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ARM Mali-G51

Die ARM Mali-G51 ist eine Mittelklasse-GPU für Android-basierte Einsteiger- und Mittelklasse-Smartphones, die am 31. Oktober 2016 vorgestellt wurde. Die GPU wird für 2018 erwartet und wird in zahlreichen ARM-basierten SoCs zu finden sein. Sie ist die Nachfolgerin der Mali-T830 und soll für virtuelle Realität (VR) und hohe Bildschirmauflösungen geeignet sein. Zur Zeit der Vorstellung der GPU ist noch nicht bekannt, mit wie vielen Shader-Cores sie ausgestattet werden kann und welche maximale Taktfrequenzen sie erreichen kann.

Architektur
Nach der bereits 2017 auf dem Markt erschienenen Mali-G71 ist die ARM Mali-G51 die 2. GPU, die auf der Bifrost-Grafikarchitektur basiert. Während die Mali-G71 den High-Performance-Sektor abdeckt, ist die ARM Mali-G51 auf Flächeneffizienz ausgelegt, d.h. sie soll möglichst viel Leistung auf einer gegebenen Fläche erreichen können. Mit der Bifrost-GPU-Architektur, vollzieht ARM den Wechsel von Instruction-Level-Parallelismus-GPU (ILP) zu einer modernen, skalaren Thread-Level-Parallelismus-GPU (TLP), die besser für moderne Aufgaben geeignet ist. Im ILP-Design wurden die X, Y und Z Koordinaten von 3D-Grafiken parallel berechnet, was als Single-Instruction-Multiple-Data (SIMD) Vectorization bezeichnet wird. Da Dreiergruppen in Computern unverlässlich sind, hat die SIMD-Engine 4 Slots, von denen aber jeden Zyklus nur 3 mit Multiplizierungsoperationen gefüllt werden können. Mit der Umstellung auf das TLP-Design verschwindet dieses Problem, indem die Koordinaten nicht gleichzeitig berechnet, sondern innerhalb eines Zyklus jeweils viermal in die Slots gespeist werden. Dadurch kann die Berechnung einer 3D-Grafik bereits nach 3 statt 4 Zyklen vollzogen werden. Pro Shader-Core stehen Quad-State Execution-Engines zur Verfügung. Anders als die Mali-G71 benutzt die ARM Mali-G51 ein Dual-Pixel-Design, sodass die Rechenleistung pro Shader-Core mit den 3 Execution-Engines zwar bei 24 FLOPS bleibt, die Texture-Engine und Blender-Engine jedoch einen Durchsatz von 2 Texels und 2 Pixeln pro Takt haben. Daraus ergibt sich ein Verhältnis der FLOP-zu-Pixel-Leistung von 12:1 im Vergleich zu 24:1 in der Mali-G71. Der Grund dafür ist, dass für moderne grafische Effekte eher die Shader-Leistung von Bedeutung ist, während der Pixel-Durchsatz vor allem für einfache Szenarien wie Benutzeroberflächen wichtig ist.

Funktionen
Da ARM mit der Mali-G-Serie auf eine Strategie der kontinuierlichen Entwicklung setzt, sind in der G51 Features zu finden, die in der deutlich früher auf dem Markt erschienenen Mali-G71 nicht vorhanden sind. Dazu gehören neuere Instruktionen in der Bifrost-Architektur und die überarbeitete Framebuffer-Kompression AFBC 1.2 mit optimierten Speicherverkehr und Verbesserungen bei konstanten Farbblöcken. Die GPU unterstützt die APIs Vulkan, OpenGL ES 3.2 und OpenCL 2.0.

Leistung
Im Vergleich zur Mali-T830 und unter vergleichbaren Konditionen soll die ARM Mali-G51 laut Hersteller 30% kleiner sein, eine 60% höhere Leistung pro mm² und eine 60% höhere Leistung pro Watt bieten. Die ARM Mali-G51 ist Ablösung für die Einsteiger- und Mittelklasse-GPUs Mali-T820 und Mali-T830 vorgesehen und ARMs erste Bifrost-GPU für Mainstream-Geräte. Sie soll genügend Leistung für VR-Anwendungen und Auflösung bis 4K bieten.
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Technische Daten
ModellMali-G51
Dedizierter SpeicherNein