So flexibel wie noch nie Künstliche Intelligenz für neue ARM-Prozessoren

ARM hat eine neue Prozessoren-Generation aufgelegt und diese im Vorfeld an die Chiphersteller in Fernost gegeben, so dass man spätestens 2018 mit marktreifen Produkten rechnen darf. Dabei wurden sowohl die Cores des Topmodells A75, der im mittleren Leistungssegment liegende A55 und die Grafikeinheit Mali-G72 angekündigt. Neben den zu erwartenden Leistungssteigerungen wurden diesmal auch tiefer greifende Veränderungen in der Systemarchitektur durchgeführt. So werden zukünftig freier konfigurierbare Prozessormodule möglich, die von den Herstellern noch besser auf die individuellen Aufgaben zugeschnitten werden können. Neu ist auch die erstmals eingesetzte DynamIQ-Technologie sowie die erweiterten Befehlssätze, die insbesondere bei Anwendungen im Bereich des mobile VR, AR, AI und den Maschinen-Lernprozessen große Leistungszuwächse bringen.

ARM bringt eine neue Prozessor Generation auf den Markt

ARM ist der große Unbekannte

Prozessoren von INTEL oder vielleicht auch von AMD (Advanced Micro Devices) kennen viele, aber eine ARM CPU dürfte nur den wenigsten bekannt sein - obwohl diese in unzähligen elektronischen Geräten im Alltag verbaut sind. Genau genommen ist man von ihnen täglich umgeben. Oftmals sind drei, vier oder mehr ARM-Geräte auf einen INTEL/AMD Prozessor im Haushalt zu finden. Im Speziellen sind diese in fast jedem Smartphone oder Tablet sowie in Geräten in den Anwendungsbereichen von IoT, Smart Homs, Wearables, AI, Automotive und vielen weiteren verbaut. Die Tatsache, dass das ursprünglich englische und mittlerweile zum japanischen Softbank-Konzern gehörende Unternehmen ARM, keinen besonders hohen Bekanntheitsgrad besitzt, liegt wohl daran, dass ARM nur die Prozessor-Architektur entwirft und diese an Unternehmen lizensiert, aber keine eigene Chipfabriken für die Fertigung besitzt. Dennoch befindet sich in fast jedem Nicht-PC ein auf ARM-Architekur basierender RISC-Prozessor (Reduced Instruction Set Computing = ein reduziertes Chipdesign gegenüber von PC-Prozessoren für den Fall, dass stromsparende und günstige Prozessoren benötigt werden).

  

Drei neue ARM Chipdesigns – A75, A55 und Mali-G72

In der Chipbranche gibt es traditionell zwei Entwicklungsstufen. Zuerst die behutsame Weiterentwicklung und Leistungssteigerung innerhalb einer Prozessor-Architektur und als Folgemaßnahme den entscheidenden, revolutionären Entwicklungsschritt, wenn vorausgegangene Designs und Techniken grundlegend verändert werden.

In die neue Prozessoren-Range von ARM sind sowohl evolutionäre als auch revolutionäre Entwicklungen eingeflossen. Infolgedessen wurden alle drei Prozessoren in ihrer Leistungsfähigkeit gesteigert und dabei trotzdem stromsparender als die jeweiligen Vorgänger gestaltet. Die neuen A75 Cores ( Core = einzelnen Prozessoreinheit – heutzutage besitzt jeder Prozessor in der Regel mindestens zwei davon) sind das Topmodell von ARM und bieten eine Leistungsteigerung von 22% gegenüber dem Vorgänger A73. Der in der midrange platzierte A55 wurde besonders auf ein maximales Leistung-Effizienz-Verhältnis getrimmt und stellt in diesem Segment, mit einer Leistungssteigerung bis zu 30% gegenüber seinem Vorgänger A53, auch den Benchmark in dieser Kategorie dar. Auch der für Grafikaufgaben zuständige Mali-G72 erzielt einen Leistungszuwachs von 25% gegenüber dem G71.

Diese Leistungszuwächse sind aber nicht alleine auf ein optimiertes Chipdesgin zurückzuführen, denn auch revolutionäre Neuerungen trugen dazu entscheidend bei. Als eine dieser großen Veränderungen ist die bei A75 und A55 erstmalig verwendete Architektur der DynamIQ CPU zu erwähnen, sowie die Integration von speziellen Befehlssätzen zur Steigerung der AI Performance und Maschinen-Lernprozessen, sowie für AR (Argument Reality) und VR (Virtual Reality) Anwendungen.

Das verbirgt sich hinter der neuen DynamIQ CPU-Technologie von ARM

Wie bereits erwähnt sind aktuelle Prozessoren aus mehreren Kernen aufgebaut. Entweder sind diese alle gleicher Ausprägung um die Gesamtperformance zu steigern, so wie es im Personalcomputern zu finden ist, oder es werden Kerne unterschiedlicher Leistungsklasse in einem solchen Prozessormodule zusammengebracht. ARM benennt dies big.LITTLE-Technologie, wo leistungsstarke Cores mit stromsparende und effizienten Cores kombiniert werden. Damit können für unterschiedliche Aufgabenstellungen auch die entsprechend dafür ausgelegten Cores angesprochen werden, um damit insgesamt ein effizientes System zu bekommen. Bislang war von ARM die Anzahl der jeweiligen Cores innerhalb eines Moduls fest vorgegeben. Neu an der DynamIQ CPU-Technologie ist neben einer verbessserten Speicheranbindung, nun auch die Möglichkeit für Hersteller, die Anzahl (bis zu maximal 8 Cores) der einzelnen Core-Typen individuell zu wählen. Dadurch wird eine unheimlich hohe Flexibilität gewonnen, die es Herstellern nun ermöglicht aus 3.000 Konfigurationsmöglichkeiten zu wählen. Das Zuschneiden zu angepassten Lösungen ist jetzt viel leichter möglich als je zuvor.

Verarbeitung mobiler VR, AR, AI und Maschinen-Lernprozesse in den Cores

Immer mehr mobile Anwendungen fordern Rechenleistung in den Bereichen VR, AR und AI. Durch solche rechenlastigen Aufgaben sind gerade mobile Geräte oftmals überfordert und können diese entweder nicht verarbeiten oder müssen diese an Cloud-basierten Serverfarmen ausgelagern. ARM hat nun ihr Chipdesign darauf hin ausgerichtet, dass solche Anwendungen zukünftig auch auf dem Gerät selbst verarbeitet werden können.

Maschinenlernprozesse finden speziell in dem Grafikprozessor statt. Hier erzielt die Mali-G72 GPU eine um 17 % gesteigerte Leistung  als der Vorgänger G71.

ARM Cores

John Ronco, CEO von ARM, erwartet eine 50-fache Steigerung von AI Performance in den nächsten 3-5 Jahren durch bessere Prozessoren-Architekturen und Softwareoptimierungen. Da will ARM natürlich gut aufgestellt sein und kräftig mitmischen bei dieser Entwicklung. So befeuert ARM mit ihren neudesignten Prozessoren nicht nur die trendigen Themen im mobilen Bereich sondern visieren mit dem A75 auch den Markt von Geräten mit größeren Display an. Wird nämlich dieser Core mit einer Leistung 2W versorgt, so bietet dieser einen zusätzlichen Leistungsschub von 30%, womit man in die Laptop-Geräteklasse (Intel Domäne) vorstößt.

ARM hat dieses neue Design bereits 2016 an die Hersteller weitergegeben, so das man Anfang 2018 mit den ersten Produkten am Markt rechnen kann. Unseren Erfahrunrgen nach wäre es auch nicht überraschend schon Ende 2017 erste Geräte am Markt zu finden. Dieses als „China-Speed“ bezeichnete Phänomen beschreibt die unglaublich kurze Entwicklungsdauer von manchen Produkten durch die chinesischen Hersteller, die immer häufiger zu beobachten ist.

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Michael Artmann

Ausbildung in Kommunikationselektronik und Informationstechnik. Mehrere Jahre bei einem internationalen PC-Hersteller tätig – Lieblingsaufgabe: Prototypen-Tests für den Europäischen Markt. Schwerpunkte: Video/3D/Netzwerke. Nachgelegt: Studium Energiemanagement. Sieht die Welten von IT und Energiewirtschaft zusammenwachsen. Heute business developer bei einem Energiekonzern und unersetzliche Unterstützung der homeandsmart.de-Redaktion.