Cortex-A73 Artemis: ARMs neuer High-End-CPU-Kern für 2017

ARM hat auf dem Tech Day 2016 einen neuen CPU-Kern namens Cortex-A73 vorgestellt. Der Nachfolger des Cortex-A72 wurde unter dem Codenamen Artemis entwickelt, was die Bezeichnung für die griechische Göttin der Jagd und die mit Pfeil und Bogen bewaffnete Zwillingsschwester des Apollon ist. In der römischen Mythologie wird Artemis als Diana geführt.

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Cortex-A73 alias Artemis (Bild: ARM)

Wie ein erster Testchip zeigte, ist der Cortex-A73 vor allem für kommende Systems-on-a-Chip gedacht, die in einem 10-nm-Verfahren (10FF) produziert werden. Abseits des neuen Fertigungsprozesses hat ARM auch an der Micro-Architektur der einzelnen Funktionseinheiten im eigentlichen Kern, den internen L1-Caches und am L2-Puffer pro Cluster gearbeitet.

Grundlegend soll ein mit 10-nm-Technik produzierter Cortex-A73 eine Fläche von weniger als 0,65 qmm aufweisen. Er wäre damit der kleine Kern der A-Serie, die für Smartphones und Tablets gedacht ist. ARM nennt eine um 30 Prozent höhere Geschwindigkeit und eine um 30 Prozent geringere Leistungsaufnahme verglichen mit einem im 16-nm-Verfahren gefertigten Cortex-A72.

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Cortex-A73 alias Artemis (Bild: ARM)

Ein Anliegen ist dem Hersteller weniger Throttling bei längeren Lasten (sustained performance), wie es bei einigen A72-basierten SoCs häufig auftritt: Bei einem Wattbudget von 750 mW pro Kern soll ein in 10FF produzierter Cortex-A73 seine 2,8 GHz länger halten als ein in 16FF hergestellter Cortex-A72 seine 2,5 GHz. ARM spricht von einem Faktor von 1,3.

Bei der laut ARM auf Effizienz ausgelegten Architektur hat der britische Entwickler unter anderem den L1-Instruktionen-Cache von 48 auf 64 KByte vergrößert, der L1-Daten-Cache fasst 64 statt 32 KByte und die Fetch-Stufe samt Sprungvorhersagen arbeitet smarter. Der aggressive Decoder ist wie beim A17 doppelt statt wie beim A72 dreifach ausgelegt, was beim Erzeugen von Micro-Ops Einiges an Energie spart. Dafür kann der Scheduler pro Takt sechs statt fünf dieser gepackten Befehle durchschleusen.

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Cortex-A73 alias Artemis (Bild: ARM)

Hinzu kommen Optimierungen an den Neon-Gleitkomma-Einheiten, etwa kürzere Latenzen für mehr Durchsatz. Die Adressgenerierungs- und die Load/Store-Einheiten arbeiten flotter sowie flexibler. Der L2-Cache wurde auf parallele Datenstreams hin angepasst, was die Leistung eines CPU-Clusters mit mehreren Cortex-A73-Kernen verbessern soll. Zudem kann die zweite Pufferstufe bis zu acht MByte fassen, jedoch inklusive des L1.

Bei gleicher Fertigung und gleichem Takt spricht ARM von einer 5 bis 15 Prozent höheren Geschwindigkeit, die ein Cortex-A73 verglichen mit einem Cortex-A72 liefert. Bei Float- und Integer-Berechnungen sowie L2-Cache-Kopiervorgängen soll der neue Kern über 20 Prozent an Energie sparen.

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Cortex-A73 alias Artemis (Bild: ARM)

Das lässt Spielraum für SoC-Bestandteile, die Grafikeinheit kann beispielsweise mehr TDP-Budget für sich beanspruchen. Da ein Cortex-A73 in 10FF laut ARM rund 46 Prozent weniger Die-Fläche belegt als ein Cortex-A72 in 16FF (jeweils bei maximaler L1-Größe), bleibt auch mehr Platz für eine größere GPU. Bei gleichem Prozess spart der A73 rund 25 Prozent Die-Size.

Wie gehabt können mehrere Cortex-A73 zusammen mit mehreren Cortex-A53 als Big-Little-Gespann verwendet werden. Ein Cluster aus 2x A73 + 4x A53 soll bei nahezu identischer Chipfläche etwa 30 Prozent mehr Multithread- und 90 Prozent Singlethread-Leistung erreichen. Erste Systems-on-a-Chip mit dem neuen Artemis-CPU-Kern erwartet ARM für 2017.