ארכיטקטורת ARMv9 מביאה SVE2 ותכונות אבטחה חדשות

מוקדם יותר היום כחלק מאירוע ה-Vision Day שלה, ARM חשפה כמה פרטים על ארכיטקטורת ARMv9 החדשה שלה, שהחברה צופה שתשמש ליותר מ-300 מיליארד שבבים בעשור הזה.

הגרסה הגדולה האחרונה של ISA של ARM הייתה v8, שהוצגה באוקטובר 2011 עם ערכת ההוראות AArch64 של 64 סיביות. עם זאת, ARM הרחיבה את ARMv8 במהלך השנים עם תכונות חדשות כגון תיוג זיכרון ב-ARMv8.5. עם ARMv9, החברה היא ממשיך להשתמש ב- AArch64 כמערכת ההוראות הבסיסית אך הרחיב אותו עם תכונות חדשות שמטרתן לשפר את האבטחה ביצועים.

לפי ARM, להלן התכונות החדשות העיקריות של ארכיטקטורת ARMv9-A:

• SVE2: הרחבת היתרון של וקטורים ניתנים להרחבה למקרי שימוש רבים נוספים
• הרחבה לניהול תחום (RME): הרחבת פלטפורמות Confidential Compute on Arm לכל המפתחים.
• BRBE: מתן מידע על פרופילים, כגון Auto FDO
• הרחבת מעקב משובצת (ETE) ו הרחבת מאגר מעקב (TRBE): יכולות מעקב משופרות עבור Armv9
• TME: תמיכה בזיכרון עסקה בחומרה עבור ארכיטקטורת Arm

לצלילה עמוקה יותר לתוך השינויים ברמה גבוהה שמגיעים עם ARMv9, אני ממליץ לקרוא את הדיווח של אנדריי פרומוסאנו ב-

אננדטק, אבל אני אספק סיכום של השינויים העיקריים שאתה צריך להיות מודע אליהם.

את NEON ירש SVE2

NEON היא הרחבה מתקדמת של ארכיטקטורת הוראות מרובות נתונים (SIMD). SIMD כאן מתייחס להוראה יחידה הפועלת על מספר פריטי נתונים במקביל. פריטי נתונים אלה מאורגנים ברגיסטרים המכילים וקטורים של ביטים.

Scalable Vector Extensions, או SVE, היא הרחבה ל-ARMv8.2 ואילך שמרחיבה את העיבוד הווקטורי היכולת של AArch64 לתת מענה לדרישות המחשוב של משימות מחשוב ומכונה עם ביצועים גבוהים (HPC) לְמִידָה. חשוב לציין, זה גם מאפשר אורכי אוגר וקטור בין 128 ל-2048 סיביות. מנקודת מבט של פיתוח תוכנה, היתרון של אורך אוגר וקטור משתנה הוא שצריך להידור קוד רק פעם אחת כדי לנצל את מלוא היתרונות של מעבדים עתידיים עם אוגרים וקטוריים ארוכים יותר. באופן דומה, ניתן להפעיל את הקוד הזה גם על מעבדים עם פחות צינורות ביצוע SIMD, כמו אלה במכשירי IoT.

מכיוון ש-SVE היה מכוון יותר לעומסי עבודה של HPC וגם לא היה מערך הוראות צדדי כמו NEON, ARM הציגה את SVE2 בתחילת 2019 כדי לטפל בבעיות אלו. SVE2 הוסיף הוראות חדשות המכוונות לעומסי עבודה של DSP שעדיין מסתמכים על NEON. כעת עם ARMv9, SVE2 ירש את NEON כתכונה בסיסית של מעבדי ARMv9.

שיפורים למידת מכונה

ARM רואה את עומסי העבודה של למידת מכונה הופכים פופולריים יותר ויותר בעשור הקרוב, וזו הסיבה גרסאות קודמות ל-ARMv8 הציג הוראות חדשות לכפל מטריצה. אלו יהיו תכונות בסיס של מעבדי ARMv9, שיאפשרו לעומסי עבודה של ML בהיקף קטן יותר לפעול ישירות על המעבד ולא על מאיצים ייעודיים. ברור שרצוי להפעיל עומסי עבודה של ML על מאיצים ייעודיים כאשר מעדיף ביצועים מהירים או יעילות צריכת חשמל, אך לא תמיד ניתן לעשות זאת בכל החומרה.

ארכיטקטורת המחשוב הסודית של ARMv9

במאמץ לשפר את האבטחה, ARMv9 מציגה ארכיטקטורת מחשוב סודית חדשה (CCA). כפי ש אננדטק מסביר, ה-CCA של ARM הוא שינוי הרחק ממצב מחסנית התוכנה הנוכחית שבו יישומים מאובטחים הפועלים במכשיר צריכים לסמוך על מערכת ההפעלה וההיפרוויזר שעליהם הם פועלים. מודל האבטחה הנוכחי בנוי על העובדה ששכבות פריבילגיות יותר של תוכנה יכולות לפקח על ביצוע של שכבות תוכנה פחות מיוחסות, מה שעלול להיות בעייתי כאשר מערכת ההפעלה או ההיפרוויזר נפגע.

האופן שבו CCA מתקן את הבעיה הזו הוא על ידי יצירה דינמית של "ממלכות", שהן סביבות ביצוע מאובטחות, מכולות, אטומות למערכת ההפעלה או ל-hypervisor. אפליקציות בתוך "ממלכות" יכולות להעיד על מהימנותן ל"מנהל תחום", קוד שהוא חלק מגודלו של היפרוויזר, שאחראי כעת הבלעדי להקצאת משאבים ותזמון. היתרון בשימוש ב"ממלכות" הוא ששרשרת האמון מצטמצמת, מה שמאפשר אבטחה יישומים שיופעלו בכל מכשיר ללא קשר למערכת ההפעלה הבסיסית שתהיה שקופה אליה סוגיות אבטחה.

מקור: ARM. באמצעות: אננדטק.

לפי אננדטק, ARM לא פירטה בדיוק כיצד "ממלכות" מופרדות ממערכת ההפעלה וההיפרוויזר, אבל הן משערים שההפרדה הזו נובעת ממרחבי כתובות מגובי חומרה שלא יכולים לקיים איתם אינטראקציה אחד את השני.

עיצובים עתידיים של מעבד ARM ו-GPU

למרות שזה לא קשור ישירות ל-ARMv9, ARM שיתפה את ציפיות הביצועים החזויות שלה עבור תכנוני CPU עתידיים מבוססי v9. במהלך שני הדורות הבאים של עיצובי ליבת IP ניידים, ARM מצפה לעלייה מצרפית של 30% בביצועי IPC. זה אומר שהגידול הדורי בפועל בביצועים מסתכם בסביבות 14%, כמו אננדטק מסביר. ברור שקצב השיפור הואט במקצת בהשוואה לשנים קודמות.

ראינו כיצד הטמעת CPU על ידי חברות כמו קוואלקום, סמסונג ו-Huawei לא מגיעות לתחזיות הביצועים הצפויות של עיצובי ליבה חדשים של ARM, עובדה ש-ARM מציינת בשקופית המפרטת כיצד ניתן לשפר את ביצועי המעבד על ידי שיפור נתיב הזיכרון, המטמונים או התדרים.

מקור: ARM. באמצעות: אננדטק.

ובכל זאת, ARMv9 מבטיח להביא שיפורים מבורכים בביצועים, אבטחה ולמידת מכונה כאשר מעבדים חדשים המבוססים על ה-ISA יישלחו למכשירים מסחריים בתחילת 2022.

באשר למעבדי Mali עתידיים, ARM חשפה שהיא עובדת על טכנולוגיות כמו הצללה בקצב משתנה (VRS) ומעקב אחר קרניים. תכונות אלו הפכו פופולריות בקרב חומרת PC GPU מתקדמת והדור התשיעי של קונסולות משחקי וידאו כגון הפלייסטיישן 5 של סוני ו Xbox Series X/S של מיקרוסופט.

קרדיט תמונה מומלצת: ARM via אננדטק