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ARM全新Armv9架构:10年来最大更新、首颗v9芯片最快年底前面世

对于全新的 Armv9 架构,ARM 公司 CEO 西蒙 · 塞加斯(Simon Segars)表示,「v9 架构将提升安全性和信任度,并为未来十年的计算机技术奠定基础。」

今日,ARM 公司正式宣布推出全新的 Armv9 架构,这是自 2011 年 10 月推出 Armv8 架构近十年之后,该公司对其 CPU 架构的首次重大调整变革。多年来,ARM 公司一直对指令集架构进行各种更新和扩展。该公司表示,本次 v9 架构旨在为移动端设备、计算机和服务器提供更强的算法支持。

Arm 架构的发展历程。

全新的 Armv9 架构有三个侧重点,分别是 AI、矢量和 DSP 性能改进、安全性。在具体细节上,Armv9 架构沿用 AArch64 基准指令集,并在功能方面添加了一些非常重要的扩展,从而确保 ARM 公司增加架构编号,并针对 v9 架构新特征以及多年来发布的各种 v8 架构扩展进行软件层面的基准重定。

据 ARM 公司表示,v9架构会驱动3000亿颗芯片,但不是3000亿颗都采用v9架构。并且,按照现有发展速度,预计未来五年内 ARM 设备的出货量将超过 1000 亿台。

ARM 表示,首颗基于Armv9架构的芯片将于2021年底前面世。

Armv9 架构未来 10 年的 CPU 计算平台奠定了基础。

Armv9 架构新特征

全新 Armv9 架构主要有三项侧重点:AI、矢量和 DSP 性能改进以及安全性。首先来看 DSP 和 AI 性能。

DSP、ML 和 xR 工作负载的扩展矢量处理。

对于开发者和用户而言,全新 Armv9 兼容性 CPU 的最显著特征是将可伸缩矢量扩展 2(SVE2)作为 ARM NEON 技术之后新的基准。SVE2 发布于 2019 年 4 月,旨在加速高性能计算,在处理 5G虚拟现实(VR)和增强现实(AR)以及图像和语音识别机器学习(ML)任务负载时具有很大增益。

ARM 认为,未来几年,ML 工作负载将变得越来越普遍。相应地,任何以性能或功耗为中心的设备需要在专用加速器上运行 ML 工作负载,但其中的大多数仍会选择采用在 CPU 上运行的更小范围的 ML 工作负载。

矩阵乘法指令(matrix multiplication instruction)是关键所在,是其自身作为 Armv9 CPU 一项基准特性被广泛使用的重要步骤。

安全性

ARM 希望通过全新的保密计算架构(Confidential Compute Architecture, CCA)来解决安全性问题。为此,ARM 引入一种新的概念——域(realms),它可以被视为对操作系统(OS)或虚拟机管理程序(hypervisor)完全不透明的安全容器执行环境。虽然虚拟机管理程序依然存在,但只负责资源调度和分配任务。

此外,域还将由新实体「域管理器」(realm manager)来管理,域管理器的代码量大约是虚拟机管理程序的 1/10。

Armv9 采用的 CCA 架构。

域内的应用将能够验证并确认域管理器是否可以信任,这对于传统虚拟机管理程序而言是无法实现的。ARM 并没有深入地介绍是什么在操作系统和虚拟机管理程序的域和非安全区域之间造成了这种隔离(separation),但听起来像是硬件支持的地址空间无法实现彼此之间的交互。

使用域的简单和复杂示例。

使用域的好处在于极大地减少了设备上运行的应用的信任链,同时操作系统也对安全问题变得非常透明。此外,ARM 还引入了内存标签(Memory Tagging)扩展,同样有助于消除安全问题。

ARM 引入的内存标签扩展。

最后, 预计未来两代移动和基础设施CPU的性能提升将超过30%。

参考链接:
https://aijishu.com/a/1060000000024513
https://www.cnbeta.com/articles/tech/1108589.htm
https://finance.sina.com.cn/tech/2021-03-31/doc-ikmxzfmi9630877.shtml
https://www.anandtech.com/show/16584/arm-announces-armv9-architecture

产业矩阵乘法ARM
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