Mali-G76: ARMs Grafikeinheit lernt schneller und tief

Mit der Mali-G76 hat ARM die Architektur seiner Smartphone-Grafik massiv erweitert: Die GPU hat doppelte so viele Ausführungseinheiten pro Block und unterstützt INT8 für Machine Learning. Ein paar entfernte Schwachstellen helfen zudem, 50 Prozent mehr Performance zu erreichen.

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Mali-G76
Mali-G76 (Bild: ARM)

ARM hat die Mali-G76 vorgestellt, eine Grafik-IP für Smartphone-Chips. Sie basiert wie die Mali-G71 und die Mali-G72 auf der Bifrost-Architektur, die neue GPU-Technik weist aber einige signifikante Änderungen auf, um konkurrenzfähig zu sein. ARM spricht generell von einer um 50 Prozent höheren Leistung in Spielen, einer verdreifachten Geschwindigkeit bei Machine Learning und einer um 30 Prozent gestiegenen Effizienz.

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Die bisherige Mali-G71/G72 verwenden Shader-Cluster, die jeweils vier Kerne vereinen. Schon mit der Mali-G52 für Mittelklasse-Chips hat ARM die Rechenwerke pro Block verdoppelt, die gleiche Überarbeitung wurde nun auch der Mali-G76 spendiert. Weil sich die Shader pro Cluster verdoppeln, hat ARM auch die Anzahl der Textureinheiten verzweifacht, damit das ALU:Tex-Verhältnis gleich bleibt. Die Anzahl der möglichen G76-Cluster liegt bei 20 statt bei 32, was in 480 statt in 384 Rechenkernen resultiert. Die bisher breiteste G72-Implementierung, die in Samsungs Exynos 9810, ist eine MP18-Umsetzung.

Bedingt durch die Design-Änderungen gibt der britische IP-Entwickler an, dass ein G76-Block pro Takt die Leistung zweier G72-Cluster erreicht, dafür aber nur zwei Drittel der Fläche belegt. Weil die Ansteuerungslogik gleich bleibt, steigt so die Rechenleistung massiv an ohne die Chipfläche übermäßig zu vergrößern. Das ist wichtig, da Die-Size und Performance pro mm² eine sehr relevante Metrik im Mobile-Segment darstellen. Eine weitere von der Mali-G52 übernommene Verbesserung ist die Unterstützung von INT8-Operationen für Machine Learning. Die Leistung bei Inferencing soll daher um den Faktor 2,7 steigen.

Kleinere Änderungen bei der Mali-G76 sind unter anderem eine Tiefenpuffer-Optimierung, da der Depth Tile Buffer bei vielen großen Render-Targets ohne MSAA-Nutzung für Daten aus dem Color Buffer verwendet werden kann. Der Tiler nutzt nun einen Out-of-Order- statt einen In-Order-Writeback für Polygone. Das hilft, die Performance bei einem Cache Miss im TLB zu verbessern.

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Neben der Mali-G76 hat ARM noch den Mali-V76 vorgestellt, einen Videoprozessor. Der kann 8K-Inhalte bei 60 fps decodieren und 8K bei 30 fps encodieren. Alternativ unterstützt der V76 auch vier 4K60-Streams oder 16 Full-HD-Streams, was für Videowände interessant ist. Er beschleunigt H.264 sowie H.265 und VP9 jeweils mit 10 Bit, nicht aber den kommenden AV1-Codec.

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