X86架构霸权的挑战者:高性能ARM架构

苹果在WWDC 2020发布了将在今年采用ARM架构笔记本,重量级新闻让市场为之振奋。然而,却又产生了一个疑问,ARM传统上认为应用在低能耗的CPU,而高性能应用真的可以和x86架构CPU一较高下了?

开始让ARM架构和x86架构一较高下前,不妨先评估,为什么苹果会发布ARM架构MacBook,以及设置的用户群体和应用情景?关于主要应用情景,从WWDC 2020发布会,苹果示范使用ARM架构的MacBook影音剪辑及文字处理,可合理判断这两个应用为现阶段的主要目标。

不同应用场景的个别突破

从2020款iPad Pro影音剪辑性能评估,可明确知道这两项应用里,采用A12Z的iPad Pro确实优于x86架构的MacBook Air。即使ARM架构的MacBook使用和iPad Pro一样的处理器,在影音剪辑及文字处理情景,就可和x86架构的MacBook一较高下了。

另外,当我们比较ARM跟x86 CPU的性能时,经常忽略一个现实,就是ARM的CPU大多没有额外风扇帮忙散热。这差异让苹果ARM CPU有更多操做空间。举例来说,不改变CPU设计的情况下,由于有额外风扇协助散热,可大幅提升时脉。如果将时脉从2.5GHz一举拉到3.8GHz,便带来1.5倍的理论性能。这也是英特尔从第六代CPU至今性能提升的手段之一,单纯却有效。更不用说年底上市的MacBook或许会采用全新设计的CPU而非iPad Pro的A12Z。

第一款产品?

此外,今年苹果依旧推出搭载英特尔CPU的MacBook,考虑到MacBook用户应用场景将不单单影音编辑及文字处理,综合领域应用里,不可否认英特尔CPU依然有强大优势。因此英特尔CPU还是会存在于高端笔记本,但如果把目光放到超轻薄笔记本呢?

2019年,苹果停止发售12英寸超轻薄MacBook。先前超轻薄MacBook主要应用市场,即文字处理及轻影音编辑。然而,相对嬴弱的性能及难以散热,让苹果不得不放弃超轻薄MacBook,退出1公斤以下超轻薄笔记本市场。

如今,随着ARM架构CPU成熟及苹果优良的SoC设计能力,或许第一款ARM架构MacBook便会锁定超轻薄笔记本市场。在这市场,iPad Pro采用的A12Z得以叱咤风云,满足用户影音编辑及文字处理需求,更别提下一代预计采用5纳米制程的新CPU。

ARM架构在高性能计算领域是否真那么不堪?不妨一起看看WWDC 2020当天发布的另一则重大消息吧!

ARM架构在高端市场的突破

举办WWDC 2020的同一天,除了苹果将采用ARM架构设计MacBook CPU,另一则重大消息是采用ARM CPU的超级计算机“富岳”夺得Top500第一名。“富岳”以理论性能513PetaFlops大幅超越美国Summit超级计算机的148PetaFLOPS,帮助日本于“京”计算机后再次夺得桂冠。

关于Top500组织如何衡量超级计算机的性能优劣,可参考先前的介绍及标竿设计。依据2020年6月TOP500组织的信息,可发现“富岳”确实为名副其实的世界第一超级计算机,且性能大幅领先第二名的Summit。

定制化的CPU,满足不同领域的需求

根据日本理化学研究所公布的资料,这次新计算机跟京计算机一样,采用富士通(Fujitsu)CPU,唯一不同是A64FX为Fujitsu跟ARM共同开发,为高速计算定制化的CPU。CPU参数如下表所示。

由于超级计算机的性能着重在双精度计算性能,A64FX采用ARMV8.2-A之外,还添加Scalable Vector Extensions SIMD指令集,带来2.7TFLOPS性能。值得一提的是,A64FX采用台积电7纳米制程及HBM2技术。借由制程及内存技术提升,为A64FX带来更多优势,在HPCG指标也顺利拿下第一名。

历经多年后ARM开始站上舞台,挑战长期由x86架构垄断的高速计算及笔记本市场,实在震奋人心。不妨让我们期待2年后,当苹果正式结束搭载英特尔CPU的MacBook产品线时,ARM将在计算机产业写下怎么样的故事吧!

(首图来源:Unsplash)

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