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Mali (procesador)

Las series Mali e Immortalis de unidades de procesamiento gráfico (GPU) y procesadores multimedia son núcleos de propiedad intelectual de semiconductores producidos por Arm Hold...

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Las series Mali e Immortalis de unidades de procesamiento gráfico (GPU) y procesadores multimedia son núcleos de propiedad intelectual de semiconductores producidos por Arm Holdings para su licenciamiento en diversos diseños ASIC por parte de los socios de Arm.

Las GPU Mali fueron desarrolladas por Falanx Microsystems A/S , que era una empresa derivada de un proyecto de investigación de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología . [ 1 ] Arm Holdings adquirió Falanx Microsystems A/S el 23 de junio de 2006 y cambió el nombre de la empresa a Arm Norway . [ 2 ]

Originalmente se llamaba Malaik , pero el equipo acortó el nombre a Mali , que en serbocroata significa "pequeño" , lo cual se consideró apropiado para una GPU móvil. [ 3 ]

El 28 de junio de 2022, Arm anunció su serie de GPU Immortalis con soporte para trazado de rayos basado en hardware . [ 4 ]

procesadores gráficos

Utgard

En 2005, Falanx anunció su arquitectura de GPU Utgard, la GPU Mali-200. [ 5 ] Arm continuó con las Mali-300, Mali-400, Mali-450 y Mali-470. Utgard era una GPU no unificada (sombreadores de píxeles y vértices discretos). [ 1 ]

Midgard

1.ª generación

El 10 de noviembre de 2010, Arm anunció su arquitectura de GPU Midgard de primera generación, que incluía la GPU Mali-T604 y posteriormente la Mali-T658 en 2011. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] Midgard utiliza un sistema de teselado jerárquico. [ 1 ]

2ª generación

El 6 de agosto de 2012, Arm anunció su arquitectura de GPU Midgard de segunda generación, que incluye la GPU Mali-T678. [ 13 ] Midgard de segunda generación introdujo Forward Pixel Kill. [ 1 ] [ 14 ]

tercera generación

El 29 de octubre de 2013, Arm anunció su arquitectura de GPU Midgard de tercera generación, que incluye la GPU Mali-T760. [ 15 ] [ 1 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

cuarta generación

El 27 de octubre de 2014, Arm anunció su arquitectura de GPU Midgard de cuarta generación, que incluye las Mali-T860, Mali-T830 y Mali-T820. Su GPU insignia, la Mali-T880, se anunció el 3 de febrero de 2015. Las nuevas características microarquitectónicas incluyen: [ 19 ]

  • Hasta 16 núcleos para la Mali-T880, con caché L2 de 256 KB a 2 MB.

Bifrost

1.ª generación

El 27 de mayo de 2016, Arm anunció su arquitectura de GPU Bifrost, que incluye la GPU Mali-G71. Las nuevas características microarquitectónicas incluyen: [ 20 ] [ 21 ]

  • Shaders unificados con vectorización cuádruple
  • ISA escalar
  • Ejecución de cláusulas
  • Coherencia de caché completa
  • Hasta 32 núcleos para la Mali-G71, con caché L2 de 128 KB a 2 MB.
  • Arm afirma que el Mali-G71 tiene un 40% más de densidad de rendimiento y un 20% mejor eficiencia energética que el Mali-T880.

2ª generación

El 29 de mayo de 2017, Arm anunció su arquitectura de GPU Bifrost de segunda generación, que incluye la GPU Mali-G72. Las nuevas características microarquitectónicas incluyen: [ 22 ] [ 23 ]

  • Optimizaciones aritméticas y aumento de la caché
  • Hasta 32 núcleos para la Mali-G72, con caché L2 de 128 KB a 2 MB.
  • Arm afirma que el Mali-G72 tiene un 20% más de densidad de rendimiento y un 25% mejor eficiencia energética que el Mali-G71.

tercera generación

El 31 de mayo de 2018, Arm anunció su arquitectura de GPU Bifrost de tercera generación, que incluye la GPU Mali-G76. Las nuevas características microarquitectónicas incluyen: [ 24 ] [ 25 ]

  • 8 carriles de ejecución por motor (en lugar de 4). Rendimiento de píxeles y texeles duplicado.
  • Hasta 20 núcleos para la Mali-G76, con caché L2 de 512 KB a 4 MB.
  • Arm afirma que el Mali-G76 tiene un 30% más de densidad de rendimiento y un 30% mejor eficiencia energética que el Mali-G72.

Valhall

1.ª generación

El 27 de mayo de 2019, Arm anunció su arquitectura de GPU Valhall, que incluye la GPU Mali-G77, y en octubre las GPU Mali-G57. Las nuevas características microarquitectónicas incluyen: [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]

  • Nuevo motor superescalar
  • Conjunto de instrucciones escalar simplificado
  • Nueva programación dinámica
  • Hasta 16 núcleos para la Mali-G77, con caché L2 de 512 KB a 2 MB.
  • Arm afirma que el Mali-G77 tiene un 30% más de densidad de rendimiento y un 30% mejor eficiencia energética que el Mali-G76.

2ª generación

El 26 de mayo de 2020, Arm anunció su arquitectura de GPU Valhall de segunda generación, que incluye la Mali-G78. Las nuevas características microarquitectónicas incluyen: [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]

  • dominios de reloj asíncronos
  • Nuevas unidades FMA y mayor rendimiento de Tiler
  • Hasta 24 núcleos para la Mali-G78, con caché L2 de 512 KB a 2 MB.
  • Compresión del amortiguador del bastidor del brazo (AFBC)
  • Arm afirma que el Mali-G78 tiene un 15% más de densidad de rendimiento y un 10% mejor eficiencia energética que el Mali-G77.

tercera generación

El 25 de mayo de 2021, Arm anunció su arquitectura de GPU Valhall de tercera generación (como parte de TCS21), que incluye las GPU Mali-G710, Mali-G510 y Mali-G310. Las nuevas características microarquitectónicas incluyen: [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]

  • Núcleos de sombreado más grandes (el doble que en Valhall de segunda generación).
  • El nuevo frontend de GPU, Command Stream Frontend (CSF), reemplaza al Job Manager.
  • Hasta 16 núcleos para la Mali-G710, con caché L2 de 512 KB a 2 MB.
  • Arm afirma que el Mali-G710 tiene un 20% más de densidad de rendimiento y un 20% mejor eficiencia energética que el Mali-G78.

cuarta generación

El 28 de junio de 2022, Arm anunció su arquitectura de GPU Valhall de cuarta generación (como parte de TCS22), que incluye las GPU Immortalis-G715, Mali-G715 y Mali-G615. Las nuevas características microarquitectónicas incluyen: [ 4 ] [ 35 ]

  • Compatibilidad con trazado de rayos (basado en hardware)
  • Sombreado de tasa variable [ 36 ]
  • Nuevo motor de ejecución, con el doble de bloques FMA, soporte para instrucciones de multiplicación de matrices y mejoras en PPA.
  • Compresión de tasa fija del brazo (AFRC)
  • Arm afirma que el Immortalis-G715 tiene un 15% más de rendimiento y un 15% mejor eficiencia energética que el Mali-G710 [ 37 ].

quinta generación

El 29 de mayo de 2023, Arm anunció su arquitectura de GPU Arm de quinta generación (como parte de TCS23), que incluye las GPU Immortalis-G720, Mali-G720 y Mali-G620. [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] Las nuevas características microarquitectónicas incluyen: [ 41 ]

  • Pipeline de sombreado de vértices diferido (DVS)
  • Arm afirma que el Immortalis-G720 tiene un 15% más de rendimiento y utiliza hasta un 40% menos de ancho de banda de memoria que el Immortalis-G715.

Detalles técnicos

Al igual que otros núcleos IP integrados para la aceleración de renderizado 3D , la GPU Mali no incluye controladores de pantalla que gestionen los monitores, a diferencia de las tarjetas gráficas de escritorio comunes . En cambio, el núcleo ARM Mali es un motor 3D puro que renderiza los gráficos en la memoria y transfiere la imagen renderizada a otro núcleo para su visualización.

Sin embargo, ARM licencia los núcleos SIP del controlador de pantalla independientemente del bloque SIP del acelerador Mali 3D, por ejemplo, Mali DP500, DP550 y DP650. [ 42 ]

ARM también proporciona herramientas para ayudar en la creación de sombreadores OpenGL ES , denominadas Mali GPU Shader Development Studio y Mali GPU User Interface Engine .

Los controladores de pantalla, como el controlador de pantalla ARM HDLCD, están disponibles por separado. [ 43 ]

Variantes

El núcleo de Mali surgió de los núcleos producidos previamente por Falanx y actualmente constituye: [ 44 ]

Algunas microarquitecturas (¿o solo algunos chips?) admiten coherencia de caché para la caché L2 con la CPU. [ 63 ] [ 64 ]

La compresión de textura escalable adaptativa (ASTC) es compatible con Mali-T620, T720/T760, T820/T830/T860/T880 [ 65 ] y la serie Mali-G.

Implementaciones

Las variantes de GPU Mali se pueden encontrar en los siguientes sistemas en chip (SoC):

procesadores de vídeo

Mali Video es el nombre que recibe el ASIC de codificación y decodificación de vídeo de ARM Holdings . Existen varias versiones que implementan diversos códecs de vídeo , como HEVC , VP9 , ​​H.264 y VP8 . Al igual que todos los productos de ARM, el procesador de vídeo Mali es un núcleo de propiedad intelectual de semiconductores licenciado a terceros para su integración en sus chips. La capacidad de codificación y decodificación en tiempo real es fundamental para la videotelefonía . También incorpora una interfaz con la tecnología TrustZone de ARM para la gestión de derechos digitales de material protegido por derechos de autor .

Mali-V500

La primera versión de un procesador de video Mali fue el V500, lanzado en 2013 con la GPU Mali-T622. [ 119 ] El V500 es un diseño multinúcleo, con 1 a 8 núcleos, con soporte para H.264 y una ruta de video protegida mediante ARM TrustZone . La versión de 8 núcleos es suficiente para la decodificación de video 4K a 120 fotogramas por segundo (fps). El V500 puede codificar VP8 y H.264, y decodificar H.264, H.263, MPEG4, MPEG2, VC-1/WMV, Real, VP8.

Mali-V550

Lanzado con la GPU Mali-T800, los procesadores de video ARM V550 agregaron soporte para codificación y decodificación HEVC, profundidad de color de 10 bits y tecnologías para reducir aún más el consumo de energía. [ 120 ] El V550 también incluyó mejoras tecnológicas para manejar mejor la latencia y ahorrar ancho de banda. [ 121 ] Nuevamente construido en torno a la idea de un número escalable de núcleos (1–8) el V550 podía admitir desde 1080p60 (1 núcleo) hasta 4K120 (8 núcleos). El V550 admitía codificación HEVC Main, H.264, VP8, JPEG y decodificación HEVC Main 10, HEVC Main, H.264, H.263, MPEG4, MPEG2, VC-1/WMV, Real, VP8, JPEG.

Mali-V61

El procesador de vídeo Mali V61 (anteriormente llamado Egil) se lanzó con la GPU Mali Bifrost en 2016. [ 122 ] [ 123 ] El V61 se diseñó para mejorar la codificación de vídeo, en particular HEVC y VP9, ​​y para permitir la codificación de uno o varios flujos simultáneamente. [ 124 ] El diseño continúa con el diseño de número variable de núcleos de 1 a 8, con un solo núcleo que admite 1080p60 mientras que 8 núcleos pueden manejar 4Kp120. Puede decodificar y codificar VP9 de 10 bits, VP9 de 8 bits, HEVC Main 10, HEVC Main, H.264, VP8, JPEG y decodificar solo MPEG4, MPEG2, VC-1/WMV, Real, H.263. [ 125 ]

Mali-V52

El procesador de vídeo Mali V52 se lanzó junto con las GPU Mali G52 y G31 en marzo de 2018. [ 126 ] El procesador está diseñado para admitir vídeo 4K (incluido HDR) en dispositivos convencionales. [ 127 ]

La plataforma es escalable de 1 a 4 núcleos y duplica el rendimiento de decodificación en relación con V61. También añade capacidades de codificación (Nivel 5.0) y decodificación (Nivel 5.1) High 10 H.264, así como capacidad de decodificación AVS Parte 2 (Jizhun) y Parte 16 (AVS+, Guangdian) para YUV420. [ 128 ]

Mali-V76

El procesador de vídeo Mali V76 se lanzó junto con la GPU Mali G76 y la CPU Cortex-A76 en 2018. [ 129 ] El V76 fue diseñado para mejorar el rendimiento de codificación y decodificación de vídeo. El diseño continúa con el diseño de número variable de núcleos de 2 a 8, con 8 núcleos capaces de decodificar 8Kp60 y codificar 8Kp30. Afirma mejorar la calidad de codificación HEVC en un 25 % en comparación con Mali-V61 en su lanzamiento. No es compatible con el códec AV1 .

Mali-V77

El procesador de vídeo Mali V77 se lanzó junto con la GPU Mali G77 y la CPU Cortex-A77 en 2019.

Comparación

procesadores de pantalla

Mali-D71

El Mali-D71 añadió el codificador Arm Framebuffer Compression (AFBC) 1.2, compatibilidad con ARM CoreLink MMU-600 y Assertive Display 5. Assertive Display 5 es compatible con HDR10 y log-gamma híbrido (HLG) .

Mali-D77

La Mali-D77 añadió funciones como la deformación temporal asíncrona (ATW) , la corrección de la distorsión de la lente (LDC) y la corrección de la aberración cromática (CAC) . La Mali-D77 también es capaz de grabar en 3K (2880x1440) a 120  Hz y en 4K a 90  Hz. [ 134 ]

procesadores de señales de imagen

Mali-C71

El 25 de abril de 2017 se anunció el Mali-C71, el primer procesador de señal de imagen (ISP) de ARM. [ 146 ] [ 147 ] [ 148 ]

Mali-C52 y Mali-C32

El 3 de enero de 2019 se anunciaron los chips Mali-C52 y C32, destinados a dispositivos cotidianos como drones, asistentes domésticos inteligentes, sistemas de seguridad y cámaras IP. [ 149 ]

Mali-C71AE

El 29 de septiembre de 2020 se presentó el procesador de señal de imagen Mali-C71AE, junto con la CPU Cortex-A78AE y la GPU Mali-G78AE. [ 150 ] Admite hasta 4 cámaras en tiempo real o hasta 16 cámaras virtuales con una resolución máxima de 4096 x 4096 cada una. [ 151 ]

Mali-C55

El 8 de junio de 2022 se presentó el Mali-C55 ISP como sucesor del C52. [ 152 ] [ 153 ] Es el procesador de señal de imagen más pequeño y configurable de Arm, y admite hasta 8 cámaras con una resolución máxima de 48 megapíxeles cada una. Arm afirma que ofrece una mejor asignación de tonos y reducción de ruido espacial en comparación con el C52. Se pueden combinar varios C55 ISP para admitir resoluciones superiores a 48 megapíxeles.

Comparación

Los controladores FOSS Lima, Panfrost y Panthor

El 21 de enero de 2012, Phoronix informó que Luc Verhaegen estaba liderando un intento de ingeniería inversa dirigido a la serie de GPU Mali, específicamente las versiones Mali 200 y Mali 400. El proyecto se conocía como Lima y apuntaba al soporte para OpenGL ES 2.0. [ 155 ] El proyecto de ingeniería inversa se presentó en FOSDEM , el 4 de febrero de 2012, [ 156 ] [ 157 ] seguido de la apertura de un sitio web [ 158 ] que demostraba algunos renders. El 2 de febrero de 2013, Verhaegen demostró Quake III Arena en modo timedemo, ejecutándose sobre el controlador Lima. [ 159 ] En mayo de 2018, un desarrollador de Lima publicó el controlador del kernel para su inclusión en el kernel de Linux. [ 160 ] En mayo de 2019, el controlador del kernel Lima pasó a formar parte del kernel principal de Linux, [ 161 ] y su contraparte en el espacio de usuario Mesa se fusionó al mismo tiempo. Actualmente admite OpenGL ES 1.1, 2.0 y partes de Desktop OpenGL 2.1, y la emulación de reserva en Mesa proporciona soporte completo para entornos de escritorio gráficos. [ 162 ]

Panfrost es una pila de controladores de código abierto para GPU Mali (e Immortalis), que cubre Txxx (Midgard) y generaciones más recientes. Se presentó una charla introductoria sobre Panfrost en la Conferencia de Desarrolladores de X.Org 2018. [ 163 ] A partir de mayo de 2019, el controlador del kernel Panfrost forma parte del kernel principal de Linux. [ 164 ] El lado del espacio de usuario consta del controlador Panfrost de Mesa que proporciona OpenGL ES y OpenGL ; así como el controlador de espacio de usuario PanVK que proporciona Vulkan . [ 165 ]

Collabora desarrolló el controlador de kernel Panthor para las GPU Valhall de tercera generación y posteriores. [ 166 ] Los controladores de espacio de usuario Panfrost y PanVK en Mesa utilizan el controlador de kernel Panthor en estas GPU. Posteriormente, Collabora anunció el controlador de kernel Tyr, un esfuerzo conjunto entre Collabora, Arm y Google , escrito en Rust y diseñado para eventualmente reemplazar al controlador de kernel Panthor. [ 167 ]

Véase también

  • Adreno : GPU desarrollada por Qualcomm (anteriormente AMD, luego Freescale).
  • Familia de SoC Atom : con núcleo gráfico Intel, sin licencia para terceros.
  • APU móviles de AMD : con núcleo gráfico de AMD, sin licencia para terceros.
  • PowerVR – de Imagination Technologies
  • Tegra : familia de SoC de Nvidia con el núcleo gráfico disponible como un bloque SIP para terceros.
  • VideoCore : familia de SoC de Broadcom con el núcleo gráfico disponible como un bloque SIP para terceros.
  • Vivante – disponible como bloque SIP para terceros
  • Imageon : antigua GPU móvil de AMD
  • RDNA – de AMD, con licencia de Samsung para su uso como GPU en SoC Exynos bajo el nombre Xclipse

Referencias

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  • V500
  • V550
  • conductor de Lima
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