Разговоры о мобильном искусственном интеллекте долгое время фокусировались вокруг нейронных процессоров (NPU) и специализированных ускорителей (TPU). Однако компания Arm предлагает альтернативный подход: переложить часть задач по обработке ИИ на основной центральный процессор. Новая архитектура C2-Ultra станет основой для флагманских чипсетов 2027 года, включая будущие решения Samsung Exynos, MediaTek Dimensity и, возможно, следующее поколение процессоров Google Tensor G7.
Особенности архитектуры Arm C2-Ultra
Процессор C2-Ultra позиционируется как преемник прошлогоднего C1-Ultra. Согласно официальным данным, новая архитектура обеспечивает прирост пиковой производительности до 15%. При этом 8% из этого показателя достигаются за счет увеличения тактовой частоты до 4,45 ГГц, а оставшиеся 7% — благодаря архитектурным улучшениям. Важным достижением стал переход на 2-нм техпроцесс: C2-Ultra способен достичь уровня производительности предшественника, потребляя при этом на 38% меньше энергии.
Интересно, что ширина конвейера в C2-Ultra осталась прежней, как и у модели C1-Ultra. Вместо расширения цикла обработки инструкций разработчики увеличили окно исполнения на 30%, что позволяет одновременно удерживать в работе около 2600 инструкций против 2000 ранее. Улучшенные механизмы спекулятивного исполнения и более быстрое восстановление после ошибок позволяют системе точнее анализировать зависимости в коде, сокращая время простоя в ожидании данных и уменьшая энергопотребление за счет оптимизации перемещения информации между кэшами. Объем кэш-памяти второго уровня (L2) теперь может достигать 3 МБ.
В отличие от флагманского ядра, модели C2-Premium, C2-Pro и C2-Nano не получили радикальных изменений. Они сохранили архитектуру своих предшественников серии C1, адаптированную под производственные нормы 2-нм техпроцесса для повышения эффективности и снижения энергопотребления.
Ускорение ИИ-вычислений на уровне CPU
Основной акцент в обновлении сделан на интеграцию технологий для искусственного интеллекта. Arm заявляет о возможности повышения производительности в ИИ-моделях до 1,7 раза за счет работы с математическими вычислениями низкой точности и использования табличных инструкций (LUTi), которые снижают нагрузку на пропускную способность памяти.
Ключевым инструментом стали два модуля Scalable Matrix Extensions (SME2) в общем кластере процессора. Поскольку инструкции SME2 являются частью стандартного конвейера CPU, разработчикам программного обеспечения не требуется совершать дополнительные действия для их поддержки — достаточно корректной компиляции кода. Параллельная работа двух таких модулей и повышение их частоты до 3 ГГц (против 2 ГГц в прошлом поколении) обеспечивают ощутимый прирост в скорости обработки специфических задач:
- задержка в функции преобразования речи в текст (speech-to-text) сократилась на 40%;
- скорость поиска при извлечении из памяти выросла на 41%;
- время генерации первого токена при работе с нейросетями уменьшилось на 25%.
Конфигурации процессоров в будущих смартфонах
Конечный облик процессоров будет зависеть от партнеров Arm, которые самостоятельно формируют структуру ядер. Согласно презентации, архитектура позволяет создавать конфигурации от 2x C2-Pro / 4x C2-Nano для бюджетного сегмента до систем с 2x C2-Ultra и 6x C2-Pro для флагманов. Ожидается, что в топовых чипах будущего года один или два ядра C2-Ultra будут отвечать за пиковую производительность, а дополнительные ядра C2-Premium и C2-Pro — за фоновые задачи и многозадачность.
Предполагается, что уже в этом году мы увидим конфигурации с 10–12 вычислительными ядрами в составе новых однокристальных систем, одной из которых станет MediaTek Dimensity 9600. Появление первых коммерческих устройств на базе данной архитектуры ожидается в начале 2027 года.
Технологический контекст и стратегия Arm
Переход Arm к акценту на специализированные сценарии использования вместо бесконечной «гонки вооружений» за тактовой частотой и шириной конвейера — весьма любопытный, если не сказать рискованный шаг. Компания признает, что нет никакой гарантии, что рынок перестанет требовать максимальной пиковой производительности, особенно в условиях, когда сценарии использования мобильных устройств и ПК все больше пересекаются. Тем не менее, для тех задач, которые остаются актуальными, смещение вектора развития может принести значительные плоды.
Важно понимать, что C2-Ultra — это не просто «еще один процессор», а инструмент, который требует от разработчиков чипов готовности жертвовать площадью кристалла ради увеличения объема памяти. Возможность установки до 3 МБ кэша L2 — это прямое следствие стратегии Arm по борьбе с «голоданием» данных в современных вычислительных конвейерах.
Детали работы с ИИ и SME2
Хотя наличие двух модулей Scalable Matrix Extensions (SME2) является важным обновлением для C2-Ultra, стоит отметить, что это не является «жестким правилом» для архитектуры в целом. Например, существующий чип Xiaomi XRING O3 уже использует два модуля SME2, базируясь при этом на архитектуре прошлого поколения C1. Это подчеркивает гибкость, которую Arm оставляет за своими партнерами при проектировании систем на кристалле.
Важным аспектом является то, что удвоение количества SME2 не означает прямое двукратное увеличение пропускной способности. Это не «бесплатный завтрак»: эффективность достигается за счет параллельного выполнения задач там, где ИИ-нагрузку можно разделить на части. Однако в совокупности с повышением тактовой частоты блоков SME2 до 3 ГГц (против 2 ГГц у предшественников) это позволяет существенно разгрузить центральный процессор при выполнении специфических математических операций, критичных для современных LLM и инструментов генеративного ИИ.
Вариативность конфигураций от партнеров
Особое внимание стоит уделить разнообразию, которое заложено в референсные дизайны Arm. Помимо флагманских конфигураций, компания предлагает варианты для среднего и бюджетного сегментов, где ставка делается на комбинацию ядер C2-Pro и C2-Nano с пиковыми частотами для Pro-версий на уровне 3,6 ГГц.
Это создает почву для появления целого спектра устройств: от производительных флагманов с парой мощных C2-Ultra для «тяжелых» ИИ-задач и мультимедиа, до энергоэффективных смартфонов, способных поддерживать базовые функции искусственного интеллекта на уровне железа благодаря интегрированным SME2, даже в чипах, не претендующих на звание самых дорогих. Ожидание 10–12-ядерных конфигураций в чипсетах вроде MediaTek Dimensity 9600 подтверждает, что индустрия готова к дальнейшему усложнению топологии кристаллов ради поддержания баланса между многопоточностью, энергоэффективностью и нативной поддержкой ИИ-алгоритмов.
