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ARM推出具有SVE2和新安全功能的ARMv9架构

2021-03-31 19:38:01

今天早些时候,作为“视觉日”活动的一部分,ARM披露了有关其新ARMv9架构的一些细节,该公司预计该十年将在超过3000亿个芯片中使用。

ARM ISA的最新主要修订版是v8,该版本于2011年10月与64位AArch64指令集一起推出。但是,多年来,ARM通过新功能(例如ARMv8.5中的内存标记)扩展了ARMv8。借助ARMv9,该公司将继续使用AArch64作为基准指令集,但已对其进行了扩展以提供旨在提高安全性和性能的新功能。

根据ARM的说法,这是ARMv9-A体系结构的主要新功能:

SVE2:将可伸缩矢量的优势扩展到更多用例

领域管理扩展(RME):将Arm平台上的机密计算扩展到所有开发人员。

BRBE:提供概要分析信息,例如Auto FDO

嵌入式跟踪扩展(ETE)和跟踪缓冲区扩展(TRBE):Armv9的增强跟踪功能

TME:对Arm架构的硬件事务存储支持

为了更深入地了解ARMv9带来的高级更改,我建议您在AnandTech上阅读Andrei Frumusanu的报告,但是我将提供您应该注意的关键更改的摘要。

NEON被SVE2继承

NEON是高级单指令多数据(SIMD)体系结构扩展。SIMD在这里指的是并行处理多个数据项的一条指令。这些数据项被组织到保存位向量的寄存器中。

可伸缩矢量扩展(SVE)是ARMv8.2或更高版本的扩展,它扩展了AArch64的矢量处理能力,可满足高性能计算(HPC)任务和机器学习的计算要求。重要的是,它还允许向量寄存器长度在128到2048位之间。从软件开发的角度来看,可变矢量寄存器长度的好处在于,代码只需编译一次即可充分利用具有更长矢量寄存器的未来CPU的优势。同样,该代码也可以在具有较少SIMD执行管道的CPU上运行,例如IoT设备中的那些。

由于SVE不仅针对HPC工作负载,而且指令集不如NEON通用,因此ARM于2019年初推出了SVE2以解决这些问题。SVE2添加了针对仍依赖NEON的DSP工作负载的新指令。现在有了ARMv9,SVE2继NEON之后成为ARMv9 CPU的基本功能。

机器学习的改进

ARM认为,在接下来的十年中,机器学习工作负载将变得越来越流行,这就是为什么先前对ARMv8的修订引入了新的矩阵乘法指令的原因。这些将是ARMv9 CPU的基本功能,使范围较小的ML工作负载直接在CPU上运行,而不是直接在专用加速器上运行。显然,当人们倾向于快速性能或电源效率时,就需要在专用加速器上运行ML工作负载,但并非总是能够在所有硬件上都这样做。

ARMv9的机密计算体系结构

为了提高安全性,ARMv9引入了新的机密计算体系结构(CCA)。正如 AnandTech解释的那样,ARM的CCA与当前的软件堆栈情况有所不同,在当前的软件堆栈情况下,设备上运行的安全应用程序必须信任它们所运行的OS和虚拟机管理程序。当前的安全模型基于以下事实:较高特权的软件层可以监视较少特权的软件层的执行,当操作系统或虚拟机管理程序受到威胁时,这可能会出现问题。

CCA如何解决此问题的方法是动态创建“领域”,这些领域是安全的,容器化的执行环境,对于OS或虚拟机管理程序而言是不透明的。“领域”中的应用程序可以向“领域管理器”证明其可信度,该代码仅是虚拟机管理程序大小的一小部分,而虚拟机管理程序现在仅负责资源分配和调度。使用“领域”的好处是减少了信任链,从而使安全应用程序可以在任何设备上运行,而与对安全问题透明的基础操作系统无关。

据AnandTech称,ARM并未详细说明如何将“领域”与操作系统和虚拟机管理程序分开,但他们推测这种分开源自硬件支持的地址空间,这些地址空间无法相互交互。

未来的ARM CPU和GPU设计

尽管它与ARMv9没有直接关系,但ARM共享了其对未来基于v9的CPU设计的预期性能预期。在接下来的两代移动IP内核设计中,ARM预计IPC性能将总共提高30%。正如AnandTech所解释的,这意味着性能的实际世代提高幅度约为14%。显然,与往年相比,进步速度有所放缓。

我们已经看到高通​​,三星和华为等公司的CPU实现如何无法达到新ARM内核设计的预期性能预测,这一事实ARM指出,幻灯片中详细介绍了如何通过改善CPU性能来提高CPU性能。内存路径,缓存或频率。

尽管如此,当基于ISA的新CPU于2022年初在商用设备中投放市场时,ARMv9仍有望在性能,安全性和机器学习方面带来令人欢迎的改进。

至于未来的Mali GPU,ARM透露正在开发可变速率着色(VRS)和光线跟踪等技术。这些功能已在高端PC GPU硬件和第9代视频游戏机(如Sony的PlayStation 5和Microsoft的Xbox Series X / S)中流行。

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