ.

Nach meiner persönlichen Erfahrung kann man mit so einem Laptop in den meisten Anwendungsfällen sehr gut arbeiten. Der Intel Core i7-4710HQ wurde u.a. in einem Notebook „ASUS Gaming GL551JK“ verbaut, dessen Zielgruppe sich ja eher am oberen Ende der Leistungsskala befindet.