高通最强Arm芯片，细节曝光

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来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自chipsandcheese，谢谢。

2023 年 10 月，高通发布了其最新的笔记本电脑 SOC 系列，称为 Snapdragon X Elite (SDXE)。从那时起，这款芯片就引起了人们的广泛关注，因为它使用了高通于 2021 年初收购的 Nuvia 团队的定制 ARM 内核。

这使得该芯片在 ARM SOC 领域（Apple 之外）成为相当独特的产品，因为大多数公司选择从 ARM 自己购买现成的核心 IP。随着 SDXE 笔记本电脑在 Computex 上发布的预期，人们对该芯片感到非常兴奋，但有关内核本身的信息却很少。

幸运的是，不久前上传了一个 LLVM 补丁，讨论了 Snapdragon X Elite 中 Oryon 核心的一些结构布局，所以让我们深入了解一下。

Pipeline说明

从分支错误预测惩罚（Branch Mispredict penalty）开始，Oryon 核心的错误预测惩罚为 13 个周期。Zen 4 的平均损失也是 13 个周期，但这取决于 Zen 4 从 Op Cache 中获取数据的频率。

按照AMD Zen4 微架构软件优化指南所说，分支错误预测惩罚的范围为 11 到 18 个周期，具体取决于错误预测分支的类型以及指令是否从 Op Cache 馈送。常见情况的惩罚是 13 个周期。

继续讨论 L1 数据缓存，遗憾的是该补丁中没有说明 L1D 的大小，但确实说明了 L1D 的加载使用延迟为 4 个周期。这对于主频在 4.2GHz 左右的现代核心来说相当标准，并且使 L1D 的绝对延迟在一纳秒以下。这一绝对延迟与 Apple 的 Firestorm 核心相当，但 Firestorm 具有约 3.2GHz 的 3 周期 L1D。

宽度、管道和调度程序

Oryon 每个周期最多可以发出 14 个操作，其中整数侧有 6 个管道，矢量侧有 4 个管道，内存侧有 4 个管道。

整数方面：从整数侧开始，共有 6 个管道和 6 个 ALU。

与其他高性能核心相比，Oryon 的整数吞吐量与 Firestorm 最相似。一个区别是 Oryon 上每个周期 4 个吞吐量的比较，而 Firestorm 上每个周期 3 个吞吐量的比较。

Oryon 的 120 个条目整数调度程序与其 x86 同类调度程序相比相当大。Zen 4 的整数调度器中共有 96 个条目，但是这 96 个条目还必须处理所有内存操作。Golden Cove 的统一数学调度程序中有 97 个条目，但顾名思义，该调度程序必须处理整数和向量运算。

与其他 ARM 内核相比，Oryon 处于较大范围，Cortex X2 的整数调度器有 96 个条目，而 Neoverse V1 的整数调度器有 124 个条目。然而，Apple 的 Firestorm 和 M3 P-Core 在各自的整数调度程序中总共有 156 和 160 个条目，比 Oryon 的调度程序大约 30-33%。

现在，将我们的目光转向核心的 Vector 一侧，与 Firestorm 和 M3 P-Core 的相似之处变得更加明显。

Oryon 和 Firestorm 的矢量指令吞吐量和延迟几乎相同；唯一的区别是 Oryon 对于 SIMD INT MUL 有 2 个周期延迟，而对于 Firestorm 则有 3 个周期。

Oryon、Firestorm 和 M3 P-Core 共有的另一件事是缺乏 SVE 或 SVE2。这意味着这 3 个核心可以执行的唯一 SIMD 操作是 NEON 操作。与 Zen 4 或 Server Golden Cove 支持的 AVX512 操作相比，NEON 是一组更加有限的操作。

现在转向调度程序布局，Oryon 再次与 Firestorm 和 M3 P-Core 相似。

Oryon 的矢量调度程序非常大，有 192 个组合条目，即使与 x86 对应程序相比也是如此。Zen 4的向量调度器和非调度队列加起来只有128个条目。转向 ARM 领域，Cortex X2 的组合向量调度程序和非调度队列只有 75 个条目。

转到 Apple 方面，这里的情况与整数方面相反：Oryon 具有更大的向量调度程序，每个调度程序有 48 个条目。Firestorm 和 M3 P-Core 也有 4 个大小相等的向量调度程序，但 Firestorm 每个调度程序只有 36 个条目，而 M3 P-Core 每个调度程序有 41 个条目。

转到 CPU 的最后一个主要部分——存储方面，我们将首先从调度程序布局开始。

LLVM 补丁表示内存调度程序有 4 个端口，并且存储管道与加载管道共享端口。

LSU 有 4 个端口 p6 ~ p9(ls0 ~ ls3), p10/p11(std0, std1) 必须与 ls0~ls3 配合使用

Qualcomm Oryon 调度程序 LLVM 补丁线 44

这表明 Oryon 有 4 个管道，所有管道都可以处理加载操作，但其中只有 2 个管道可以同时处理存储操作。稍后在 LLVM 补丁中强化了这一点，这意味着存储指令可以填充内存调度程序中的所有 64 个条目。

存储 STA/STD 管道组合的说明

def ORYONST : ProcResGroup<[ORYONST0, ORYONST1]> {

让缓冲区大小= 64；

Qualcomm Oryon Scheduler LLVM 补丁行 167-169

现在转向内存吞吐量和延迟，Oryon 每个周期总共可以执行 4 次加载，无论它们是标量加载还是矢量加载。这比该系列中的任何其他 CPU 都要多。与其他 ARM 内核相比，Oryon 可以处理多 33% 的负载带宽。与 x86 相比，Oryon 的负载带宽与 Zen 4 相同，但负载带宽仅为 Golden Cove 的 2/3。

过渡到存储方面，Oryon 具有与其他 ARM 内核以及 Zen 4 相同的存储带宽，但同样只有 Golden Cove 的一半。就总带宽而言，Oryon 可能与其他 ARM 内核具有相同的带宽，但仅为 Zen 4 和 Golden Cove 总带宽的 66%。

根据这个LLVM补丁，与Firestorm有很多相似之处。考虑到 Nuvia 团队的很多成员都参与了 Firestorm 的工作，这并不令人意外。但这并不是说 Oryon 是 Firestorm 的复制品，LLVM 补丁强调了两个内核之间的一些关键差异。我们期待在使用 Snapdragon X Elite 的笔记本电脑上架时看到 Oryon，因为除了苹果和现在的高通之外，目前只有华为正在尝试为客户端设备制造高性能定制 ARM 内核。

参考链接

https://chipsandcheese.com/2024/05/15/qualcomms-oryon-llvm-patches/

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