Artemis: ARM zeigt neue CPU-Architektur und Testchip mit 10FF-Technik

Unter dem Codenamen Artemis hat ARM einen neuen CPU-Kern entwickelt. Ein Testchip damit wurde bei der TSMC im 10FF-Verfahren gefertigt und weist interessante Merkmale auf.

Artikel veröffentlicht am 19. Mai 2016, 20:07 Uhr, Marc Sauter

Testchip mit Artemis-Kernen (Bild: ARM)

Kaum hat Nvidia die Geforce GTX 1080 mit GP104-Grafikchip auf Basis von TSMCs aktuellem, 16FF+ genannten Fertigungsprozess vorgestellt, spricht ARM über einen Testchip mit 10FF-Technik. Der Tape-out erfolgte dem britischen SoC-Entwickler zufolge bereits im Dezember 2015, also vor rund einem halben Jahr. Besonders am Testchip ist nicht nur der 10FF-Prozess, sondern obendrein die neue Mikroarchitektur namens Artemis für die CPU-Kerne.

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Floorplan des Artemis-Kerns und eines 4er-Clusters, Die-Shot des Testchips (Bild: ARM)

Der Testchip besteht aus einem Cluster mit vier Artemis-Kernen, die später der Cortex-A-Reihe zugeordnet werden. Die integrierte Grafikeinheit fällt vergleichsweise simpel aus, ARM nutzt eine nicht näher genannte Mali-Variante mit einem Cluster. Aktuelle Implementierungen wie die Mali-T880 nutzen 16 Shader-Cluster. Weitere Bestandteile des Prototyps sind unter anderem ein Interconnect, mehrere SRAM-Blöcke und ein Cortex-M0. Interessant ist, dass der Artemis-Cluster mit Abstand den meisten Platz im Die belegt.

Im Vergleich zu 16FF+ (FinFET Plus) soll das neue 10FF-Verfahren die Packdichte um den Faktor 2,1 steigern. Bei 16FF+ nutzt TSMC ein 20-nm-Backend, was bei 10FF wahrscheinlich nicht mehr der Fall ist. Obendrein verbessert der Shrink die Charakteristik eines Chips: Der Auftragsfertiger nennt eine um elf bis zwölf Prozent höhere Geschwindigkeit bei gleicher Leistungsaufnahme. Bei identischem Takt soll der Energiekonsum gar um 30 Prozent sinken.

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10FF ist elf bis zwölf Prozent effizienter als 16FF+ (Bild: ARM)

Um aufzuzeigen, wie stark sich das 10FF-Verfahren auswirkt, vergleicht ARM den Testchip mit Artemis-Kernen mit einem SoC, das mit 16FF+ Technik gefertigt wurde und auf Cortex-A72 setzt. Den Prototyp hat ARM mithilfe eines frühen Physical Design Kits (PDK v0.5) entwickelt, den A72-basierten Chip mit einem ausgereifteren. Das erklärt die etwas niedrigeren Frequenzen, allerdings liegen geringere Spannungen an. Die Leckströme fallen beim Testchip leicht schwächer aus, die benötigten Milliwatt pro GHz sind viel niedriger. Interessantes Detail: ARM geht davon aus, dass ein auf Artemis-Kernen basiertes System-on-a-Chip höhere Taktraten als ein Cortex-A72-Design erreicht.

Für Artemis und 10FF wird es erneut ein Processor Optimization Pack (POP) geben: Es umfasst technische Unterstützung wie Benchmarks, Bibliotheken, Compiler und Design-Optimierungen. Durch diese Hilfen können Lizenznehmer eine ARM IP wie den Artemis-Prozessorkern schneller vom RTL (Register Transfer Level) in ein physikalisches Produkt umsetzen. Erste SoCs für Smartphones erwarten wir für 2017 im Mittelklasse- und im High-End-Segment.

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Noch taktet der 10FF-Testchip langsamer, mit 16FF+ wäre er schneller als der A72. (Bild: ARM)

ARM übernimmt Apical

Parallel zur Bekanntgabe der Details zum Testchip hat ARM den britischen Hersteller Apical gekauft. Der Preis für das auf den Embedded-Bereich, das Kamera-Segment und das Internet der Dinge spezialisierte Unternehmen mit Sitz in Loughborough, England, beträgt 350 Millionen US-Dollar.