توفر بنية ARMv9 SVE2 وميزات أمان جديدة

في وقت سابق من اليوم وكجزء من حدث Vision Day، كشفت ARM عن بعض التفاصيل حول بنية ARMv9 الجديدة، والتي تتوقع الشركة أن يتم استخدامها في أكثر من 300 مليار شريحة هذا العقد.

آخر مراجعة رئيسية لـ ISA الخاصة بـ ARM كانت الإصدار 8، والذي تم تقديمه في أكتوبر 2011 مع مجموعة تعليمات AArch64 ذات 64 بت. ومع ذلك، قامت ARM بتوسيع ARMv8 على مر السنين بميزات جديدة مثل وضع علامات على الذاكرة في ARMv8.5. مع ARMv9، تكون الشركة الاستمرار في استخدام AArch64 كمجموعة تعليمات أساسية ولكنه قام بتوسيعها بميزات جديدة تهدف إلى تحسين الأمان أداء.

وفقًا لـ ARM، إليك الميزات الجديدة الرئيسية لبنية ARMv9-A:

• SVE2: توسيع نطاق الاستفادة من المتجهات القابلة للتطوير إلى العديد من حالات الاستخدام
• ملحق إدارة المجال (RME): توسيع نطاق الحوسبة السرية على منصات Arm لجميع المطورين.
• BRBE: توفير معلومات ملفات التعريف، مثل Auto FDO
• ملحق التتبع المضمن (ETE) و ملحق المخزن المؤقت للتتبع (TRBE): قدرات تتبع محسنة لـ Armv9
• تم: دعم ذاكرة معاملات الأجهزة لبنية Arm

للتعمق بشكل أعمق في التغييرات عالية المستوى القادمة مع ARMv9، أوصي بقراءة تقارير Andrei Frumusanu على أناند تك، لكنني سأقدم ملخصًا للتغييرات الأساسية التي يجب أن تكون على دراية بها.

نجح NEON بواسطة SVE2

NEON هو امتداد معماري متقدم للبيانات المتعددة (SIMD). يشير SIMD هنا إلى تعليمة واحدة تعمل على عناصر بيانات متعددة بالتوازي. يتم تنظيم عناصر البيانات هذه في سجلات تحتوي على ناقلات البتات.

تعد امتدادات المتجهات القابلة للتطوير، أو SVE، امتدادًا لـ ARMv8.2 أو الإصدارات الأحدث التي تعمل على توسيع معالجة المتجهات قدرة AArch64 على تلبية متطلبات الحوسبة لمهام وآلات الحوسبة عالية الأداء (HPC). تعلُّم. والأهم من ذلك، أنه يسمح أيضًا بأطوال تسجيل المتجهات بين 128 إلى 2048 بت. من وجهة نظر تطوير البرمجيات، تتمثل فائدة طول سجل المتجهات المتغير في أن التعليمات البرمجية تحتاج إلى التجميع مرة واحدة فقط للاستفادة الكاملة من وحدات المعالجة المركزية المستقبلية ذات سجلات المتجهات الأطول. وبالمثل، يمكن أيضًا تشغيل هذا الرمز على وحدات المعالجة المركزية (CPUs) التي تحتوي على عدد أقل من خطوط أنابيب تنفيذ SIMD، مثل تلك الموجودة في أجهزة إنترنت الأشياء.

نظرًا لأن SVE كان يستهدف بشكل أكبر أعباء عمل HPC ولم يكن أيضًا مجموعة تعليمات متعددة الاستخدامات مثل NEON، فقد قدمت ARM SVE2 في أوائل عام 2019 لمعالجة هذه المشكلات. أضاف SVE2 تعليمات جديدة تستهدف أعباء عمل DSP التي لا تزال تعتمد على NEON. الآن مع ARMv9، يخلف SVE2 NEON كميزة أساسية لوحدات المعالجة المركزية ARMv9.

تحسينات التعلم الآلي

ترى ARM أن أعباء عمل التعلم الآلي أصبحت أكثر شيوعًا في العقد المقبل، وهذا هو السبب المراجعات السابقة لـ ARMv8 قدم تعليمات جديدة لضرب المصفوفات. ستكون هذه ميزات أساسية لوحدات المعالجة المركزية ARMv9، مما يتيح تشغيل أحمال عمل ML ذات النطاق الأصغر مباشرة على وحدة المعالجة المركزية بدلاً من المسرعات المخصصة. من الواضح أن تشغيل أحمال عمل ML على مسرعات مخصصة أمر مرغوب فيه عندما يفضل المرء الأداء السريع أو كفاءة الطاقة، ولكن ليس من الممكن دائمًا القيام بذلك على جميع الأجهزة.

بنية الحوسبة السرية لـ ARMv9

في محاولة لتحسين الأمان، يقدم ARMv9 بنية حسابية سرية جديدة (CCA). مثل أناند تك يوضح أن CCA الخاص بـ ARM يعد تحولًا بعيدًا عن الوضع الحالي لمكدس البرامج حيث يجب أن تثق التطبيقات الآمنة التي تعمل على الجهاز في نظام التشغيل وبرنامج Hypervisor الذي تعمل عليه. يعتمد النموذج الحالي للأمان على حقيقة أن المستويات الأكثر امتيازًا من البرامج يمكنها مراقبة تنفيذ طبقات البرامج الأقل امتيازًا، والتي يمكن أن تكون مشكلة عندما يكون نظام التشغيل أو برنامج Hypervisor كذلك مساومة.

كيفية إصلاح CCA لهذه المشكلة هي عن طريق إنشاء "نطاقات" ديناميكيًا، وهي بيئات تنفيذ آمنة ومحتوية على حاويات وغير شفافة لنظام التشغيل أو برنامج Hypervisor. يمكن للتطبيقات الموجودة داخل "النطاقات" أن تشهد على مصداقيتها لـ "مدير المجال"، وهو رمز يمثل جزءًا صغيرًا من حجم برنامج Hypervisor، والذي أصبح الآن المسؤول الوحيد عن تخصيص الموارد وجدولتها. تتمثل فائدة استخدام "العوالم" في تقليل سلسلة الثقة، مما يسمح بالأمن التطبيقات التي سيتم تشغيلها على أي جهاز بغض النظر عن نظام التشغيل الأساسي الذي سيكون شفافًا بالنسبة له القضايا الأمنية.

المصدر: أرمينيا. عبر: أناند تك.

وفق أناند تكلم توضح ARM بالتفصيل كيفية فصل "العوالم" عن نظام التشغيل وبرنامج Hypervisor، لكنها توقع أن هذا الفصل ينبع من مساحات العناوين المدعومة بالأجهزة والتي لا يمكن التفاعل معها بعضها البعض.

تصميمات وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات المستقبلية من ARM

على الرغم من أنه لا يرتبط بشكل مباشر بـ ARMv9، فقد شاركت ARM توقعات الأداء المتوقعة لتصميمات وحدة المعالجة المركزية المستقبلية المستندة إلى v9. على مدى الجيلين التاليين من التصميمات الأساسية لبروتوكول الإنترنت المحمول، تتوقع ARM تحقيق مكاسب إجمالية قدرها 30% في أداء IPC. وهذا يعني أن الزيادة الفعلية في الأداء بين الأجيال تصل إلى حوالي 14% أناند تك يشرح. ومن الواضح أن معدل التحسن قد تباطأ إلى حد ما مقارنة بالسنوات السابقة.

لقد رأينا كيف أن تطبيقات وحدة المعالجة المركزية من قبل شركات مثل Qualcomm وSamsung وHuawei لا تصل إلى توقعات الأداء المتوقعة من تصاميم ARM الأساسية الجديدة، وهي حقيقة يشير إليها ARM في شريحة توضح بالتفصيل كيفية تحسين أداء وحدة المعالجة المركزية من خلال تحسين مسار الذاكرة أو ذاكرات التخزين المؤقت أو الترددات.

المصدر: أرمينيا. عبر: أناند تك.

ومع ذلك، يعد ARMv9 بتقديم تحسينات مرحب بها على الأداء والأمان والتعلم الآلي عندما يتم طرح وحدات المعالجة المركزية الجديدة المستندة إلى ISA في الأجهزة التجارية في أوائل عام 2022.

أما بالنسبة لوحدات معالجة الرسوميات Mali المستقبلية، فقد كشفت ARM أنها تعمل على تقنيات مثل تظليل المعدل المتغير (VRS) وتتبع الأشعة. أصبحت هذه الميزات شائعة بين أجهزة GPU للكمبيوتر الشخصي المتطورة والجيل التاسع من وحدات تحكم ألعاب الفيديو مثل سوني بلاي ستيشن 5 و مايكروسوفت إكس بوكس ​​​​سلسلة X / S.

اعتمادات الصورة المميزة: ARM عبر أناند تك