Arm Lumex: il nuovo core C1 porta l'intelligenza artificiale direttamente sulla CPU

Arm ha annunciato la Lumex CSS Platform, evoluzione diretta della precedente Compute Subsystems for Client (CSS), che segna l'addio definitivo al marchio "Cortex" e inaugura una nuova strategia di naming. La società introduce un'architettura più flessibile, pensata per coprire l'intero spettro di dispositivi: dagli smartphone fino ai PC, passando per tablet e sistemi embedded.

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La nuova gamma si articola in quattro cluster di CPU denominati C1-Ultra, C1-Premium, C1-Pro e C1-Nano, che sostituiscono rispettivamente le soluzioni Cortex-X9xx, A7xx e A5xx. La novità più rilevante è l'integrazione delle Scalable Matrix Extensions 2 (SME2), parte integrante dell'ISA Armv9.3, disponibili su tutti i core senza eccezioni: un passo in avanti che trasforma la CPU in un processore "AI-first". Secondo Arm, le prestazioni nei carichi legati all'intelligenza artificiale possono crescere fino a 5 volte, con una riduzione dei consumi fino a 3 volte rispetto alla generazione precedente.

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SME2 consente l'elaborazione diretta di matrici multidimensionali, migliorando drasticamente operazioni centrali per machine learning, visione artificiale e sintesi audio. A supporto, Arm offre la libreria KleidiAI, che permette agli sviluppatori di sfruttare queste capacità senza modificare il codice, grazie all'integrazione automatica nei principali framework come PyTorch, llama.cpp o TensorFlow Lite.

Il C1-Ultra rappresenta il core di punta, con un incremento dell'IPC dell'11% rispetto al Cortex-X925 e fino al 20% di vantaggio sulle soluzioni concorrenti di fascia premium, come il core Oryon di Qualcomm.

Il C1-Premium nasce come alternativa più compatta ma con prestazioni vicine all'Ultra, mentre il C1-Pro è il "cavallo da corsa" della piattaforma, bilanciato per efficienza e versatilità. Il C1-Nano invece ridefinisce il ruolo dei core a basso consumo, con un miglioramento del 26% l'efficienza rispetto al Cortex-A520.

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Sul fronte grafico, la nuova serie G1 introduce diverse novità architetturali e un rinnovato sistema di classificazione dei modelli, che spazia dalle soluzioni entry-level fino alle configurazioni di fascia alta con Ray Tracing dedicato.

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La gamma si articola in tre categorie:

• Mali G1-Ultra: GPU con almeno 10 shader core e Ray Tracing Unit di seconda generazione (RTUv2), con ray tracing sempre attivo.
• Mali G1-Premium: soluzioni intermedie da 6 a 9 core, orientate alla sola rasterizzazione; il ray tracing è opzionale ma non consente la classificazione Ultra.
• Mali G1-Pro: modelli di ingresso con 1–5 shader core, privi di funzioni avanzate.

Tutte le varianti si basano sulla 5ª generazione di architettura grafica Arm, introdotta nel 2023 con Immortalis-G720, Mali-G720 e Mali-G620, e già caratterizzata da innovazioni come Deferred Vertex Shading e Fragment Prepass.

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Il cuore dell'aggiornamento è rappresentato dalla nuova Ray Tracing Unit v2, che sposta il calcolo del traversal direttamente in hardware. Questo passaggio riduce il carico sul compute shader e migliora l'efficienza nel gestire la Bounding Volume Hierarchy (BVH).

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Arm adotta inoltre il Single Ray Model al posto del precedente Packed Ray Model (che raggruppava 16 raggi), privilegiando così la gestione di raggi incoerenti, tipici di scenari con molte riflessioni e illuminazioni complesse. Questa scelta dovrebbe consentire un rendering più realistico e un consumo di memoria inferiore. Secondo i dati ufficiali, le nuove GPU offrono:

• fino al doppio delle prestazioni in ray tracing (dati da microbenchmark interni)
• +20% in media nei giochi e +20% nei workload AI
• -9% di consumi per frame renderizzato

In scenari concreti, la demo interna Lumilings mostra un guadagno del 40% rispetto a Immortalis-G925, mentre nei giochi i miglioramenti variano: +17% in Genshin Impact, +11% in Fortnite, +25% in Arena Breakout, +26% nella demo Mori.

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Il numero di RT Unit cresce proporzionalmente agli shader core: ad esempio, una G1-Ultra da 14 core integra 14 unità dedicate. Ogni RTU dispone inoltre di una propria power island, così da non consumare energia quando inattiva.

Anche l'interconnessione interna è stata rivista: il numero di linee è raddoppiato e il L2 cache rimane da 4 MB, ma suddiviso ora in otto slice da 512 KB per un bilanciamento migliore del traffico.

Un cambiamento significativo riguarda i Dual-Stack Shader Core, organizzati in due pipeline verticali parallele anziché un singolo stack. Questa soluzione riduce potenziali colli di bottiglia e aumenta il throughput, grazie anche a nuove pipeline e switch asincroni.

Sul fronte AI, Arm prevede che la CPU rimanga la piattaforma primaria, ma la GPU contribuisce con un incremento medio del 20% nelle inferenze FP32 e, per la prima volta, con il supporto al formato MMUL.FP16, che migliora l’efficienza nei calcoli tensoriali riducendo la banda necessaria.

La piattaforma ha introdotta inoltre la nuova interconnessione System Interconnect L1 (SI L1), che unifica CPU e GPU, riducendo la latenza fino al 75% e predisponendo i SoC al supporto delle future memorie LPDDR6. A livello di reference design, Arm ha mostrato una configurazione con due C1-Ultra a 4,1 GHz, sei C1-Pro a 3,5 GHz, Mali G1-Ultra a 14 core, 16 MB di cache L3 e memoria LPDDR5X-9600. I dati interni parlano di un miglioramento fino al 45% in multi-thread, 25% in single-thread e oltre 30% nei benchmark grafici.

Arm sottolinea come l'AI sia destinata a diventare un requisito atteso dagli utenti, al pari di quanto accaduto con l'introduzione dei touchscreen negli smartphone. Per questo motivo, la Lumex CSS Platform è stata progettata per portare modelli linguistici di grandi dimensioni e funzioni di inferenza direttamente on-device, senza dipendere dal cloud. Esempi concreti includono assistenti virtuali nei giochi, sistemi di coaching in tempo reale e soluzioni di pagamento basate su AI eseguite localmente.

Le prime soluzioni commerciali basate su Lumex CSS dovrebbero arrivare entro il trimestre, con MediaTek indicata come uno dei possibili partner pronti a lanciare SoC di nuova generazione.