Revisi terbesar ARM terhadap arsitektur set instruksinya dalam satu dekade telah hadir - ARMv9 - dengan SVE2 onboard dan fitur keamanan lainnya.
Sebelumnya hari ini sebagai bagian dari acara Vision Day, ARM mengungkapkan beberapa rincian tentang arsitektur ARMv9 barunya, yang diharapkan perusahaan akan digunakan di lebih dari 300 miliar chip pada dekade ini.
Revisi besar terakhir pada ISA ARM adalah v8, yang diperkenalkan pada bulan Oktober 2011 dengan set instruksi AArch64 64-bit. Namun, ARM telah memperluas ARMv8 selama bertahun-tahun dengan fitur-fitur baru seperti Memory Tagging di ARMv8.5. Dengan ARMv9, perusahaan ini terus menggunakan AArch64 sebagai set instruksi dasar tetapi telah memperluasnya dengan fitur-fitur baru yang bertujuan untuk meningkatkan keamanan dan pertunjukan.
Menurut ARM, berikut adalah fitur-fitur utama baru dari arsitektur ARMv9-A:
- SVE2: memperluas manfaat vektor yang dapat diskalakan ke lebih banyak kasus penggunaan
- Ekstensi Manajemen Realm (RME): memperluas platform Confidential Compute on Arm ke semua pengembang.
- BRBE: memberikan informasi profil, seperti FDO Otomatis
- Ekstensi Jejak Tertanam (ETE) Dan Ekstensi Penyangga Jejak (TRBE): peningkatan kemampuan pelacakan untuk Armv9
- TME: dukungan memori transaksional perangkat keras untuk arsitektur Arm
Untuk mengetahui lebih dalam tentang perubahan tingkat tinggi yang terjadi pada ARMv9, saya sarankan untuk membaca laporan Andrei Frumusanu di AnandTech, namun saya akan memberikan ringkasan perubahan penting yang harus Anda ketahui.
NEON digantikan oleh SVE2
NEON adalah ekstensi arsitektur single instruction multiple data (SIMD). SIMD di sini mengacu pada satu instruksi yang beroperasi pada beberapa item data secara paralel. Item data ini disusun dalam register yang menyimpan vektor bit.
Ekstensi Vektor yang Dapat Dikukur, atau SVE, adalah ekstensi ke ARMv8.2 atau lebih baru yang memperluas pemrosesan vektor kemampuan AArch64 untuk memenuhi kebutuhan komputasi tugas dan mesin komputasi kinerja tinggi (HPC). sedang belajar. Yang penting, ini juga memungkinkan panjang register vektor antara 128 hingga 2048 bit. Dari sudut pandang pengembangan perangkat lunak, keuntungan dari panjang register vektor variabel adalah bahwa kode hanya perlu dikompilasi satu kali untuk memanfaatkan sepenuhnya CPU masa depan dengan register vektor yang lebih panjang. Demikian pula, kode tersebut juga dapat dijalankan pada CPU dengan alur eksekusi SIMD yang lebih sedikit, seperti yang ada di perangkat IoT.
Karena SVE lebih ditujukan pada beban kerja HPC dan juga bukan set instruksi serbaguna seperti NEON, ARM memperkenalkan SVE2 pada awal tahun 2019 untuk mengatasi masalah ini. SVE2 menambahkan instruksi baru yang menargetkan beban kerja DSP yang masih mengandalkan NEON. Kini dengan ARMv9, SVE2 menggantikan NEON sebagai fitur dasar CPU ARMv9.
Peningkatan pembelajaran mesin
ARM melihat beban kerja pembelajaran mesin menjadi semakin populer pada dekade berikutnya, dan itulah alasannya revisi sebelumnya untuk ARMv8 memperkenalkan instruksi perkalian matriks baru. Ini akan menjadi fitur dasar CPU ARMv9, yang memungkinkan beban kerja ML dengan cakupan lebih kecil untuk dijalankan langsung di CPU, bukan di akselerator khusus. Tentu saja, menjalankan beban kerja ML pada akselerator khusus diinginkan ketika seseorang lebih menyukai kinerja cepat atau efisiensi daya, namun hal ini tidak selalu memungkinkan untuk dilakukan pada semua perangkat keras.
Arsitektur Komputasi Rahasia ARMv9
Dalam upaya meningkatkan keamanan, ARMv9 memperkenalkan Confidential Compute Architecture (CCA) baru. Sebagai AnandTech menjelaskan, CCA ARM merupakan peralihan dari situasi tumpukan perangkat lunak saat ini di mana aplikasi aman yang berjalan pada perangkat harus memercayai OS dan hypervisor yang dijalankannya. Model keamanan saat ini dibangun berdasarkan fakta bahwa tingkatan perangkat lunak yang lebih istimewa dapat memantau eksekusi tingkatan perangkat lunak yang kurang memiliki hak istimewa, yang dapat menjadi masalah jika OS atau hypervisornya bermasalah dikompromikan.
Cara CCA memperbaiki masalah ini adalah dengan secara dinamis menciptakan "ranah", yang merupakan lingkungan eksekusi yang aman dan terkontainer yang tidak tembus pandang terhadap OS atau hypervisor. Aplikasi dalam "ranah" dapat membuktikan kepercayaannya kepada "manajer ranah", kode yang berukuran sebagian kecil dari ukuran hypervisor, yang kini bertanggung jawab penuh atas alokasi dan penjadwalan sumber daya. Keuntungan menggunakan “ranah” adalah berkurangnya rantai kepercayaan, sehingga memungkinkan adanya rasa aman aplikasi untuk dijalankan di perangkat apa pun, apa pun OS yang mendasarinya, yang transparan masalah keamanan.
Sumber: LENGAN. Melalui: AnandTech.
Berdasarkan AnandTech, ARM tidak merinci secara pasti bagaimana "ranah" dipisahkan dari OS dan hypervisor, tetapi mereka berspekulasi bahwa pemisahan ini berasal dari ruang alamat yang didukung perangkat keras yang tidak dapat berinteraksi satu sama lain.
Desain CPU dan GPU ARM masa depan
Meskipun tidak terkait langsung dengan ARMv9, ARM membagikan proyeksi ekspektasi kinerjanya untuk desain CPU berbasis v9 di masa depan. Selama dua generasi berikutnya dari desain inti IP seluler, ARM mengharapkan peningkatan kinerja IPC sebesar 30%. Itu berarti peningkatan kinerja aktual dari generasi ke generasi berjumlah sekitar 14%. AnandTech menjelaskan. Tentu saja, laju perbaikannya agak melambat dibandingkan tahun-tahun sebelumnya.
Kita telah melihat bagaimana implementasi CPU oleh perusahaan seperti Qualcomm, Samsung, dan Huawei tidak mencapai proyeksi kinerja yang diharapkan desain inti ARM baru, fakta yang ditunjukkan ARM dalam slide yang merinci bagaimana kinerja CPU dapat ditingkatkan dengan meningkatkan jalur memori, cache, atau frekuensi.
Sumber: LENGAN. Melalui: AnandTech.
Namun, ARMv9 berjanji akan menghadirkan peningkatan yang disambut baik pada kinerja, keamanan, dan pembelajaran mesin ketika CPU baru berdasarkan ISA dikirimkan ke perangkat komersial pada awal tahun 2022.
Mengenai GPU Mali masa depan, ARM telah mengungkapkan bahwa mereka sedang mengerjakan teknologi seperti variabel rate shading (VRS) dan ray tracing. Fitur-fitur ini telah menjadi populer di kalangan perangkat keras GPU PC kelas atas dan konsol video game generasi kesembilan seperti PlayStation 5 milik Sony Dan Xbox Seri X/S dari Microsoft.
Kredit gambar unggulan: ARM via AnandTech