ARMv9-arkkitehtuuri tuo SVE2:n ja uusia suojausominaisuuksia

Aiemmin tänään osana Vision Day -tapahtumaansa ARM paljasti joitain yksityiskohtia uudesta ARMv9-arkkitehtuuristaan, jota yhtiö odottaa olevan käytössä yli 300 miljardissa sirussa tällä vuosikymmenellä.

Viimeisin suuri versio ARM: n ISA: sta oli v8, joka esiteltiin lokakuussa 2011 64-bittisellä AArch64-käskysarjalla. ARM on kuitenkin laajentanut ARMv8:aa vuosien varrella uusilla ominaisuuksilla, kuten ARMv8.5:n muistikoodauksella. ARMv9:n kanssa yritys on jatkaa AArch64:n käyttöä perusohjesarjana, mutta on laajentanut sitä uusilla ominaisuuksilla, joiden tarkoituksena on parantaa turvallisuutta ja esitys.

ARM: n mukaan tässä ovat ARMv9-A-arkkitehtuurin tärkeimmät uudet ominaisuudet:

• SVE2: laajentaa skaalautuvien vektorien edut moniin muihin käyttötapauksiin
• Realm Management Extension (RME): Confidential Compute on Arm -alustojen laajentaminen kaikille kehittäjille.
• BRBE: tarjoamalla profilointitietoja, kuten Auto FDO
• Embedded Trace Extension (ETE) ja Jäljityspuskurin laajennus (TRBE): Armv9:n parannetut jäljitysominaisuudet
• TME: laitteiston tapahtumamuistin tuki Arm-arkkitehtuurille

Jos haluat sukeltaa syvemmälle ARMv9:n tuleviin korkean tason muutoksiin, suosittelen lukemaan Andrei Frumusanun raportin osoitteessa AnandTech, mutta annan yhteenvedon tärkeimmistä muutoksista, joista sinun tulee olla tietoinen.

NEONin seuraaja SVE2

NEON on edistynyt SIMD-arkkitehtuurilaajennus. SIMD viittaa tässä yksittäiseen käskyyn, joka toimii useilla tietokohdilla rinnakkain. Nämä tietokohteet on järjestetty rekistereihin, jotka sisältävät bittivektoreita.

Scalable Vector Extensions eli SVE on ARMv8.2:n tai uudemman laajennus, joka laajentaa vektorinkäsittelyä AArch64:n kyky vastata korkean suorituskyvyn laskennan (HPC) tehtävien ja koneen laskentavaatimuksiin oppimista. Tärkeää on, että se sallii myös vektorirekisterin pituudet välillä 128-2048 bittiä. Ohjelmistokehityksen näkökulmasta muuttuvan vektorirekisterin pituuden etu on se, että koodia tarvitsee kääntää vain kerran, jotta saadaan täysi hyöty tulevaisuuden prosessoreista, joissa on pidempi vektorirekisteri. Vastaavasti tätä koodia voidaan käyttää myös suorittimissa, joissa on vähemmän SIMD-suoritusputkia, kuten IoT-laitteissa.

Koska SVE oli suunnattu enemmän HPC-työkuormille, eikä se myöskään ollut yhtä monipuolinen ohjesarja kuin NEON, ARM esitteli SVE2:n vuoden 2019 alussa näiden ongelmien ratkaisemiseksi. SVE2 lisäsi uusia ohjeita DSP-työkuormille, jotka edelleen riippuvat NEONista. Nyt ARMv9:n kanssa SVE2 seuraa NEONia ARMv9-suorittimien perusominaisuuksina.

Koneoppimisen parannuksia

ARM näkee koneoppimistyökuormien olevan yhä suositumpia seuraavan vuosikymmenen aikana, minkä vuoksi aiemmat versiot ARMv8:aan otti käyttöön uudet matriisin kertolaskuohjeet. Nämä ovat ARMv9-suorittimien perusominaisuuksia, jotka mahdollistavat pienempien ML-työkuormien suorittamisen suoraan suorittimella omistettujen kiihdyttimien sijaan. On selvää, että ML-työkuormien suorittaminen omistetuilla kiihdyttimillä on toivottavaa, kun halutaan nopeaa suorituskykyä tai tehokkuutta, mutta se ei ole aina mahdollista kaikilla laitteilla.

ARMv9:n luottamuksellinen laskenta-arkkitehtuuri

Turvallisuuden parantamiseksi ARMv9 esittelee uuden Confidential Compute Architecture (CCA) -arkkitehtuurin. Kuten AnandTech selittää, ARM: n CCA on siirtymä pois nykyisestä ohjelmistopinotilanteesta, jossa laitteella ajettavien suojattujen sovellusten on luotettava käyttöjärjestelmään ja hypervisoriin, jossa ne toimivat. Nykyinen suojausmalli perustuu siihen, että etuoikeutetummat ohjelmistotasot voivat valvoa vähemmän etuoikeutettujen ohjelmistotasojen suorittaminen, mikä voi olla ongelmallista, kun käyttöjärjestelmä tai hypervisor on vaarantunut.

CCA korjaa tämän ongelman luomalla dynaamisesti "alueita", jotka ovat turvallisia, säilytysympäristöjä, jotka ovat läpinäkymättömiä käyttöjärjestelmälle tai hypervisorille. "Alueilla" olevat sovellukset voivat todistaa luotettavuutensa "alueen johtajalle", koodille, joka on murto-osa hypervisorin koosta ja joka on nyt yksin vastuussa resurssien allokoinnista ja ajoituksesta. "Alueiden" käytön etu on, että luottamusketju vähenee, mikä mahdollistaa turvallisuuden sovelluksia voidaan käyttää missä tahansa laitteessa riippumatta taustalla olevasta käyttöjärjestelmästä, joka on läpinäkyvä turvallisuusongelmat.

Lähde: ARM. Kautta: AnandTech.

Mukaan AnandTech, ARM ei tarkentanut kuinka "alueet" erotetaan käyttöjärjestelmästä ja hypervisorista, mutta olettaa, että tämä erottelu johtuu laitteiston tukemista osoiteavaruuksista, joiden kanssa ei voi olla vuorovaikutuksessa toisiaan.

Tulevat ARM-suoritin- ja GPU-mallit

Vaikka se ei liity suoraan ARMv9:ään, ARM jakoi ennustetut suorituskykyodotukset tuleville v9-pohjaisille prosessorimalleille. Kahden seuraavan sukupolven mobiili-IP-ydinsuunnittelun aikana ARM odottaa IPC-suorituskyvyn nousevan yhteensä 30 %. Tämä tarkoittaa, että todellinen sukupolvien suorituskyvyn lisäys on noin 14 % AnandTech selittää. On selvää, että parannusvauhti on hidastunut jonkin verran verrattuna aikaisempiin vuosiin.

Olemme nähneet, kuinka Qualcommin, Samsungin ja Huawein kaltaisten yritysten suorittimen toteutukset eivät saavuta odotettua suorituskykyennustetta. uusista ARM-ydinmalleista, tosiasia, jonka ARM korostaa diassa, jossa kerrotaan, kuinka suorittimen suorituskykyä voidaan parantaa parantamalla muistipolkua, välimuistia tai taajuuksia.

Lähde: ARM. Kautta: AnandTech.

Silti ARMv9 lupaa tuoda tervetulleita parannuksia suorituskykyyn, tietoturvaan ja koneoppimiseen, kun uudet ISA-pohjaiset prosessorit tulevat kaupallisiin laitteisiin vuoden 2022 alussa.

Mitä tulee tuleviin Mali-grafiikkasuorittimiin, ARM on paljastanut työskentelevänsä teknologioiden, kuten variable rate shading (VRS) ja säteen jäljityksen parissa. Näistä ominaisuuksista on tullut suosittuja huippuluokan PC GPU -laitteistojen ja yhdeksännen sukupolven videopelikonsolien, kuten esim. Sonyn PlayStation 5 ja Microsoftin Xbox Series X/S.

Suositellut kuvien tekijät: ARM kautta AnandTech