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ARM Mali-G71

Die ARM Mali-G71 ist eine mobile Grafikeinheit für ARM-basierte Systeme, die am 30. Mai 2016 zusammen mit dem Cortex-A73 vorgestellt wurde. Die ARM Mali-G71 bietet eine sehr variable Plattform, die mit 1-32 Shader-Cores ausgestattet werden kann. Die GPU hat eine maximale Taktfrequenz von 850 MHz und kann mit der 16 nm, 14 nm oder 10 nm FinFET-Prozesstechnologie hergestellt werden. Die GPU führt eine neue Mikroarchitekturgeneration ein, die speziell für Gaming und mobile VR ausgelegt ist.

Architektur
Die ARM Mali-G71 basiert auf der völlig neuen Bifrost-Mikroarchitektur, die, wie die vorigen Utgard- und Midgard-Architekturen, nach der nordischen Mythologie benannt ist. Wie Midgard benutzt sie Unified Shader Cores, kann aber mit doppelt so vielen Shader-Cores wie die vorige GPU-Generation ausgestattet werden. Die GPU wurde unter dem Codenamen „Mimir“ entwickelt und führt ein neues vereinfachtes Benennungsschema nach dem Prinzip „Mali-Gxx“ ein, um den Sprung in die nächste Generation zu markieren. Eine der größten Verbesserungen der neuen Architektur ist Quad-Vectorization, die die Zyklenanzahl verringert, die benötigt wird, um Vector-Operationen auszuführen. 3D-Grafiken werden mit X, Y und Z Koordinaten berechnet, die mit Addition, Multiplikation usw. verändert werden. Midgard hat dafür eine Single-Instruction-Multiple-Data-Engine (SIMD) benutzt, bei der alle 3 Nummern gleichzeitig multipliziert werden, anstatt jede Nummer in einem einzelnen Zyklus zu berechnen. Die SIMD-Engine aus Midgard kann jedoch 4 Multiplizierungsoperationen in einem Zyklus ausführen, da Dreiergruppen in Computern nicht einwandfrei funktionieren. Da aber X, Y und Z gleichzeitig berechnet werden, bleibt einer der Slots der SIMD-Engine leer. Quad-Vectorization löst dieses Problem, indem die 3 Nummern nicht gleichzeitig berechnet werden, sondern jede Nummer pro Zyklus viermal multipliziert wird. So können 4 Multiplikationen in 3 Taktzyklen vorgenommen werden, statt wie bei Midgard in 4 Zyklen. Diese Verfahrensweise wird durch den Quad-Manager gesteuert, der neben den Execution-Engines sitzt. Jeder Shader-Core verfügt über 3 dieser Engines. Volle GPU-Kohärenz ist durch bis zu 4 AMBA4 ACE-Interfaces gegeben, womit die GPU erstmals keine Slave-Komponente der CPU ist. Die GPU kann auf dieselben Cache-Daten wie die CPU zugreifen, damit wird die Häufigkeit der Zugriffe auf den Hauptspeicher reduziert. Der L2 Cache ist 256-2048 KB groß und ist ein einziger logischer Cache, statt mehrere separate Caches wie bei Midgard. Mit dem optionalen CoreLink CCI-550 teilen sich CPU und GPU zudem denselben Speicher und müssen daher nicht mehr Daten zwischen den Puffern beider Komponenten kopieren. Dieser Shared-Virtual-Memory basiert auf der neuen OpenCL 2.0 API. Die GPU unterstützt eine 120 Hz Refresh-Rate und 4K-Bildschirmauflösung, was wichtig für VR ist.

Funktionen
Die ARM Mali-G71 unterstützt die APIs Vulkan 1.0, OpenGL ES 3.2, OpenVG 1.1, OpenCL FL 2.0, Direct3D 12.0 FL 11_1, Android-Expansion-Pack und Android Renderscript. Sie verfügt über die aus Midgard bekannten Bandbreiten-Reduzierungstechnologien AFBC, Smart Composition, ASTC, Transaction Elimination und ist zusätzlich mit dem neuen Index-Driven Position-Shading zur zusätzlichen Reduzierung der Bandbreite pro Frame ausgestattet. Die GPU unterstützt 4-faches Multisample-Anti-Aliasing (MSAA).

Leistung
ARM hat die Bifrost-Architektur mit dem Ziel entwickelt, VR-Gaming auf mobile Geräte zu bringen. Nicht nur wurde die Performance-Dichte um 40% erhöht, d.h. mehr Leistung pro Quadratmillimeter Silizium, sondern auch die Energieeffizienz wurde um 20% im Vergleich mit Midgard verbessert (unter Verwendung der gleichen Prozesstechnologie und Ausstattung). Im Vergleich mit der ohnehin leistungsstarken Mali-T880 geht ARM daher von einer insgesamt50% höheren Leistung aus. Damit ist die ARM Mali-G71 eine der stärksten mobilen GPUs aus dem Jahr 2016.
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Technische Daten
ModellMali-G71
DirectX-Version12
Chip-Takt850 MHz
SpeichertypLPDDR4
Pixelfüllrate27200 Mpixel/s
Fertigungsprozess16 nm