ARM-ova najveća revizija njegove arhitekture skupa instrukcija u desetljeću je ovdje - ARMv9 - s ugrađenim SVE2 i drugim sigurnosnim značajkama.
Ranije danas, kao dio događaja Vision Day, ARM je otkrio neke detalje o svojoj novoj arhitekturi ARMv9, za koju kompanija očekuje da će se koristiti u više od 300 milijardi čipova ovog desetljeća.
Posljednja veća revizija ARM-ovog ISA-a bila je v8, koja je predstavljena u listopadu 2011. sa 64-bitnim skupom instrukcija AArch64. Međutim, ARM je tijekom godina proširio ARMv8 s novim značajkama kao što je Memory Tagging u ARMv8.5. S ARMv9, tvrtka je nastavlja koristiti AArch64 kao osnovni skup instrukcija, ali ga je proširio novim značajkama s ciljem poboljšanja sigurnosti i izvođenje.
Prema ARM-u, evo glavnih novih značajki ARMv9-A arhitekture:
- SVE2: proširenje prednosti skalabilnih vektora na mnogo više slučajeva upotrebe
- Proširenje upravljanja područjem (RME): proširenje Confidential Compute on Arm platformi na sve programere.
- BRBE: pružanje informacija o profiliranju, kao što je Auto FDO
- Ugrađeno proširenje praćenja (ETE) i Trace Buffer Extension (TRBE): poboljšane mogućnosti praćenja za Armv9
- TME: podrška za hardversku transakcijsku memoriju za Arm arhitekturu
Za dublje upoznavanje promjena na visokoj razini koje dolaze s ARMv9, preporučujem da pročitate izvješće Andreja Frumusanua na AnandTech, ali dat ću sažetak ključnih promjena kojih biste trebali biti svjesni.
NEON je naslijedio SVE2
NEON je napredno proširenje arhitekture jedne instrukcije s više podataka (SIMD). SIMD se ovdje odnosi na jednu instrukciju koja paralelno radi na više podatkovnih stavki. Ove stavke podataka organizirane su u registre koji sadrže vektore bitova.
Scalable Vector Extensions, ili SVE, proširenje je za ARMv8.2 ili noviji koji proširuje vektorsku obradu sposobnost AArch64 da odgovori na računalne zahtjeve zadataka računalstva visokih performansi (HPC) i stroja učenje. Važno je da također dopušta duljine vektorskih registara između 128 do 2048 bita. Sa stajališta razvoja softvera, prednost varijabilne duljine vektorskog registra je u tome što kod treba kompajlirati samo jednom kako bi se u potpunosti iskoristile prednosti budućih procesora s duljim vektorskim registrima. Slično tome, taj se kod također može izvoditi na CPU-ima s manje SIMD cjevovoda za izvršavanje, poput onih u IoT uređajima.
Kako je SVE bio više usmjeren na radna opterećenja HPC-a i nije bio tako svestran skup instrukcija kao NEON, ARM je početkom 2019. uveo SVE2 kako bi riješio te probleme. SVE2 je dodao nove upute usmjerene na DSP radna opterećenja koja se još uvijek oslanjaju na NEON. Sada s ARMv9, SVE2 nasljeđuje NEON kao temeljnu značajku ARMv9 CPU-a.
Poboljšanja strojnog učenja
ARM smatra da radna opterećenja strojnog učenja postaju sve popularnija u sljedećem desetljeću, što je i razlog zašto prethodne revizije ARMv8 uveo nove instrukcije množenja matrica. To će biti osnovne značajke ARMv9 CPU-a, omogućujući da se ML radna opterećenja manjeg opsega izvode izravno na CPU-u umjesto namjenskih akceleratora. Očito je poželjno pokretanje ML radnih opterećenja na namjenskim akceleratorima kada se preferiraju brze performanse ili energetska učinkovitost, ali to nije uvijek moguće učiniti na svim hardverima.
ARMv9's Confidential Compute Architecture
U nastojanju da poboljša sigurnost, ARMv9 uvodi novu povjerljivu računalnu arhitekturu (CCA). Kao AnandTech objašnjava, ARM-ov CCA je odmak od trenutne situacije softverskog skupa u kojoj sigurne aplikacije koje se izvode na uređaju moraju vjerovati OS-u i hipervizoru na kojem rade. Trenutačni model sigurnosti izgrađen je na činjenici da više privilegiranih razina softvera može nadzirati izvršavanje manje privilegiranih razina softvera, što može biti problematično kada su OS ili hipervizor kompromitirana.
Kako CCA rješava ovaj problem je dinamičkim stvaranjem "područja", koja su sigurna okruženja za izvršavanje u spremnicima koja su neprozirna za OS ili hipervizor. Aplikacije unutar "područja" mogu potvrditi svoju pouzdanost "upravitelju područja", kodu koji je djelić veličine hipervizora, koji je sada jedini odgovoran za dodjelu resursa i raspored. Prednost korištenja "područja" je u smanjenju lanca povjerenja, što omogućuje sigurnost aplikacije koje će se pokretati na bilo kojem uređaju bez obzira na temeljni OS koji će biti transparentan za sigurnosni problemi.
Izvor: ARM. Preko: AnandTech.
Prema AnandTech, ARM nije naveo kako su točno "područja" odvojena od OS-a i hipervizora, ali su spekulirati da ovo odvajanje proizlazi iz hardverski podržanih adresnih prostora koji ne mogu komunicirati s jedni druge.
Budući ARM CPU i GPU dizajni
Iako nije izravno povezan s ARMv9, ARM je podijelio svoja projicirana očekivanja performansi za buduće CPU dizajne temeljene na v9. Tijekom sljedeće dvije generacije dizajna mobilnih IP jezgri, ARM očekuje ukupno povećanje od 30% u performansama IPC-a. To znači da stvarni generacijski porast performansi iznosi oko 14%, kao AnandTech objašnjava. Jasno je da se stopa poboljšanja donekle usporila u odnosu na prethodne godine.
Vidjeli smo kako CPU implementacije tvrtki kao što su Qualcomm, Samsung i Huawei ne postižu očekivane projekcije performansi novih dizajna ARM jezgri, činjenica koju ARM ističe u slajdu koji detaljno opisuje kako se performanse CPU-a mogu poboljšati poboljšanjem putanje memorije, predmemorije ili frekvencija.
Izvor: ARM. Preko: AnandTech.
Ipak, ARMv9 obećava donijeti dobrodošla poboljšanja performansi, sigurnosti i strojnog učenja kada se novi CPU temeljeni na ISA-i isporuče u komercijalne uređaje početkom 2022. godine.
Što se tiče budućih Mali GPU-ova, ARM je otkrio da radi na tehnologijama kao što su sjenčanje s promjenjivom brzinom (VRS) i praćenje zraka. Ove su značajke postale popularne među vrhunskim PC GPU hardverom i devetom generacijom konzola za video igre kao što su Sonyjev PlayStation 5 i Microsoftov Xbox Series X/S.
Autori istaknutih slika: ARM putem AnandTech