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2025年Arm最新處理器架構(gòu)介紹——全新C1系列

2025-10-17

2025年9月，Arm發(fā)布了其最新的處理器架構(gòu)。今年，Arm拋棄了原有的X系列和A系列命名規(guī)則，采用了新的的命名規(guī)則，叫C1系列，包括了C1-Ultra、C1-Premium、C1-Pro、C1-Nano等產(chǎn)品。名稱上感覺更像手機(jī)的命名系列，并且微架構(gòu)新全新升級(jí)到了Armv9.3-A。此外，今年的GPU的新架構(gòu)叫做GPU Mali G1。除了微架構(gòu)的名稱變化，Arm還為每個(gè)目標(biāo)市場(chǎng)都創(chuàng)建了完整的品牌名稱：Neoverse 用于服務(wù)器Zena 用于汽車Lumex 用于移動(dòng)設(shè)備Niva 用于個(gè)人電腦Orbis 用于物聯(lián)網(wǎng)值得一提是有一個(gè)新的PC品牌Niva，推測(cè)對(duì)Windows有更好的支持。除了Qualcomm's Snapdragon X 系列處理器，我們有望看到更多的Arm處理器運(yùn)行Windows系統(tǒng)。今年用于手機(jī)處理器的C1系列和G1系列則屬于Lumex套件，全稱叫做Arm Lumex CSS Platform。那么Lumex里面都包含什么？根據(jù)Arm的資料，Lunux包含CPU、GPU、System等IP設(shè)計(jì)，還包含了3nm等工藝節(jié)點(diǎn)的物理實(shí)現(xiàn)，以及一些生態(tài)的支持，例如Pre-silicon的平臺(tái)指導(dǎo)、安卓16支持、SME2的應(yīng)用等等，可以幫助芯片廠商更快的完成芯片設(shè)計(jì)。Arm期望通過CSS套件將這些IP以套裝打包起來售賣以提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，提升整體性價(jià)比，提升對(duì)客戶的吸引力，從而提升Arm的銷售額。打個(gè)比方，這就類似麥當(dāng)勞更喜歡賣套餐，而不是單賣漢堡。我們用一個(gè)表格，直觀的展示這5年來Arm微架構(gòu)演進(jìn)迭代的情況。上面這張圖包含了今年新C1架構(gòu)的核心參數(shù)指標(biāo)參數(shù)的變化，后面我們會(huì)看具體的變化。首先看一下C-Ultra相比上一代X925的性能提升。C1-Ultra的IPC性能，從Arm給出的數(shù)據(jù)看，比上一代的X925要提升12左右，前期有預(yù)測(cè)過C1-Ultra可能會(huì)采用12路decoder設(shè)計(jì)，現(xiàn)在看來應(yīng)該沒有用12路這么激進(jìn)，不然性能應(yīng)該能有20以上的提升。圖中下面2024年的安卓旗艦競(jìng)品，應(yīng)該是指用了X4核心的處理器8Gen3處理器。在前端設(shè)計(jì)上，C1-Ultra和上一代X925的核心參數(shù)decoder寬度，ALU數(shù)量，F(xiàn)PU數(shù)量等基本相同。C1-Ultra主要優(yōu)化是提升分支預(yù)測(cè)性能，增加記錄預(yù)測(cè)歷史的空間，從而提升分支預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)性能和功耗都有幫助。此外，一個(gè)明顯的變化是，L1指令緩存的帶寬提升了33，以實(shí)現(xiàn)更快的指令獲取速度。在后端設(shè)計(jì)上，C1-Ultra的L1數(shù)據(jù)緩存容量從64KB提升到128KB，這個(gè)大小要超出高通Oryon的96KB，可惜L1指令緩存還是大小還是64KB，不如Oryon的192KB。這也是多年來Arm第一次在旗艦核心上增加L1緩存的容量。性能和功耗指標(biāo)上，C1-Ultra比X925，峰值性能提升了25，同性能下功耗則降低了28，在工藝沒有變化，都是3nm的情況下，性能的提升主要通過優(yōu)化微架構(gòu)和提升頻率。至于功耗，需要注意C1-Ultra的極限功耗是增加的，但是得益于微架構(gòu)的優(yōu)化和緩存的提升，原來X925極限性能的高能效區(qū)間在這一代同性能頻率可以跑的更低。在C1-Ultra的使用上，建議多使用這段高能效的區(qū)間，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的能效使用。下面用一個(gè)表格總結(jié)了Arm旗艦核心在過去六年里的發(fā)展變化：在這幾年中，變化最大的演進(jìn)是2023年的Cortex-X4，其decoder寬度從6路提升到10路，ALU也從6個(gè)增加到8個(gè)，性能提升明顯，典型處理器代表是MTK的天璣9300和高通的驍龍8Gen3處理器。再來看一下C1-Premium，面積比C1-Ultra減少35，主要是減少了矢量單元和L2緩存，并優(yōu)化了物理實(shí)現(xiàn)。如果說是減少了FPU，推測(cè)其性能和X4的差不多。今年的天璣9500信息提到了一顆Travis和三顆Alto，應(yīng)該是一顆超大C1-Ultra加三顆C-Premium來實(shí)現(xiàn)。C1-Pro是高性能大核心，相比上一代游戲性能提升了16，正統(tǒng)A725的繼承者。A725的能效相當(dāng)不錯(cuò)，也期待C1-Pro在今年處理器的表現(xiàn)，天璣9500剩余的4顆Gales，應(yīng)該是C1-Pro。 C1-Nano是功耗核心，A520的下一代，功耗降低26，性能稍弱，應(yīng)該還是三路decoder的非亂序執(zhí)行，在高端處理器中已經(jīng)見不到身影，主要用于中低端處理器，可以做小芯片面積。C1-Pro在前端設(shè)計(jì)上重點(diǎn)優(yōu)化了分支預(yù)測(cè)的吞吐率和準(zhǔn)確性，L1指令的TLB容量提升了50，并且降低了分支預(yù)期的功耗。C1-Pro在后端上提升了數(shù)據(jù)L1緩存的帶寬，優(yōu)化L2的TLB延遲，新增了間接預(yù)期器，提升預(yù)取的性能和減少L3到SLC和內(nèi)存的數(shù)據(jù)擁塞。性能功耗上，C1-Pro相比A725，峰值功耗差異不大的情況下，性能提升了11，相同性能下功耗則降低了26。A725已經(jīng)是一顆能效優(yōu)秀的大核心處理器，從這個(gè)數(shù)據(jù)看非常期待C1-Pro的市場(chǎng)表現(xiàn)。下面我們來看一下C1-Nano核心，這也是一顆Armv9.3-A架構(gòu)的處理器。Arm宣稱C1-Nano相比A520提升了26的效能，并有效減少L3到內(nèi)存的擁塞。性能上，在不到2的核心面積增加下（小核心很在意核心面積），性能可以提升5.5。還通過解耦預(yù)測(cè)和取指流水線，提升了指令預(yù)取的性能。DSU是連接多個(gè)處理器核心的關(guān)鍵模塊，這一代的新DSU命名為C1-DSU。這一代的C1-DSU，Arm宣稱功耗可以節(jié)省11，Quick Nap內(nèi)存（L3支持的功能）功耗可以降低7。新一代的C1-DSU相比DS120，調(diào)整了CPU連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供優(yōu)秀的AI能力支持，支持新的SME2擴(kuò)展指令集，并且在不影響性能的情況下降低了功耗和面積。C1-DSU還更新了L3的Quick Nap支持。Quick Nap是系統(tǒng)在進(jìn)入低功耗狀態(tài)前，L3緩存會(huì)標(biāo)記高頻率訪問的數(shù)據(jù)（如進(jìn)程上下文），在喚醒時(shí)通過硬件級(jí)數(shù)據(jù)預(yù)取功能（如SME2），直接從L3恢復(fù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，降低系統(tǒng)延遲。C1-DSU通過把L3緩存進(jìn)行切片，只需喚醒需要數(shù)據(jù)所在的區(qū)片，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)延遲和功耗。下面是一個(gè)L3 Quick Nap和傳統(tǒng)深度休眠的數(shù)據(jù)對(duì)比：和上一代一樣，C1-DSU最多可以支持14個(gè)處理器核心的組合，并且可以實(shí)現(xiàn)不同C1處理器的組合，除了最初級(jí)的2核心配置，其余都可以支持SME2。2025年新Arm架構(gòu)的一個(gè)特征就是采用了新的Armv9.3-A指令集，并且支持SME2擴(kuò)展指令集，我們來看一下SME2的特點(diǎn)。SME（Scalable Matrix Extension，可擴(kuò)展矩陣擴(kuò)展）是Armv9架構(gòu)引入的指令集，雖然SME指令集在2021年就提出了，但是Arm的Cortex-X系列處理器從X925才開始支持第一代的SME指令集，蘋果公司的M4處理器和今年的A19處理器也支持第一代的SME指令集，最新的高通的8 Elite 2處理器也可以支持SME指令集。今年的Arm C1系列則全面升級(jí)到了SME2指令集。SME2是第二代SME指令集，Arm宣稱其專為加速AI/ML工作負(fù)載設(shè)計(jì)，通過矩陣運(yùn)算優(yōu)化提升能效比。相比SME，SME2引入了多矢量指令和動(dòng)態(tài)去量化等技術(shù)，可以顯著提升矩陣運(yùn)算效率。SME2采用可變長度寄存器架構(gòu)（128-2048位），支持流式SVE模式和高吞吐量矩陣數(shù)據(jù)處理。在性能表現(xiàn)上，Arm宣稱SME2對(duì)性能上有顯著幫助，例如在AI任務(wù)中，SME2可使CPU集群的AI性能提升5倍，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了3倍的能效提升。由于AI類計(jì)算需要調(diào)用非常多的矩陣計(jì)算，因此SME2在AI類應(yīng)用中尤為有效。在開發(fā)上，SME2對(duì)開發(fā)者也會(huì)非常友好，Arm宣稱，很多應(yīng)用程序開發(fā)都集成了Arm的開發(fā)套件KleidAI來輔助執(zhí)行AI處理，在這種情況下，用戶只要講KleidiAI更新到支持SME2的版本即可。另外。多數(shù)情況，用戶只需要修改少量代碼，即可實(shí)現(xiàn)兼容，同時(shí)也支持C語言用內(nèi)聯(lián)函數(shù)intrinsics預(yù)言開發(fā)。在應(yīng)用場(chǎng)景上，SME2可以廣泛應(yīng)用在端側(cè)AI，大模型推理，智能助手，計(jì)算機(jī)視覺等場(chǎng)景。總結(jié)如果不想看前面的文章，可以快速跳轉(zhuǎn)到這一部分。這次的總結(jié)部分用簡潔整理，讓大家可以快速了解今年Arm的處理器升級(jí)點(diǎn)。 2025年Arm處理器采用新的架構(gòu)命名體系，CPU新架構(gòu)叫做C1系列，GPU新架構(gòu)叫做G1，手機(jī)處理器平臺(tái)套件叫做Lumex。CPU家族包含C1-Ultra、C1-Premium、C1-Pro、C1-Nano四款產(chǎn)品。C1-Ultra對(duì)標(biāo)原來的Cortex-X系列，峰值性能提升25，IPC性能提升12，同性能下功耗降低28。C1-Premium是新出的次旗艦核心，面積比C1-Ultra小35，性能參考Cortex-X4。C1-Pro是A725的升級(jí)，峰值功耗差異不大的情況下，性能提升了11，相同性能下功耗則降低了26。C1-Nano是A520的升級(jí)，相比A520提升了26的效能。C1-DSU是DSU120的升級(jí)，功耗可以節(jié)省11，提供優(yōu)秀的AI能力支持，支持新的SME2擴(kuò)展指令集。C1家族全新支持SME2擴(kuò)展指令集，全面面向AI矩陣運(yùn)算優(yōu)化性能和功耗，在AI任務(wù)中，SME2可使CPU集群的AI性能提升5倍，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了3倍的能效提升。雖然2025年Arm的發(fā)布會(huì)姍姍來遲，但是一口氣發(fā)布的這么多款產(chǎn)品也是可圈可點(diǎn)的，整體也有比較明顯的提升，讓我們期待今年搭載最新Arm C1家族處理器的旗艦芯片的體驗(yàn)！本文轉(zhuǎn)自O(shè)PPO內(nèi)核工匠公眾號(hào)

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【Altium】掌握 PCB 設(shè)計(jì)中的 EMI 控制之如何為 EMC 設(shè)計(jì)選擇疊層結(jié)構(gòu)

2025-07-11

博客作者：Dario Fresu在設(shè)計(jì)電磁兼容性（EMC）表現(xiàn)優(yōu)異的 PCB 時(shí)，疊層結(jié)構(gòu)的選擇是需要掌握的核心概念之一。圖 1：Altium Designer 中的層疊管理器工具這一環(huán)節(jié)之所以至關(guān)重要，是因?yàn)樗c PCB 設(shè)計(jì)中電磁場(chǎng)的約束緊密相關(guān)。在 “掌握 PCB 設(shè)計(jì)中的 EMI 控制” 系列的第三篇文章中，我們將進(jìn)一步探討這些概念，并介紹其他重要的 EMC 設(shè)計(jì)要點(diǎn)。對(duì)于信號(hào)在電路中的傳播，需要兩個(gè)導(dǎo)體形成完整的電流環(huán)路：一個(gè)導(dǎo)體傳輸信號(hào)，另一個(gè)提供返回路徑，以確保電流流通并有效傳輸信號(hào)。我們將前者稱為信號(hào)導(dǎo)體，后者稱為信號(hào)返回與參考導(dǎo)體—— 后者之所以得名，不僅因?yàn)樗鼮樾盘?hào)提供參考電位（或零電位），還因?yàn)樗仨殲樾盘?hào)電流返回源端提供最小阻抗路徑。為實(shí)現(xiàn)這一路徑，最佳配置是選擇平面（而非走線），且該平面不應(yīng)有分割、切口或其他可能導(dǎo)致信號(hào)阻抗不連續(xù)的結(jié)構(gòu)。從這一基本概念可知，每個(gè)信號(hào)層都需搭配第二個(gè)導(dǎo)體（即返回參考平面）以提供返回和參考路徑。遵循這一簡單規(guī)則，我們可通過為每個(gè)信號(hào)層匹配相鄰的返回參考平面（RRP）來設(shè)計(jì)疊層結(jié)構(gòu)。以下是幾種可將電磁干擾降至最低的疊層結(jié)構(gòu)示例。雙層板疊層示例對(duì)于雙層板疊層，一種配置是：一層專門用于信號(hào)和電源走線，另一層為完整的返回參考平面。圖 2：Altium Designer 中層疊可視化工具顯示的雙層板疊層示例該平面不應(yīng)有分割或大的間隙，同時(shí)避免信號(hào)走線跨越間隙 —— 這會(huì)導(dǎo)致阻抗不連續(xù)、擴(kuò)大電流環(huán)路并最終增加輻射發(fā)射。若需通過過孔跨層，應(yīng)確保過孔路徑盡可能短，且避免在其他信號(hào)走線下方穿越。四層板疊層示例當(dāng)元件和走線密度增加、需要第二層信號(hào)層時(shí)，四層板疊層更為適用。盡管三層板可實(shí)現(xiàn)類似配置，但從制造角度看，廠商通常更傾向于提供成對(duì)的疊層結(jié)構(gòu)，因此四層板是更優(yōu)選擇。四層板有兩種高效配置：1. 第一種配置中，返回參考平面作為嵌入式平面位于疊層內(nèi)部，即第 1 層和第 4 層為信號(hào)平面，第 2 層和第 3 層分別為第 1 層和第 4 層信號(hào)提供返回和參考路徑。2. 第二種配置中，返回參考平面位于第 1 層和第 4 層（充當(dāng)電路的屏蔽層），而信號(hào)層位于嵌入式的第 2 層和第 3 層。在此配置中，需增大第 2 層與第 3 層的間距以避免信號(hào)場(chǎng)相互干擾，確保每個(gè)信號(hào)層僅與返回參考平面耦合。在兩種配置中，均需在返回參考平面之間添加縫合過孔，其主要作用包括：形成法拉第屏蔽以減少輻射和外部干擾；維持平面等電位并降低共模電壓；為跨層信號(hào)提供返回和參考路徑。此時(shí)，電源也可布設(shè)在信號(hào)層。圖 3：Altium Designer 中層疊可視化工具顯示的四層板疊層示例四層板中完全專用電源層的情況未在此討論，因?yàn)閺?EMC 設(shè)計(jì)角度不建議這樣做 —— 處理不當(dāng)可能產(chǎn)生共模電壓噪聲，該話題需另文詳述。六層板疊層示例六層板在信號(hào)層和電源層分配上提供了更高自由度。圖 4：Altium Designer 中層疊可視化工具顯示的六層板疊層示例以下兩種疊層結(jié)構(gòu)具備出色的 EMC 性能：1. 疊層 1：信號(hào)布設(shè)在第 1 層和第 6 層，返回參考平面位于第 2 層和第 5 層，第 3 層和第 4 層為額外信號(hào)層。此配置中，第 2 層和第 5 層可作為所有四個(gè)信號(hào)層的返回和參考平面，這得益于趨膚效應(yīng)—— 它允許平面兩側(cè)承載不同電流而不混合。趨膚效應(yīng)指交流電傾向于在導(dǎo)體表面分布（表面電流密度最大、中心最小），這是由于交流電產(chǎn)生的變化磁場(chǎng)誘導(dǎo)渦流，抑制導(dǎo)體中心的電流流動(dòng)并迫使電流向表面聚集。在此類疊層中，電源網(wǎng)絡(luò)可與信號(hào)層共面布設(shè)。2. 疊層 2：信號(hào)布設(shè)在第 1 層和第 6 層，第 2 層和第 5 層為返回參考層，第 3 層和第 4 層為電源平面。此疊層尤其適用于高功率需求或需要低阻抗電源網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景，建議返回參考層和電源層均采用完整均勻的平面 —— 避免在單層使用不同多邊形（可能產(chǎn)生共模噪聲并在連接電纜時(shí)導(dǎo)致輻射發(fā)射），應(yīng)為每個(gè)電壓單獨(dú)分配平面以避免此類問題并改善電路板的電源傳輸網(wǎng)絡(luò)（PDN）。與四層板類似，需確保內(nèi)層信號(hào)層與電源層間距足夠大以避免耦合干擾，同時(shí)最大化信號(hào)層與返回參考層的耦合，并盡可能在返回參考平面間添加縫合過孔。借助 Altium Designer 實(shí)現(xiàn)簡單多層疊層設(shè)計(jì)幸運(yùn)的是，Altium Designer? 的集成層疊管理器工具可簡化 PCB 疊層選擇流程：通過該工具，可創(chuàng)建自定義疊層或使用預(yù)設(shè)疊層，大幅降低 PCB 設(shè)計(jì)師的工作復(fù)雜度；還可創(chuàng)建更高級(jí)的疊層類型，并直接計(jì)算信號(hào)特征阻抗（無需依賴第三方工具）。這僅是 Altium Designer? 眾多功能之一，它支持無縫且精準(zhǔn)的 PCB 項(xiàng)目創(chuàng)建，讓設(shè)計(jì)流程不僅更輕松，也更具愉悅性。本文轉(zhuǎn)自Altium公眾號(hào)+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++關(guān)于億道電子上海億道電子技術(shù)有限公司是國內(nèi)資深的研發(fā)工具軟件提供商，公司成立于2009年，面向中國廣大的制造業(yè)客戶提供研發(fā)、設(shè)計(jì)、管理過程中使用的各種軟件開發(fā)工具，致力于幫助客戶提高研發(fā)管理效率、縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提升產(chǎn)品可靠性。十多年來，先后與ARM、Altium、Ansys、QT、Green Hills、Minitab、EPLAN、QA Systems、OpenText、Visu-IT、HighTec、PLS、Ashling、MSC Software、Autodesk、Source Insight、IncrediBuild、Lauterbach、Adobe、Testplant、TeamEDA等多家全球知名公司建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，并作為他們?cè)谥袊鴧^(qū)的主要分銷合作伙伴服務(wù)了數(shù)千家中國本土客戶，為客戶提供從芯片級(jí)開發(fā)工具、EDA設(shè)計(jì)工具、軟件編譯以及測(cè)試工具、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具、仿真工具、電氣設(shè)計(jì)工具、以及嵌入式GUI工具等等。億道電子憑借多年的經(jīng)驗(yàn)積累，真正的幫助客戶實(shí)現(xiàn)了讓研發(fā)更簡單、更可靠、更高效的目標(biāo)。歡迎關(guān)注“億道電子”公眾號(hào)了解更多研發(fā)工具軟件知識(shí)

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