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Cortex-A76: ARMs CPU-Kern soll Intel herausfordern

Mit dem Cortex-A76 möchte ARM fast die Leistung eines Skylake-Chips von Intel erreichen. Die CPU-Kerne sind für Notebooks mit Windows 10 on ARM sowie Smartphones gedacht, basieren auf einer neu entwickelten Architektur und sollen mit über 3 GHz takten.

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Cortex-A76
Cortex-A76 (Bild: ARM)

ARM hat den Cortex-A76 vorgestellt, einen neuen CPU-Kern. Partner wie Huawei oder Qualcomm können ihn in ihre Designs integrieren, erste Systems-on-a-Chip für Smartphones und Notebooks erwartet der britische IP-Entwickler bereits Ende des Jahres. Der Cortex-A76 soll verglichen mit dem bisherigen Cortex-A75 eine um gut ein Drittel gestiegene Geschwindigkeit bei 40 Prozent besserer Effizienz liefern. ARM vergleicht hier allerdings 3 GHz bei einer 7-nm-Implementierung mit 2,8 GHz bei 10-nm-Fertigung.

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Der Cortex-A76 ist eine neu entwickelte Mikroarchitektur, die vom Team im texanischen Austin entworfen wurde. Sie unterscheidet sich daher in einigen Punkten deutlich vom Cortex-A75 und vom Cortex-A72, allerdings sind einige Ideen bereits in die beiden älteren CPU-Kerne eingeflossen. Die Pro-Takt-Performance des neuen Designs liegt laut ARM bei 90 Prozent der eines Skylake-Kerns von Intel, wenn der Spec-Int-Benchmark herangezogen wird. Dabei soll der Cortex-A76 nur ein Viertel der Fläche und nur die Hälfte an Energie benötigen, allerdings ist Skylake eine 14-nm-Architektur.

  • Cortex-A76 (Bild: ARM)
  • Cortex-A76 (Bild: ARM)
  • Cortex-A76 (Bild: ARM)
  • Cortex-A76 (Bild: ARM)
Cortex-A76 (Bild: ARM)

Im Frontend des Cortex-A76 sitzen vier statt drei Decoder verglichen mit dem Cortex-A75, das dahinter liegenden Out-of-Order-Backend verwendet acht statt sechs Ports. Das Design hat drei statt zwei Integer- und zwei 128-Bit- statt 64-Bit-Float-Einheiten, wobei Letztere mit der doppelten Bandbreite wie in bisherigen Cortex-A versorgt werden. Implementierungen wie Apples A11 oder Samsungs M3 sind deutlich breiter und schneller, benötigen jedoch auch mehr Energie. Weitere Verbesserungen des Cortex-A76 betreffen vor allem die Sprungvorhersage und die vergrößerten Buffer.

Für den L1D- und den L1I-Cache sieht ARM jeweils 64 KByte vor, der L2-Puffer kann bis zu 512 KByte pro Kern fassen und der L3-Cache hält bis zu 4 MByte vor. Vor allem die ersten beiden Cache-Stufen sollen drastisch schneller sein als beim Cortex-A75, was den neuen CPU-Kern besonders flott macht. Der L3 und der DRAM liefern 50 Prozent mehr Performance. Wie erwartet ist der Cortex-A76 kompatibel zu ARMs Dynamiq, die Briten erwarten typische Konfigurationen wie 2+6 oder 4+4 im Tandem mit dem Cortex-A55.

ARM nennt eine um 25 Prozent höhere Integer- und eine um 35 Prozent gestiegene Float-Leistung bei 90 Prozent mehr verfügbarer Speicherbandbreite. Die für Machine Learning relevante Geschwindigkeit soll sich gar vervierfacht haben, da Inferencing - also Matrixmultiplikationen - durch die neue FPU beschleunigt wird. Im Geekbench 4 soll ein Cortex-A76 mit 3 GHz ungefähr die Performance eines M3 von Samsung erreichen, einem der derzeit stärksten Designs für Android-Geräte. Eine vergleichbare Apple-Implementierung ist der A10, der aktuelle A11 liefert mehr Leistung und der kommende A12 auch.

Die meisten Cortex-A76-Umsetzungen dürften allerdings keine 3 GHz aufweisen - wir erwarten etwas niedrigere Frequenzen von 2,5 GHz aufwärts. Das dürfte der Effizienz sehr zugute kommen, da das Design die hohen Taktraten nur mit entsprechender Leistungsaufnahme schafft. Dem Cortex-A76 muss für Smartphones und ARM-Notebook skalierbar sein, weshalb er auf über 5 Watt ausgelegt ist.

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