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Mali (processor)

The Mali and Immortalis series of graphics processing units (GPUs) and multimedia processors are semiconductor intellectual property cores produced by Arm Holdings for licensing...

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The Mali and Immortalis series of graphics processing units (GPUs) and multimedia processors are semiconductor intellectual property cores produced by Arm Holdings for licensing in various ASIC designs by Arm partners.

Mali GPUs were developed by Falanx Microsystems A/S, which was a spin-off of a research project from the Norwegian University of Science and Technology.[1]Arm Holdings acquired Falanx Microsystems A/S on June 23, 2006 and renamed the company to Arm Norway.[2]

It was originally named Malaik, but the team shortened the name to Mali, Serbo-Croatianfor "small", which was thought to be fitting for a mobile GPU.[3]

On June 28, 2022, Arm announced their Immortalis series of GPUs with hardware-based ray tracing support.[4]

Graphics processors

Utgard

In 2005, Falanx announced their Utgard GPU Architecture, the Mali-200 GPU.[5] Arm followed up with the Mali-300, Mali-400, Mali-450, and Mali-470. Utgard was a non-unified GPU (discrete pixel and vertex shaders).[1]

Midgard

1st generation

On November 10, 2010, Arm announced their Midgard 1st gen GPU Architecture, including the Mali-T604 and later the Mali-T658 GPU in 2011.[9][10][11][12] Midgard uses a Hierarchical Tiling system.[1]

2nd generation

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

On May 26, 2020, Arm announced their Valhall 2nd Gen GPU Architecture, including the Mali-G78. New microarchitectural features include:[29][30][31]

  • Asynchronous clock domains
  • New FMA units and increase Tiler throughput
  • Up to 24 cores for the Mali-G78, with 512KB – 2MB L2 cache
  • Arm Frame Buffer Compression (AFBC)
  • Arm claims the Mali-G78 has 15% more performance density and 10% better energy efficiency than the Mali-G77

3rd generation

On May 25, 2021, Arm announced their Valhall 3rd Gen GPU Architecture (as part of TCS21), including the Mali-G710, Mali-G510, and Mali-G310 GPUs. New microarchitectural features include:[32][33][34]

  • Larger shader cores (2x compared to Valhall 2nd Gen)
  • New GPU frontend, Command Stream Frontend (CSF) replaces the Job Manager
  • Up to 16 cores for the Mali-G710, with 512KB – 2MB L2 cache
  • Arm claims the Mali-G710 has 20% more performance density and 20% better energy efficiency than the Mali-G78

4th generation

On June 28, 2022, Arm announced their Valhall 4th Gen GPU Architecture (as part of TCS22), including the Immortalis-G715, Mali-G715, and Mali-G615 GPUs. New microarchitectural features include:[4][35]

  • Ray Tracing support (hardware-based)
  • Variable Rate Shading[36]
  • New Execution Engine, with doubled the FMA block, Matrix Multiply instruction support, and PPA improvements
  • Arm Fixed Rate Compression (AFRC)
  • Arm claims the Immortalis-G715 has 15% more performance & 15% better energy efficiency than the Mali-G710[37]

5th generation

On May 29, 2023, Arm announced their 5th Gen Arm GPU Architecture (as part of TCS23), including the Immortalis-G720, Mali-G720 and Mali-G620 GPUs.[38][39][40] New microarchitectural features include:[41]

  • Deferred vertex shading (DVS) pipeline
  • Arm claims the Immortalis-G720 has 15% more performance and uses up to 40% less memory bandwidth than the Immortalis-G715

Technical details

Like other embedded IP cores for 3D rendering acceleration, the Mali GPU does not include display controllers driving monitors, in contrast to common desktop video cards. Instead, the Mali ARM core is a pure 3D engine that renders graphics into memory and passes the rendered image over to another core to handle display.

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

The first version of a Mali Video processor was the V500, released in 2013 with the Mali-T622 GPU.[119] The V500 is a multicore design, sporting 1–8 cores, with support for H.264 and a protected video path using ARM TrustZone. The 8 core version is sufficient for 4K video decode at 120 frames per second (fps). The V500 can encode VP8 and H.264, and decode H.264, H.263, MPEG4, MPEG2, VC-1/WMV, Real, VP8.

Mali-V550

Released with the Mali-T800 GPU, ARM V550 video processors added both encode and decode HEVC support, 10-bit color depth, and technologies to further reduced power consumption.[120] The V550 also included technology improvements to better handle latency and save bandwidth.[121] Again built around the idea of a scalable number of cores (1–8) the V550 could support between 1080p60 (1 core) to 4K120 (8 cores). The V550 supported HEVC Main, H.264, VP8, JPEG encode, and HEVC Main 10, HEVC Main, H.264, H.263, MPEG4, MPEG2, VC-1/WMV, Real, VP8, JPEG decode.

Mali-V61

The Mali V61 video processor (formerly named Egil) was released with the Mali Bifrost GPU in 2016.[122][123] V61 has been designed to improve video encoding, in particular HEVC and VP9, and to allow for encoding either a single or multiple streams simultaneously.[124] The design continues the 1–8 variable core number design, with a single core supporting 1080p60 while 8 cores can drive 4Kp120. It can decode and encode VP9 10-bit, VP9 8-bit, HEVC Main 10, HEVC Main, H.264, VP8, JPEG and decode only MPEG4, MPEG2, VC-1/WMV, Real, H.263.[125]

Mali-V52

The Mali V52 video processor was released with the Mali G52 and G31 GPUs in March 2018.[126] The processor is intended to support 4K (including HDR) video on mainstream devices.[127]

The platform is scalable from 1 to 4 cores and doubles the decode performance relative to V61. It also adds High 10 H.264 encode (Level 5.0) and decode (Level 5.1) capabilities, as well as AVS Part 2 (Jizhun) and Part 16 (AVS+, Guangdian) decode capability for 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