ARMv9 architektūra suteikia SVE2 ir naujų saugos funkcijų

Anksčiau šiandien, kaip „Vision Day“ renginio dalis, ARM atskleidė kai kurias detales apie savo naująją ARMv9 architektūrą, kuri, bendrovės manymu, šį dešimtmetį bus naudojama daugiau nei 300 milijardų lustų.

Paskutinė didelė ARM ISA versija buvo v8, kuri buvo pristatyta 2011 m. spalį su 64 bitų AArch64 instrukcijų rinkiniu. Tačiau ARM bėgant metams išplėtė ARMv8 su naujomis funkcijomis, tokiomis kaip atminties žymėjimas ARMv8.5. Su ARMv9 įmonė yra ir toliau naudoja AArch64 kaip bazinį instrukcijų rinkinį, bet išplėtė jį naujomis funkcijomis, kuriomis siekiama pagerinti saugumą ir spektaklis.

Anot ARM, čia yra pagrindinės naujos ARMv9-A architektūros funkcijos:

• SVE2: keičiamo dydžio vektorių pranašumų išplėtimas į daug daugiau naudojimo atvejų
• Realm Management Extension (RME): išplečiant Confidential Compute on Arm platformas visiems kūrėjams.
• BRBE: teikia profiliavimo informaciją, pvz., Auto FDO
• Embedded Trace Extension (ETE) ir Trace Buffer Extension (TRBE): patobulintos Armv9 sekimo galimybės
• TME: aparatinės įrangos operacinės atminties palaikymas Arm architektūrai

Norėdami giliau pasinerti į aukšto lygio pokyčius, ateinančius su ARMv9, rekomenduoju perskaityti Andrejaus Frumusanu reportažą adresu AnandTech, bet pateiksiu pagrindinių pakeitimų, apie kuriuos turėtumėte žinoti, santrauką.

NEON pakeitė SVE2

NEON yra pažangus vienos instrukcijos kelių duomenų (SIMD) architektūros plėtinys. SIMD čia reiškia vieną komandą, kuri lygiagrečiai veikia keliais duomenų elementais. Šie duomenų elementai yra suskirstyti į registrus, kuriuose yra bitų vektoriai.

Scalable Vector Extensions arba SVE yra ARMv8.2 ar naujesnės versijos plėtinys, praplečiantis vektorių apdorojimą AArch64 gebėjimas patenkinti didelio našumo skaičiavimo (HPC) užduočių ir mašinos skaičiavimo reikalavimus mokymasis. Svarbu tai, kad jis taip pat leidžia vektorinių registrų ilgius nuo 128 iki 2048 bitų. Programinės įrangos kūrimo požiūriu, kintamo vektorinio registro ilgio pranašumas yra tas, kad kodą reikia kompiliuoti tik vieną kartą, kad būtų galima išnaudoti visas būsimų procesorių su ilgesniais vektorių registrais pranašumais. Panašiai tą kodą taip pat galima paleisti procesoriuose, kuriuose yra mažiau SIMD vykdymo vamzdynų, pvz., daiktų interneto įrenginiuose.

Kadangi SVE buvo labiau skirtas HPC darbo krūviams ir taip pat nebuvo toks universalus instrukcijų rinkinys kaip NEON, ARM pristatė SVE2 2019 m. pradžioje, kad išspręstų šias problemas. SVE2 pridėjo naujas instrukcijas, skirtas DSP darbo krūviams, kurie vis dar priklauso nuo NEON. Dabar su ARMv9 SVE2 pakeičia NEON kaip pagrindinę ARMv9 procesorių funkciją.

Mašininio mokymosi patobulinimai

ARM mato, kad mašininio mokymosi darbo krūviai per ateinantį dešimtmetį taps vis populiaresni, todėl ankstesnės ARMv8 versijos pristatė naujas matricos daugybos instrukcijas. Tai bus pagrindinės ARMv9 procesorių funkcijos, leidžiančios mažesnės apimties ML darbo krūvius paleisti tiesiai CPU, o ne tam skirtuose greitintuvuose. Akivaizdu, kad ML darbo krūvį reikia paleisti specialiuose greitintuvuose, kai pirmenybė teikiama greitam veikimui arba energijos vartojimo efektyvumui, tačiau tai ne visada įmanoma padaryti naudojant visą aparatinę įrangą.

ARMv9 konfidenciali skaičiavimo architektūra

Siekdama pagerinti saugumą, ARMv9 pristato naują konfidencialią skaičiavimo architektūrą (CCA). Kaip AnandTech paaiškina, ARM CCA yra perėjimas nuo dabartinės programinės įrangos krūvos situacijos, kai saugios įrenginyje veikiančios programos turi pasitikėti OS ir hipervizoriumi, kuriuose jos veikia. Dabartinis saugumo modelis pagrįstas tuo, kad privilegijuotesnės programinės įrangos pakopos gali stebėti mažiau privilegijuotų programinės įrangos lygių vykdymas, o tai gali būti problematiška, kai OS arba hipervizorius susikompromitavo.

CCA išsprendžia šią problemą dinamiškai kurdama „sritis“, kurios yra saugios, talpykloje supakuotos vykdymo aplinkos, nepermatomos OS arba hipervizoriui. „Srityse“ esančios programos gali patvirtinti savo patikimumą „srities valdytojui“ – kodui, kuris sudaro tik dalį hipervizoriaus dydžio, kuris dabar yra vienintelis atsakingas už išteklių paskirstymą ir planavimą. „Sferų“ naudojimo pranašumas yra tas, kad sumažėja pasitikėjimo grandinė, leidžianti saugiai programas, kurios bus paleistos bet kuriame įrenginyje, nepaisant pagrindinės OS, kuri bus skaidri saugumo klausimais.

Šaltinis: ARM. Per: AnandTech.

Pagal AnandTech, ARM tiksliai nepaaiškino, kaip „sritys“ yra atskirtos nuo OS ir hipervizoriaus, tačiau spėlioja, kad šis atskyrimas kyla iš aparatinės įrangos palaikomų adresų erdvių, su kuriomis negalima sąveikauti vienas kitą.

Būsimi ARM procesoriaus ir GPU dizainai

Nors jis nėra tiesiogiai susijęs su ARMv9, ARM pasidalijo savo numatomais našumo lūkesčiais, susijusiais su būsimų v9 pagrindu sukurtų procesorių dizainu. Per kitas dvi mobiliojo IP pagrindinio dizaino kartas ARM tikisi iš viso 30 % padidinti IPC našumą. Tai reiškia, kad tikrasis kartų našumo padidėjimas siekia apie 14%, kaip AnandTech paaiškina. Akivaizdu, kad tobulėjimo tempas šiek tiek sulėtėjo palyginti su ankstesniais metais.

Matėme, kaip tokių kompanijų kaip „Qualcomm“, „Samsung“ ir „Huawei“ procesoriaus diegimas nepasiekia laukiamų našumo prognozių. naujų ARM pagrindinių dizainų, tai faktas, kurį ARM nurodo skaidrėje, kurioje išsamiai aprašoma, kaip galima pagerinti procesoriaus našumą gerinant atminties kelią, talpyklas ar dažnius.

Šaltinis: ARM. Per: AnandTech.

Vis dėlto, ARMv9 žada patobulinti našumą, saugą ir mašininį mokymąsi, kai 2022 m. pradžioje komerciniuose įrenginiuose bus pristatyti nauji CPU, pagrįsti ISA.

Kalbant apie būsimus Malio GPU, ARM atskleidė, kad dirba su tokiomis technologijomis kaip kintamo greičio šešėliavimas (VRS) ir spindulių sekimas. Šios funkcijos tapo populiarios tarp aukščiausios klasės kompiuterių GPU aparatinės įrangos ir devintos kartos vaizdo žaidimų pultų, tokių kaip Sony PlayStation 5 ir Microsoft Xbox Series X/S.

Teminiai vaizdo kreditai: ARM per AnandTech