来源：本文由公众号半导体行业观察（ID：icbank）翻译自「anandtech」，作者 Andrei Frumusanu，谢谢。

在Bifrost架构的最后一次迭代中，Mali-G76对于Arm而言是一次更重要的飞跃，IP在很大程度上能够解决其前代产品的一些关键问题，从而为Exynos 9820和麒麟980芯片组带来了相对较好的结果。

不幸的是，当Arm迎头赶上并解决BiFrost的问题时，竞争对手并没有止步不前，而且还在挑战极限。高通的Adreno GPU架构多年来一直在移动领域处于领先地位，尽管Adreno 640今年没有取得令人印象深刻的改进，但它在性能、效率和密度方面仍明显领先于Arm。更令人担忧的是，苹果A12的GPU在性能和效率方面绝对是一个重大飞跃，甚至比高通最好的GPU都要好得多，更不用说Arm的Mali GPU了。

Valhall简介：一次重大的改进

今天我们要介绍Arm的全新GPU架构：Valhall（古挪威语Valhöll,即Valhalla）。新架构带来了全新的ISA和计算核心设计，试图解决Bifrost架构的主要缺点，并且看起来与我们看到的其他GPU供应商采用的设计方法非常相似。

新ISA的一部分是一种新的编码，它比我们在Bifrost中看到的更加规则。Valhall架构的一个重要新特性是，新ISA摆脱了固定的问题调度、子句和元组。在Bifrost中，Arm将指令的调度委托给编译器，将它们分组到所谓的子句中。这在实践中是有效的，尽管它在编译器上花费了大量的工作来获得最佳的结果，并试图隐藏指令和数据访问之间的延迟。

在ValHall中，调度完全由硬件完成，这本质上更类似于无序CPU的工作方式。这种新设计还意味着实际的ISA与实现的微架构更加脱节，这是一种更具前瞻性的设计选择。

新的ISA还将重点放在优化纹理指令上，这与新架构大幅增强的纹理能力有关。

其他变化包括对现有技术的增量更新和数据结构的演变，其中包括对几何流的优化和对AFBC（ARM帧缓冲压缩）的优化。

前端创建和撤消warp，并保持必要的状态。在前端内有一个动态调度程序，它决定每个warp执行哪些指令。等待dependency 的warp将替换为准备执行的warp。

I-cache在处理之间共享，是16KB（2048指令）4路组相联（4-way set associative），根据带宽每个周期能够发出4条指令。

着色器核心仍然包含执行引擎、带有缓存的加载/存储单元、属性单元、变化单元、纹理映射单元和像素后端，以及其他各种3D固定功能块。

这里最大的变化是纹理单元块，与我们在Mali-G76上发现的已经加倍的单元相比，它的吞吐量翻了一番。

Arm的性能声明非常有趣，因为Arm公布的性能是基于每mm²。基于供应商实现他们的GPU的方式，他们可以改变核心数量以及频率，实际上很难给出一个清晰的数字来描述两个独立GPU配置之间的改进。对于G77，Arm声称新IP能够提供比G76的每mm²性能提高1.2~1.4倍。就绝对值而言，G77着色器核心的大小据说与G76核心的大小相同。

这意味着这可以直接为供应商转换成更小的GPU，或只是更多的空间，以增加额外的GPU核心，从而提高性能。特别是，Arm声称G77在纹理重的游戏中表现得非常好，因此，关注器件实际的样子，以及不同工作负载的表现将是一件有趣的事情。

另一种提高性能的方法是提高GPU的时钟。这里的根本限制是智能手机的4~5W TDP限制。在ISO流程和性能方面的比较中，据说新的G77使用17%~29%的能源和功率来完成同样的工作负载。或者换言之，性能/W提高了1.2~1.39倍。Arm表示G76和G77之间的基本频率根本不会发生太大变化，内部Arm的目标仍然是850MHz。

今年我不打算尝试任何性能和效率预测，因为有太多的变量在发挥作用。我预计，明年更大的变化之一是SoC将支持LPDDR5，这可能会显着改变智能手机的功率动态。

Arm的确指出，他们预计明年使用G77的SoC性能将提高1.4倍。以三星的Exynos9820作为G76的参考，这意味着未来的G77 SoC将以更高的功率效率（假设维持功率水平不变）接近苹果的A12 GPU性能。这将使高通陷入麻烦，因为它将明显超越当前一代Adreno 640，但我们预计高通也将推出新一代GPU。

最后，Arm对最近两代Mali GPU进行了代际比较。在相同的工艺和相同的性能下，新的G77继续实现30％的同比能效改进，并且比Mali-G72节省50％的能源。

结论

在TechDay活动期间，Arm显然对新的Valhall架构和新的Mali-G77感到非常兴奋。他们非常有理由感到兴奋，因为看起来Arm似乎将展示Mali GPU IP的重大代际飞跃。

新的G77采用了一种全新的架构，从根本上改进了ARM的执行核心，旨在实现更现代的、符合台式计算机GPU的架构。这似乎是一个长期的转变，虽然G76是一个相对较好的GPU，但前代的G72和G71不是。

我期待今年晚些时候和明年年初在下一代三星Exynos和海思Kirin SoC中看到Mali-G77。从理论上讲，如果一切顺利，G77应该能够缩小与苹果和高通在性能和效率方面的差距。尤其是G77应该能够超越高通的Adreno GPU，至少是当前一代的Adreno。

我对此相当乐观，现在Arm和被授权的合作伙伴只需要正确地执行，就可以让用户享受最终成果。

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