Käes on ARM-i viimase kümnendi suurim uuendus oma juhiskomplekti arhitektuuris – ARMv9 – koos sisseehitatud SVE2 ja muude turvafunktsioonidega.
Täna avalikustas ARM Vision Day ürituse raames mõned üksikasjad oma uue ARMv9 arhitektuuri kohta, mida ettevõte eeldab, et sellel kümnendil kasutatakse rohkem kui 300 miljardis kiibis.
ARM-i ISA viimane suurem muudatus oli v8, mis võeti kasutusele 2011. aasta oktoobris koos 64-bitise AArch64 käsukomplektiga. ARM on aga aastate jooksul ARMv8-d laiendanud uute funktsioonidega, näiteks ARMv8.5 mälusildistamine. ARMv9-ga on ettevõte jätkab AArch64 kasutamist baasjuhiste komplektina, kuid on seda laiendanud uute funktsioonidega, mille eesmärk on parandada turvalisust ja esitus.
ARM-i sõnul on siin ARMv9-A arhitektuuri peamised uued funktsioonid:
- SVE2: skaleeritavate vektorite eeliste laiendamine paljudele kasutusjuhtudele
- Valdkonnahalduse laiendus (RME): Confidential Compute on Arm platvormide laiendamine kõigile arendajatele.
- BRBE: profiiliteabe pakkumine, nt Auto FDO
- Embedded Trace Extension (ETE) ja Jälgimispuhvri laiendus (TRBE): Armv9 täiustatud jälgimisvõimalused
- TME: Arm-arhitektuuri riistvaratehingumälu tugi
Sügavamaks sukeldumiseks ARMv9-ga kaasnevatesse kõrgetasemelistesse muudatustesse soovitan lugeda Andrei Frumusanu reportaaži aadressilt AnandTech, kuid ma annan kokkuvõtte peamistest muudatustest, millest peaksite teadlik olema.
NEON-i järglaseks sai SVE2
NEON on täiustatud SIMD-arhitektuuri laiendus. SIMD viitab siin ühele juhisele, mis töötab paralleelselt mitme andmeüksusega. Need andmeüksused on korraldatud registritesse, mis sisaldavad bitivektoreid.
Scalable Vector Extensions ehk SVE on ARMv8.2 või uuema laiendus, mis laiendab vektortöötlust AArch64 võime vastata kõrgjõudlusega andmetöötluse (HPC) ülesannete ja masinate arvutusnõuetele õppimine. Oluline on see, et see võimaldab ka vektorregistri pikkusi vahemikus 128–2048 bitti. Tarkvaraarenduse seisukohast on muutuva vektorregistri pikkuse eeliseks see, et kood tuleb koostada ainult üks kord, et tulevaste pikemate vektorregistritega protsessoreid täielikult ära kasutada. Samamoodi saab seda koodi käivitada ka protsessorites, millel on vähem SIMD-käivituskonveierid, näiteks asjade Interneti-seadmetes.
Kuna SVE oli suunatud rohkem HPC töökoormustele ega olnud ka nii mitmekülgne juhiste komplekt kui NEON, tutvustas ARM nende probleemide lahendamiseks 2019. aasta alguses SVE2. SVE2 lisas uued juhised, mis on suunatud DSP töökoormustele, mis sõltuvad endiselt NEON-ist. Nüüd koos ARMv9-ga järgneb SVE2 NEONile ARMv9 protsessorite põhifunktsioonina.
Masinõppe täiustused
ARM näeb, et masinõppe töökoormused muutuvad järgmisel kümnendil üha populaarsemaks, mistõttu ARMv8 varasemad versioonid tutvustas uusi maatrikskorrutamise juhiseid. Need on ARMv9 protsessorite põhifunktsioonid, mis võimaldavad väiksema ulatusega ML-i töökoormusi töötada otse CPU-s, mitte spetsiaalsetes kiirendites. Ilmselgelt on ML-i töökoormuste käitamine spetsiaalsetel kiirenditel soovitav, kui eelistatakse kiiret jõudlust või energiatõhusust, kuid seda ei ole alati võimalik teha kogu riistvara puhul.
ARMv9 konfidentsiaalne arvutusarhitektuur
Turvalisuse parandamiseks tutvustab ARMv9 uut konfidentsiaalset arvutusarhitektuuri (CCA). Nagu AnandTech selgitab, et ARM-i CCA on nihe praegusest tarkvaravirna olukorrast, kus seadmes töötavad turvalised rakendused peavad usaldama kasutatavat operatsioonisüsteemi ja hüperviisorit. Praegune turvamudel põhineb asjaolul, et privilegeeritud tarkvaratasemed saavad seda jälgida vähem privilegeeritud tarkvaratasemete käivitamine, mis võib olla problemaatiline, kui OS või hüperviisor on kompromiteeritud.
Kuidas CCA selle probleemi lahendab, loob dünaamiliselt "valdkonnad", mis on turvalised, konteinerisse paigutatud täitmiskeskkonnad, mis on OS-i või hüperviisori jaoks läbipaistmatud. Valdkondades olevad rakendused võivad kinnitada oma usaldusväärsust "valdkonnahaldurile", mille kood on murdosa hüperviisori suurusest ja mis nüüd vastutab ainuisikuliselt ressursside jaotamise ja ajastamise eest. "Valdkondade" kasutamise eeliseks on usaldusahela vähenemine, mis võimaldab turvalisust rakendusi, mida saab käivitada mis tahes seadmes, sõltumata aluseks olevast operatsioonisüsteemist, mis on läbipaistev turvaprobleemid.
Allikas: ARM. Läbi: AnandTech.
Vastavalt AnandTech, ARM ei täpsustanud täpselt, kuidas "valdkonnad" OS-ist ja hüperviisorist eraldatakse, kuid oletada, et see eraldamine tuleneb riistvaraga toetatud aadressiruumidest, millega ei saa suhelda üksteist.
Tulevased ARM CPU ja GPU kujundused
Kuigi see pole otseselt ARMv9-ga seotud, jagas ARM oma eeldatavaid jõudlusootusi tulevaste v9-põhiste protsessorite jaoks. Järgmise kahe põlvkonna mobiilse IP-tuumakujunduse jooksul ootab ARM IPC jõudluses kokku 30% kasvu. See tähendab, et tegelik jõudluse kasv põlvkondade kaupa ulatub umbes 14%ni AnandTech selgitab. Ilmselgelt on paranemise tempo mõnevõrra aeglustunud võrreldes eelmiste aastatega.
Oleme näinud, kuidas selliste ettevõtete nagu Qualcomm, Samsung ja Huawei CPU-rakendused ei saavuta oodatud jõudlusprognoose uutest ARM-i põhikujundustest, millele ARM juhib tähelepanu slaidil, kus kirjeldatakse üksikasjalikult, kuidas saab protsessori jõudlust parandada mäluteed, vahemälu või sagedusi parandades.
Allikas: ARM. Läbi: AnandTech.
Siiski lubab ARMv9 tuua jõudluse, turvalisuse ja masinõppe teretulnud täiustused, kui uued ISA-l põhinevad protsessorid 2022. aasta alguses kommertsseadmetesse jõuavad.
Mis puudutab tulevasi Mali GPU-sid, siis ARM on avalikustanud, et töötab selliste tehnoloogiatega nagu muutuva kiirusega varjutamine (VRS) ja kiirte jälgimine. Need funktsioonid on muutunud populaarseks tipptasemel PC GPU riistvara ja üheksanda põlvkonna videomängukonsoolide, näiteks Sony PlayStation 5 ja Microsofti Xbox Series X/S.
Esiletõstetud pilditiitrid: ARM kaudu AnandTech