ARM Cortex-A73: ecco il processore dei prossimi smartphone top di gamma

Il Cortex-A73 è il nuovo system-on-a-chip di ARM, destinato ad essere a bordo degli smartphone del prossimo anno. Le promesse sono ottime

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Daniele Vergara Daniele Vergara viene alla vita con un chip Intel 486 impiantato nel cervello, a mo' di coprocessore. E' più che entusiasta di tutto ciò che riguarda la tecnologia intera e i videogames, con un occhio di riguardo verso l'hardware PC e l'overclocking. D'inverno ama snowboardare, macinando km e km di piste. Lo trovate su Facebook, Twitter e Google+.

Le ultime settimane sono state molto importanti per il mercato dei SoC mobile, con diversi processori pronti ad arrivare sul mercato. Leader assoluto in questo campo è ARM, già pronta per la prossima generazione di CPU, grazie al Cortex-A73, appartenente alla famiglia Sophia e diretto successore del Cortex-A72. Effettivamente, il Cortex-A73 eredita tanto dal suo predecessore, a partire dalla filosofia architetturale per finire alle pipeline di alto livello. La società inglese si è concentrata molto sull'efficienza energetica, cosciente del fatto che sia una priorità importantissima ed imprescindibile per gli smartphone odierni. Il problema è però che le prestazioni finali sono limitate dalla stessa termica del system-on-a-chip e, soprattutto, dalla capacità del processore di tenere a bada la velocità di clock di picco senza andare in throttling. I SoC mobile devono comunque avere un TDP contenuto, per cui nessuno di loro è capace all'atto pratico di mantenere la massima frequenza per più di pochi minuti. L'obiettivo di ARM è stato anche questo, ovvero risolvere la problematica del mantenimento delle performance di picco, senza perdere però di vista dell'efficienza energetica.

Panoramica del Cortex-A73

Il Cortex-A73 continua il lavoro architetturale intrapreso dal Cortex-A17: il suo obiettivo è quello di ottimizzare le pipeline, le risorse e le interfacce, per ottenere le migliori performance con il più basso consumo di corrente possibile. ARM ha voluto ottimizzare questo processore specificatamente per i workload mobile, lavorando sugli stati noti come AArch32 e AArch64, tipici del design della casa inglese. I core di questo system-on-a-chip rimangono quattro, e ARM ha continuato ad offrire la possibilità di utilizzare solo uno dei quattro per risparmiare energia. La cache di secondo livello è configurabile dai produttori fino ad 8 MB, la stessa capacità supportata dal Cortex-A17 e dal Cortex-A72. La scelta di non aumentare la capienza della cache L2 è dettata dal fatto che, secondo le stime e i dati della società, i produttori spesso prediligono le cache da 1 oppure 2 MB, senza andare oltre. Nei SoC di ARM, poi, non esiste la cache L1, in quanto è inglobata in quella di secondo livello.
Di fianco al processore, l'azienda ha previsto uno spazio libero - o, piuttosto, una porta - chiamata Accelerated Coherency Port, che i partner possono sfruttare per ampliare le potenzialità del SoC. Spesso viene impiegata per piazzare all'interno del design dei moduli legati al networking, ma ARM punta più in alto, in quanto vede in questo spazio dei componenti legati al machine learning e alla computer vision (qualcuno ha pensato al riconoscimento facciale e allo scanning dell'iride?).
Come sappiamo, il Cortex-A73 è un processore prettamente indirizzato all'ambito consumer, per cui ARM ha pensato bene di ottimizzare le istruzioni ad esso relative. Il massimo throughput è uno degli obbiettivi da raggiungere in questo settore, tirando fuori il massimo IPC possibile. Per esempio, la cache L1 4-way per le istruzioni è stata ampliata da 32 kB a 64 kB, e ciò dovrebbe portare un incremento sostanziale nelle righe di codice processate per singolo ciclo di clock.

ARM ha piazzato nel tutto anche un branch predictor che, a sua detta, è molto accurato, per riempire le cache di dati consistenti ed evitare il più possibile i cache miss. Lato computazionale abbiamo poi due ALU e pipeline più piccole rispetto al predecessore. L'elemento che consente la riduzione di quest'ultime è la profondità della fase di fetching, pari in tal caso a quattro stadi, assieme al decoding, che adesso è capace di decodificare più istruzioni in un singolo battito di clock - il decoder Cortex-A72 riusciva a processare istruzioni multiple solo utilizzando come minimo tre cicli di clock.

L'efficienza del prossimo SoC ARM

ARM ha affermato che il Cortex-A73 consuma il 20% in meno del suo predecessore alla stessa frequenza, mentre il guadagno in termini di potenza assorbita sale al 27/28 per cento quando si paragonano i due system-on-a-chip in un ambiente realistico. L'aggiunta più importante e che impatta maggiormente sui consumi è legata ai retention states, che adesso sono pilotati da un governor hardware. Nei modelli precedenti questi stati particolari dei core erano presenti ma erano controllati da un software esterno, che i produttori - per varie motivazioni - di fatto mai implementavano. Con la gestione tramite hardware, invece, i retention states saranno un passaggio obbligato e consentiranno di tagliare un po' in termini energetici, soprattutto relativamente al dynamic power consumption.
Ricordiamo comunque che l'A73 è il 25% più piccolo del Cortex-A72, seppur questi due SoC siano basati sullo stesso processo produttivo a 16 nanometri. La riduzione dell'area dovrebbe tradursi direttamente in smartphone più sottili, senza contare che al Cortex-A73 si possono affiancare altri core senza sottrarre troppo spazio all'interno del dispositivo. ARM ha già parlato di una configurazione big.LITTLE, con due core A73 e quattro core A53, per garantire prestazioni da (quasi) top di gamma attuale con il costo di un medio gamma. Le decisioni prese dalla società inglese dovrebbero aiutare molto in questi termini, visti gli obiettivi in merito alla potenza e all'efficienza su cui ARM ha fortemente puntato.

ARM Cortex-A73 ARM conta di rilasciare questo design dotato di core Cortex-A73 entro la fine dell’anno. Dobbiamo però considerare che i produttori impiegheranno un po’ ad analizzare per bene le nuove unità di calcolo, e che il primo dispositivo con a bordo un A73 arriverà solo nel 2017. ARM ha parlato anche del futuro, affermando che il 2017 potrebbe riservarci già dei system-on-a-chip a 10 nanometri, con clock fino a 2,8 GHz, per arrivare magari a 3 GHz grazie ai transistor appartenenti al prossimo nodo produttivo.