Arm pokazuje przyszłość smartfonów! Nowe układy mocno stawiają na AI

Rynek smartfonów coraz wyraźniej zmierza w stronę urządzeń, które nie tylko wykonują polecenia użytkownika, ale również potrafią część zadań analizować i przetwarzać lokalnie. Kolejna generacja rozwiązań Arm pokazuje, że zmiana ta będzie dotyczyła nie tylko procesorów odpowiedzialnych za sztuczną inteligencję. Producent mocno przebudował również część graficzną, a nowe technologie mają znaleźć zastosowanie zarówno w codziennych zadaniach, jak i wymagających grach.

Arm CSS for Mobile 2 ma być fundamentem nowych smartfonów

Arm zaprezentował CSS for Mobile 2, czyli najnowszą referencyjną platformę obliczeniową przygotowaną z myślą o flagowych układach SoC dla urządzeń mobilnych. W jej skład wchodzą nowe rdzenie procesorów C2-Ultra i C2-Pro, flagowy układ graficzny Mali G2-Ultra NX, rozwiązania odpowiadające za komunikację pomiędzy poszczególnymi elementami oraz nowy stos oprogramowania. Firma jednocześnie mocno akcentuje znaczenie sztucznej inteligencji, choć tym razem nie ogranicza się ona do klasycznego podejścia znanego z osobnych jednostek NPU.

Na uwagę zasługuje również zmiana nazewnictwa. Wszystko wskazuje na to, że Arm odchodzi od marki Lumex, która została wprowadzona zaledwie rok wcześniej jako następca stosowanego wcześniej oznaczenia Cortex dla mobilnych rdzeni CPU. Nowa generacja przynosi więc nie tylko kolejne konstrukcje, ale również powrót do świeżego nazewnictwa. Co ciekawe, w nowej rodzinie zabrakło bezpośredniego następcy średniego rdzenia Lumex C1 Premium. C2-Pro pozycjonowany jest natomiast powyżej Lumex C1-Nano, podczas gdy C2-Ultra ma pełnić rolę najmocniejszego rdzenia przeznaczonego dla przyszłych flagowych SoC.

Przykładowa konfiguracja platformy CSS for Mobile 2 obejmuje dwa rdzenie C2-Ultra, sześć C2-Pro oraz dwie jednostki SME2. Nie oznacza to jednak, że każdy producent będzie musiał wykorzystać dokładnie taki układ, a Arm pozostawia partnerom sporą swobodę w konfiguracji platformy. Poszczególne elementy mogą być łączone z rozwiązaniami innych firm, modyfikowane albo całkowicie zastępowane własnymi konstrukcjami. Teoretycznie producent taki jak Samsung może więc wykorzystać własne GPU Radeon zamiast Mali, a Google może zdecydować się na rozwiązanie firmy Imagination Technologies.

C2-Ultra i C2-Pro mają przyspieszyć nie tylko AI

Pod względem klasycznej wydajności procesorowej Arm obiecuje umiarkowane, ale zauważalne zwiększenie możliwości. Nowa generacja ma zapewniać do 15% wyższą wydajność jednowątkową oraz 12% wyższą wydajność wielowątkową względem poprzedniej generacji. Według producenta przeglądanie stron internetowych może być dzięki temu szybsze o 15%, natomiast uruchamianie aplikacji powinno zajmować o 12% mniej czasu. Nie są to wartości, które same w sobie zwiastują rewolucję, ale mogą poprawić responsywność urządzeń w codziennym użytkowaniu.

Znacznie ciekawiej prezentuje się kwestia sztucznej inteligencji, ponieważ Arm rozbudował możliwości związane z instrukcjami SME2, a przykładowy klaster wyposażony w dwie takie jednostki ma oferować nawet 1,7-krotnie wyższą wydajność w najnowszych testowanych modelach AI. W innym porównaniu konfiguracja z dwoma C2-Ultra i dwoma jednostkami SME2 wykonywała cały przepływ pracy o 24% szybciej niż odpowiednia konfiguracja poprzedniej generacji z C1-Ultra.

Dodatkowa moc ma być wykorzystywana przede wszystkim do lokalnego przetwarzania mowy, wyszukiwania informacji, wnioskowania oraz innych operacji, w których opóźnienie ma duże znaczenie. Arm patrzy jednak na CPU szerzej i procesor ma pełnić funkcję swoistej warstwy orkiestrującej dla agentów AI, która analizuje kontekst i stan wykonywanych zadań, a następnie decyduje, czy konkretny etap powinien być zrealizowany przez lokalną aplikację, model działający bezpośrednio na urządzeniu, inny akcelerator czy usługę chmurową. Wyższa wydajność jednowątkowa ma w tym przypadku ograniczać opóźnienia poszczególnych operacji, natomiast większa moc wielowątkowa pozwalać na równoległe pobieranie danych, wnioskowanie i działanie aplikacji.

Całość uzupełnia system SI L2, którego zadaniem jest zapewnienie spójności, kontroli jakości usług oraz szybszej komunikacji pomiędzy różnymi zasobami obliczeniowymi platformy. Arm rozszerza również optymalizacje na etap fizycznej implementacji układu i umożliwia partnerom wcześniejsze sprawdzanie wydajności, powierzchni oraz poboru energii jeszcze przed zintegrowaniem poszczególnych elementów IP z finalnym SoC.

Mali G2-Ultra NX chce przenieść technologie znane z PC do smartfonów

Jeszcze ciekawiej prezentuje się Mali G2-Ultra NX, który Arm określa jako pierwszy układ graficzny Mali z natywną obsługą AI. W tym przypadku nie chodzi jednak wyłącznie o współpracę GPU z oddzielnym akceleratorem, a dedykowane akceleratory neuronowe zostały zintegrowane bezpośrednio z rdzeniami shaderów. Współdzielenie systemu pamięci, pamięci podręcznych oraz struktur sterujących z tradycyjną częścią graficzną ma ograniczyć konieczność przesyłania danych pomiędzy różnymi elementami układu.

Arm przygotował przy tym trzy technologie określane jako grafika neuronowa. Neural Super Sampling (NSS) odpowiada za rekonstrukcję obrazu w wyższej rozdzielczości na podstawie renderowania w niższej rozdzielczości. W praktyce może to oznaczać między innymi skalowanie obrazu z 540p do 1080p. Neural Frame Rate Upscaling (NFRU) generuje dodatkowe klatki pośrednie, dzięki czemu renderowanie z szybkością 30 kl./s może być przedstawione jako 60 kl./s. Z kolei Neural Super Sampling and Denoising (NSSD) łączy skalowanie obrazu z rekonstrukcją promieni i odszumianiem, co ma być szczególnie przydatne podczas renderowania wymagających scen wykorzystujących ray tracing.

Koncepcja jest więc bardzo dobrze znana użytkownikom komputerów PC. NSS przypomina rozwiązania takie jak NVIDIA DLSS, AMD FSR czy Intel XeSS, NFRU odpowiada idei Frame Generation, natomiast NSSD można porównać do technologii rekonstrukcji promieni stosowanych przez konkurencyjne firmy. Arm nie ukrywa zatem kierunku, w którym chce podążać mobilna grafika. Pytanie brzmi przede wszystkim, jak dobrze rozwiązania te sprawdzą się w rzeczywistych grach i jak szerokie będzie ich wsparcie po stronie deweloperów.

Według demonstracji Neural Dawn przygotowanej przez Arm, połączenie nowych technik pozwoliło uzyskać nawet czterokrotnie wyższą wydajność, jednocześnie ograniczając ruch danych z pamięci zewnętrznej nawet o 70% względem natywnego renderowania. Takie podejście może potencjalnie ułatwić uruchamianie na smartfonach bardziej zaawansowanych funkcji silników graficznych, w tym rozwiązań Unreal Engine. Arm wskazuje między innymi na technologie takie jak MegaLights, a także możliwość utrzymywania wysokiej liczby klatek bez konieczności konwencjonalnego renderowania każdej z nich.

To nie tylko sztuczna inteligencja. Arm poprawił również klasyczną grafikę

Na szczęście Arm nie próbuje przekonać producentów, że sama AI wystarczy do stworzenia lepszego GPU. Mali G2-Ultra NX otrzymał także przeprojektowany silnik wykonawczy, który według firmy stanowi największą zmianę w architekturze zestawu instrukcji Mali od siedmiu generacji. Jednym z efektów przebudowy jest nawet dwukrotnie większa liczba rejestrów, co powinno zapewnić bardziej złożonym shaderom większy zapas podczas wykonywania obliczeń.

W testach syntetycznych nowa generacja GPU ma być do 24% szybsza od poprzedniej, natomiast w grach niewykorzystujących sztucznej inteligencji wzrost wydajności ma sięgać 14%. To ważne rozróżnienie, ponieważ pokazuje, że największe deklarowane korzyści nie wynikają wyłącznie z klasycznej architektury GPU. Bez wykorzystania nowych funkcji AI poprawa pozostaje stosunkowo umiarkowana, a dopiero wykorzystanie neuronowego renderowania może znacząco zmienić bilans.

Mali G2-Ultra NX otrzymał również trzecią generację jednostek ray tracingowych oraz sprzętową obsługę Opacity Micromaps. Technologia ta ma ułatwiać obliczenia związane ze skomplikowaną i transparentną geometrią bez ponoszenia takich samych kosztów jak w przypadku tradycyjnego śledzenia promieni. Arm przygotował również optymalizację z myślą o Unreal Engine 5, w tym rozwiązania związane z systemami Lumen i Nanite.

Nowa platforma pozostaje więc próbą połączenia kilku kierunków rozwoju w jednym rozwiązaniu: większej wydajności CPU, lokalnego przetwarzania AI, neuronowego renderowania, generowania klatek, ray tracingu oraz klasycznych usprawnień architektury GPU. Nie wszystkie te elementy będą jednak automatycznie dostępne w każdym smartfonie. Ostateczne możliwości będą zależały od tego, jak poszczególni producenci SoC wykorzystają licencjonowane rozwiązania Arm i jaką konfigurację zdecydują się stworzyć.

Nowe rozwiązania Arm trafią do przyszłych flagowców

Pierwszych urządzeń wykorzystujących C2-Ultra, C2-Pro i Mali G2-Ultra NX można spodziewać się w kolejnych generacjach mobilnych układów SoC. Wśród zainteresowanych platformą wymieniany jest MediaTek, Samsung, Qualcomm oraz Apple. Warto jednak pamiętać, że CSS for Mobile 2 jest platformą referencyjną, a nie gotowym procesorem, który trafi w niezmienionej postaci do każdego smartfona. Producenci mogą dobierać poszczególne elementy, zmieniać ich konfigurację i łączyć je z własnymi rozwiązaniami. To właśnie dlatego rzeczywiste różnice pomiędzy przyszłymi układami mogą być znacznie większe, niż sugerowałaby sama specyfikacja Arm.

Pewnym jest jednak, że Arm coraz mocniej przesuwa środek ciężkości z samego zwiększania mocy obliczeniowej na inteligentne wykorzystanie dostępnych zasobów. Szczególnie interesująco wygląda kierunek obrany przez Mali G2-Ultra NX, ponieważ technologie kojarzone dotychczas głównie z kartami graficznymi PC zaczynają trafiać bezpośrednio do świata mobilnego. Czy przełoży się to na rzeczywistą rewolucję w grach i codziennym korzystaniu ze smartfonów? Na odpowiedź będziemy musieli poczekać do premiery pierwszych urządzeń.

vivo X Fold 6 zmierza do Europy. Ten składany flagowiec może sporo namieszać

Źródło: Arm