La mayor revisión de ARM a su arquitectura de conjunto de instrucciones en una década ya está aquí: ARMv9, con SVE2 integrado y otras características de seguridad.
Hoy, como parte de su evento Vision Day, ARM reveló algunos detalles sobre su nueva arquitectura ARMv9, que la compañía espera que se utilice en más de 300 mil millones de chips esta década.
La última revisión importante de ISA de ARM fue la v8, que se introdujo en octubre de 2011 con el conjunto de instrucciones AArch64 de 64 bits. Sin embargo, ARM ha ampliado ARMv8 a lo largo de los años con nuevas funciones como Memory Tagging en ARMv8.5. Con ARMv9, la empresa está Continuar usando AArch64 como conjunto de instrucciones básico, pero lo ha ampliado con nuevas características destinadas a mejorar la seguridad y actuación.
Según ARM, estas son las principales características nuevas de la arquitectura ARMv9-A:
- SVE2: ampliar el beneficio de los vectores escalables a muchos más casos de uso
- Extensión de gestión de reinos (RME): extender Confidential Compute on Arm plataformas a todos los desarrolladores.
- BRBE: proporciona información de perfiles, como Auto FDO
- Extensión de seguimiento integrada (ETE) y Extensión del búfer de seguimiento (TRBE): capacidades de seguimiento mejoradas para Armv9
- TME: soporte de memoria transaccional de hardware para la arquitectura Arm
Para profundizar en los cambios de alto nivel que vienen con ARMv9, recomiendo leer el informe de Andrei Frumusanu en anandtech, pero proporcionaré un resumen de los cambios clave que debes tener en cuenta.
NEON reemplazado por SVE2
NEON es una extensión avanzada de arquitectura de datos múltiples de instrucción única (SIMD). SIMD aquí se refiere a una única instrucción que opera en múltiples elementos de datos en paralelo. Estos elementos de datos están organizados en registros que contienen vectores de bits.
Scalable Vector Extensions, o SVE, es una extensión de ARMv8.2 o posterior que amplía el procesamiento de vectores. Capacidad de AArch64 para abordar los requisitos informáticos de las tareas y máquinas de informática de alto rendimiento (HPC). aprendiendo. Es importante destacar que también permite longitudes de registros vectoriales entre 128 y 2048 bits. Desde el punto de vista del desarrollo de software, el beneficio de una longitud de registro vectorial variable es que el código solo necesita compilarse una vez para aprovechar al máximo las futuras CPU con registros vectoriales más largos. De manera similar, ese código también se puede ejecutar en CPU con menos canales de ejecución SIMD, como los de los dispositivos IoT.
Como SVE estaba dirigido más a cargas de trabajo HPC y tampoco era un conjunto de instrucciones tan versátil como NEON, ARM presentó SVE2 a principios de 2019 para abordar estos problemas. SVE2 agregó nuevas instrucciones dirigidas a cargas de trabajo DSP que aún dependen de NEON. Ahora con ARMv9, SVE2 está reemplazando a NEON como característica básica de las CPU ARMv9.
Mejoras en el aprendizaje automático
ARM prevé que las cargas de trabajo de aprendizaje automático se volverán cada vez más populares en la próxima década, razón por la cual revisiones anteriores de ARMv8 introdujo nuevas instrucciones de multiplicación de matrices. Estas serán características básicas de las CPU ARMv9, lo que permitirá que cargas de trabajo de aprendizaje automático de menor alcance se ejecuten directamente en la CPU en lugar de aceleradores dedicados. Obviamente, es deseable ejecutar cargas de trabajo de aprendizaje automático en aceleradores dedicados cuando se prefiere un rendimiento rápido o eficiencia energética, pero no siempre es posible hacerlo en todo el hardware.
Arquitectura informática confidencial de ARMv9
En un esfuerzo por mejorar la seguridad, ARMv9 presenta una nueva Arquitectura informática confidencial (CCA). Como anandtech Como explica, el CCA de ARM supone un alejamiento de la situación actual de la pila de software en la que las aplicaciones seguras que se ejecutan en un dispositivo tienen que confiar en el sistema operativo y el hipervisor en el que se ejecutan. El modelo actual de seguridad se basa en el hecho de que niveles de software más privilegiados pueden monitorear la ejecución de niveles de software menos privilegiados, lo que puede ser problemático cuando el sistema operativo o el hipervisor están comprometida.
La forma en que CCA soluciona este problema es mediante la creación dinámica de "reinos", que son entornos de ejecución seguros y en contenedores que son opacos para el sistema operativo o el hipervisor. Las aplicaciones dentro de "reinos" pueden dar fe de su confiabilidad ante un "administrador de dominio", código que es una fracción del tamaño de un hipervisor, que ahora es el único responsable de la asignación y programación de recursos. El beneficio de utilizar "reinos" es que se reduce la cadena de confianza, lo que permite una conexión segura. aplicaciones que se ejecutarán en cualquier dispositivo, independientemente del sistema operativo subyacente, que será transparente para temas de seguridad.
Fuente: ARM. A través de: anandtech.
De acuerdo a anandtech, ARM no detalló exactamente cómo se separan los "reinos" del sistema operativo y el hipervisor, pero especular que esta separación se debe a espacios de direcciones respaldados por hardware que no pueden interactuar con entre sí.
Futuros diseños de CPU y GPU ARM
Aunque no está directamente relacionado con ARMv9, ARM compartió sus expectativas de rendimiento proyectadas para futuros diseños de CPU basados en v9. Durante las próximas dos generaciones de diseños de núcleos IP móviles, ARM espera un aumento total del 30% en el rendimiento de IPC. Esto significa que el aumento generacional real en el rendimiento asciende a alrededor del 14%, como anandtech explica. Es evidente que el ritmo de mejora se ha ralentizado un poco. en comparación con años anteriores.
Hemos visto como las implementaciones de CPU por parte de empresas como Qualcomm, Samsung y Huawei no alcanzan las proyecciones de rendimiento esperadas. de nuevos diseños de núcleos ARM, un hecho que ARM señala en una diapositiva que detalla cómo se puede mejorar el rendimiento de la CPU mejorando la ruta de la memoria, las cachés o las frecuencias.
Fuente: ARM. A través de: anandtech.
Aún así, ARMv9 promete traer mejoras bienvenidas en el rendimiento, la seguridad y el aprendizaje automático cuando las nuevas CPU basadas en ISA se lancen a dispositivos comerciales a principios de 2022.
En cuanto a las futuras GPU de Mali, ARM ha revelado que está trabajando en tecnologías como el sombreado de velocidad variable (VRS) y el trazado de rayos. Estas características se han vuelto populares entre el hardware GPU de PC de alta gama y la novena generación de consolas de videojuegos como La PlayStation 5 de Sony y Xbox Serie X/S de Microsoft.
Créditos de las imágenes destacadas: ARM vía anandtech