Tudo o que você precisa saber sobre o Cortex-A73 e a Mali-G71 da ARM

Fabricantes produzirem seus próprios chips se tornou algo bastante comum nos modelos mais avançados, uma forma de diferenciar seus produtos dentro de uma multidão de smartphones que não são tão diferentes uns dos outros. Porém, com exceção dos modelos Intel, que recentemente deixaram de ser fabricados, algo que chegamos a explorar em uma matéria bastante completa dividida em 3 partes, todos eles usam basicamente a mesma arquitetura, em geral usando designs projetados pela a ARM, isso em todas as plataformas.

Enquanto alguns criam seus chips praticamente do zero, caso dos SoCs da Apple e da Qualcomm (os que usam núcleos próprios, como Scorpion, Krait e Kryo), outros alteram algumas poucas características internas (caso do Mongoose presente no Exynos da Samsung). Na grande maioria dos casos, entretanto, fabricantes usam implementações literais dos designs projetados pela ARM e alguma GPU também literal (caso da GPUs da Imagination Technologies – linha Power VR; ou da própria ARM – linha Mali). Como exemplo, temos os modelos da MediaTek e as linhas mais básicas da Samsung e da própria Qualcomm, que usa núcleos ARM e GPUs proprietárias Adreno.

Considerando isso, novas arquiteturas da ARM são sempre bem recebidas, já que novos designs causam um efeito dominó, de forma que chips mais potentes e eficientes aparecerão nos próximos meses. Já chegamos a explorar as primeiras gerações dos Cortex, quando ainda eram exclusivamente 32 bits, assim como os modelos que marcaram (e ainda marcam) presença atualmente – grande parte deles com suporte a instruções de 64 bits, com exceção do Cortex-A17. Agora a ARM anunciou não somente um core novo, mas também uma nova GPU, e vamos conhecer os detalhes de ambos logo abaixo.

Cortex-A73

Vale começar com uma constatação logo de início: ao estudarmos as características do Cortex-A73, vimos que não se trata de uma arquitetura interna completamente nova, mas sim uma melhoria importante em relação ao Cortex-A72. Na prática, ele tem uma eficiência energética 30% maior do que o Cortex-A72 e consegue alcançar frequências mais altas, chegando a impressionantes 2,8 GHz se construídos em um processo de 10 nanômetros, um avanço, digamos, incremental.

Não chega a ser um núcleo novo, mas sim um novo núcleo.

Isso não chega a ser de todo ruim. A AMD usa essa estratégia há anos com sua linha FX, usando basicamente a mesma arquitetura desde 2011, a partir do FX-8150, melhorando a arquitetura interna através de otimizações e processos de produção mais modernos, tanto diminuindo a litografia quanto incorporando novos recursos. Porém, continua sendo a mesma arquitetura, isso tanto para a linha FX quanto para as APUs. Neste último caso há um ganho adicional de incorporar GPUs mais modernas, além de chipsets com mais recursos, caso da sétima geração, que passa a suportar memória do tipo DDR4.

Voltando ao Cortex-A73. Os ganhos de uma maior eficiência energética são bem vindos, é claro, mas provavelmente os fabricantes usarão a sua frequência máxima de operação, maximizando a performance e não tanto a autonomia. Não chega a ser de todo ruim, já que ele foi projetado para a arquitetura big.LITTLE com núcleos mais econômicos, como o Cortex-A53 ou o Cortex-A35 – este o mais econômico com suporte a instruções de 64 bits. Ou mesmo ambos, já que arquiteturas tri-cluster, como a presente no Helio X20 e provavelmente também no Helio X30, já tornaram isso bastante comum.

Uma versão significativamente melhorada, o que é excelente, ainda mais considerando que o Cortex-A72 era o núcleo mais poderoso da ARM.

De qualquer forma, trata-se basicamente da mesma arquitetura do Cortex-A72 com algumas melhorias aqui e ali, sem grandes novidades em relação à CPU. É um caso diferente da GPU.

Mali-G71

A ARM categoriza as suas GPUs com um código numérico de 3 dígitos. O primeiro deles se refere à geração (T6xx, T7xx, T8xx) e os outros dois ao foco dela. Se o número é pequeno, trata-se de um modelo focado em economia de energia, caso da Mali-T720 (presente no Lenovo Vibe A7010 e do LG K10), com frequências de operação menor, assim como capacidade de suportar núcleos em paralelo. Já os modelos de alto desempenho terminam em números maiores e suportam mais clusters em paralelo, caso da Mali-T880, que tem uma frequência de operação alta e suporta até 16 clusters, presente na versão Exynos do Galaxy S7 (no caso, com 12 clusters).

O suporte é de até 32 clusters, o que dificilmente será implementado em smartphones, já que consumiria uma quantidade massiva de energia e geraria calor demais. Isso mesmo considerando a melhor eficiência energética da GPU.

Da mesma forma que o Cortex-A73 é uma versão melhorada do Cortex-A72, todas as versões Mali série "T", não importando se o foco é de economia de energia ou alto desempenho, possuem uma arquitetura bastante parecida. Quando a geração aumenta, trata-se de uma melhoria interna. Já a divisão é feita com a quantidade de núcleos, transistores e frequência de operação (os dois dígitos finais), não se tratando de uma arquitetura nova. Esse é o principal motivo da importância da Mali-G71, que é, de fato, uma arquitetura nova, de codinome "Bifrost". Fazendo um paralelo com as GPUs de desktop, é como se a Nvidia mudasse da Kepler para a Maxwell, ou da Maxwell para a Pascal.

Na prática, isso se traduz em 40% mais desempenho, 20% mais economia de energia e 20% mais banda de memória (comparada à Mali-T880), o que certamente se beneficiará da popularização das memórias do tipo LPDDR4, presente nos principais "tops de linha" do mercado. Essas características vão de encontro à proposta da Mali-G71, que foi projetada para gráficos de última geração, conteúdo em 4K (que provavelmente se tornarão comuns em tops de linha de 2017) e para realidade virtual (VR), que certamente ditará os rumos dos fabricantes nos próximos anos.

Smartphones já estão muito próximos do "max-out", com chips capazes de rodar praticamente qualquer coisa sem problemas. Próximo passo: Realidade Virtual (VR)

Em relação às APIs, ela já está preparada para o que há de mais moderno em gráficos 3D: OpenGL ES 3.2, (Khronos) 3.1/2.0/1.1, Vulkan 1.0 e OpenCL 1.1/1.2/2.0 (Full Profile) além de, adicionalmente, Android Extension Pack (AEP), Android RenderScript e o DirectX 12 da Microsoft. Assim como a série "T", a Mali-&71 é projetada para suportar diversos núcleos, o que ajuda os fabricantes a calcular a demanda necessária para diferentes níveis de smartphones. Por exemplo, o Helio X20 e o Exynos 8890 trazem a mesma GPU, mas com 4 núcleos no primeiro caso e 12 no segundo, o que resulta em diferenças drásticas em apps reais.

Conclusão

Como dissemos, é sempre bom ver a ARM criando novos designs, já que impacta diretamente em todos os chips projetados por diversas empresas. A novidade é mais pela GPU do que pela CPU, mas isso não diminui o enorme impacto que isso causa em praticamente qualquer segmento de chips. Aliás, uma nova GPU da ARM era mais do que muito aguardada, já que a PowerVR ainda tem uma pequena participação de mercado, e poucos são as empresas que projetam suas próprias GPUs, caso da Qualcomm, o que acaba resultando em pouca diferenciação nos principais chips.

Em relação à nova "CPU", ela beneficia mais os chips intermediários e sub-premium do que o segmento top de linha, que se tornou bastante comum fabricantes desenharem seus próprios núcleos. Mas mesmo fabricantes que tem seus próprios núcleos usam núcleos ARM em seus modelos mais básicos, já que núcleos personalizados são consideravelmente mais caros de produzir. Isso significa que os principais beneficiados serão os usuários de modelos "sub-top de linha", que possuem um volume de vendas muito maior do que os tops de linha.

Fontes: ARM Cortex-A73, ARM Mali-G71