Mali-G71: ARMs Mimir-Grafik nutzt neue Bifrost-Architektur

Bis zu 32 Shader-Cluster, Abkehr von der veralteten VLIW-Technik und volle Kohärenz: ARMs neue Mali-G71 alias Mimir ist die erste Grafikeinheit mit der Bifrost-Architektur, die Effizienz und Leistung der GPU auf das Niveau von Notebook-Chips hieven soll.

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Mali-G71
Mali-G71 (Bild: ARM)

Passend zum neuen CPU-Kern namens Cortex-A73 (Artemis) hat ARM eine neue GPU-Architektur samt darauf basierender Grafikeinheit vorgestellt. Die Mali-G71 alias Mimir nutzt die Bifrost-Technik und ist für Chips in Smartphones, Tablets sowie Chromebooks des Jahres 2017 gedacht. Bifrost ist die mythologische Regenbogenbrücke zwischen Midgard (Erde) und Asgard (Himmelsreich), wo Götter wie Odin regieren und sich Valhalla befindet.

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Die Bifrost- folgt auf die Midgard-Architektur von 2012, die wiederum die Utgard-Technik abgelöst hatte. Die wird für für einfache Designs wie die Mali-470 bis heute verwendet. Während die Midgard-Architektur vektorbasiert arbeitet und das VLIW4-Format (Very Long Instruction Word) nutzt, vollführt ARM mit der Bifrost-Technik den Wechsel zu skalaren Recheneinheiten. Einen ähnlichen Umstieg gab es bei AMDs Radeon-Grafikkarten von den HD 6000 zu den HD 7000 im Jahr 2011: Statt VLIW4/5 wird der Graphics Core Next (skalar) verwendet.

  • Details zur Bifrost-Architektur (Bild: ARM)
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Details zur Bifrost-Architektur (Bild: ARM)

Heutige Spiele-Engines sind viel stärker auf Compute ausgelegt als noch vor ein paar Jahren, zudem sind VLIW-Architekturen stark auf entsprechend optimierte Shader-Compiler angewiesen. Mit skalaren Rechenwerken sowie gerade einmal vier Threads pro Wavefront steigt die Auslastung pro Takt laut ARM drastisch an, was die Effizienz sowie die Leistung pro Fläche verbessert - wichtig für SoCs. Auf ALU-Ebene betrachtet, werden eine FP32- oder zwei FP16-Operationen pro Takt verarbeitet, dedizierte Einheiten wie bei PowerVR gibt es nicht.

Abseits der Shader-Kerne hat ARM auch den Tiler überarbeitet, mit dem das zu rendernde Bild vorab in Kacheln zerlegt wird. Er verwirft winzige (Sub-Pixel-)Dreiecke früher, was die effektive Datentransfer-Rate erhöht, und allokalisiert Puffer feinkörniger, um Speicherplatz einzusparen. Der neu gestaltete L2-Cache ist voll kohärent: Sofern ein Corelink CCI-550 und ein CPU-Kern wie der A73 verwendet werden, entfallen lästige Kopier-Operationen. Bifrost-basierte Grafikeinheiten sind fähig zu Heterogeneous Computing und unterstützen die neue HSA-1.1-Spezifikation.

  • Details zur Bifrost-Architektur (Bild: ARM)
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Die neue Mali-G71 skaliert anders als die Mali-T880 hoch bis auf 32 statt 16 Shader-Cluster. Die Leistung soll bei gleichem Fertigungsprozess um den Faktor 1,5 bei 40 Prozent geringerer Die-Fläche zulegen und die GPU dabei ein Fünftel effizienter sein. Die Mimir-Grafikeinheit kann mit 4K-Auflösungen samt 4x MSAA bei 120 Hz umgehen, was für Virtual Reality relevant ist.

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