ARM lielākā instrukciju kopas arhitektūras pārskatīšana pēdējo desmit gadu laikā ir klāt — ARMv9 — ar iebūvētu SVE2 un citiem drošības līdzekļiem.
Šodien, kā daļa no Vision Day pasākuma, ARM atklāja dažas detaļas par savu jauno ARMv9 arhitektūru, ko uzņēmums paredz, ka šajā desmitgadē tiks izmantota vairāk nekā 300 miljardu mikroshēmu.
Pēdējais lielākais ARM ISA pārskatījums bija v8, kas tika ieviests 2011. gada oktobrī ar 64 bitu AArch64 instrukciju kopu. Tomēr ARM gadu gaitā ir paplašinājis ARMv8 ar jaunām funkcijām, piemēram, atmiņas marķēšanu ARMv8.5. Ar ARMv9 uzņēmums ir turpina izmantot AArch64 kā bāzes instrukciju kopu, bet ir paplašinājusi to ar jaunām funkcijām, kuru mērķis ir uzlabot drošību un sniegumu.
Saskaņā ar ARM teikto, šeit ir galvenās jaunās ARMv9-A arhitektūras funkcijas:
- SVE2: mērogojamu vektoru priekšrocību paplašināšana uz daudziem citiem lietošanas gadījumiem
- Realm Management paplašinājums (RME): paplašinot Confidential Compute on Arm platformas visiem izstrādātājiem.
- BRBE: sniedzot profilēšanas informāciju, piemēram, Auto FDO
- Iegultais izsekošanas paplašinājums (ETE) un Izsekošanas bufera paplašinājums (TRBE): uzlabotas izsekošanas iespējas Armv9
- TME: aparatūras transakciju atmiņas atbalsts Arm arhitektūrai
Lai iegūtu dziļāku informāciju par augsta līmeņa izmaiņām, kas saistītas ar ARMv9, iesaku izlasīt Andreja Frumusanu ziņojumus vietnē AnandTech, bet es sniegšu galveno izmaiņu kopsavilkumu, kas jums būtu jāzina.
NEON nomainīja SVE2
NEON ir uzlabots vienas instrukcijas vairāku datu (SIMD) arhitektūras paplašinājums. SIMD šeit attiecas uz vienu instrukciju, kas paralēli darbojas ar vairākiem datu vienumiem. Šie datu vienumi ir sakārtoti reģistros, kuros ir bitu vektori.
Scalable Vector Extensions jeb SVE ir ARMv8.2 vai jaunākas versijas paplašinājums, kas paplašina vektoru apstrādi AArch64 spēja apmierināt augstas veiktspējas skaitļošanas (HPC) uzdevumu un iekārtu skaitļošanas prasības mācīšanās. Svarīgi, ka tas pieļauj arī vektoru reģistra garumus no 128 līdz 2048 bitiem. No programmatūras izstrādes viedokļa mainīga vektoru reģistra garuma ieguvums ir tāds, ka kods ir jāapkopo tikai vienu reizi, lai pilnībā izmantotu nākotnes CPU ar garākiem vektoru reģistriem. Līdzīgi šo kodu var palaist arī CPU ar mazāku SIMD izpildes konveijeru skaitu, piemēram, IoT ierīcēs.
Tā kā SVE bija vairāk paredzēts HPC darba slodzei un nebija tik daudzpusīgs instrukciju komplekts kā NEON, ARM 2019. gada sākumā ieviesa SVE2, lai risinātu šīs problēmas. SVE2 pievienoja jaunas instrukcijas, kas paredzētas DSP darba slodzēm, kuras joprojām ir atkarīgas no NEON. Tagad ar ARMv9 SVE2 pārņem NEON kā ARMv9 centrālo procesoru bāzes funkciju.
Mašīnmācīšanās uzlabojumi
ARM redz, ka nākamajā desmitgadē mašīnmācīšanās darba slodze kļūs arvien populārāka, tāpēc iepriekšējās ARMv8 versijas ieviestas jaunas matricas reizināšanas instrukcijas. Tās būs ARMv9 centrālo procesoru bāzes funkcijas, kas ļaus mazāka apjoma ML darba slodzēm darboties tieši CPU, nevis īpašiem paātrinātājiem. Acīmredzot ML darba slodzes palaišana īpašiem paātrinātājiem ir vēlama, ja dod priekšroku ātrai veiktspējai vai enerģijas efektivitātei, taču ne vienmēr to ir iespējams izdarīt ar visu aparatūru.
ARMv9 konfidenciālā skaitļošanas arhitektūra
Lai uzlabotu drošību, ARMv9 ievieš jaunu konfidenciālu skaitļošanas arhitektūru (CCA). Kā AnandTech skaidro, ARM CCA ir pāreja no pašreizējās programmatūras steka situācijas, kad drošām lietojumprogrammām, kas darbojas ierīcē, ir jāuzticas operētājsistēmai un hipervizoram, kurā tās darbojas. Pašreizējais drošības modelis ir balstīts uz faktu, ka priviliģētāki programmatūras līmeņi var uzraudzīt mazāk priviliģētu programmatūras līmeņu izpilde, kas var būt problemātiska, ja OS vai hipervizors ir kompromitēts.
CCA novērš šo problēmu, dinamiski izveidojot "sfēras", kas ir drošas, konteinerizētas izpildes vides, kas ir necaurredzamas OS vai hipervizoram. Programmas “jomās” var apliecināt savu uzticamību “sfēras pārvaldniekam” — kodam, kas ir daļa no hipervizora lieluma, kurš tagad ir tikai atbildīgs par resursu piešķiršanu un plānošanu. Ieguvums no "jomu" izmantošanas ir tāds, ka tiek samazināta uzticības ķēde, kas ļauj nodrošināt drošību lietojumprogrammas, kas jāpalaiž jebkurā ierīcē neatkarīgi no pamatā esošās OS, kas būs pārredzama drošības jautājumiem.
Avots: ARM. Caur: AnandTech.
Saskaņā ar AnandTech, ARM precīzi nenorādīja, kā "sfēras" tiek atdalītas no OS un hipervizora, taču domā, ka šī atdalīšana izriet no aparatūras nodrošinātām adrešu telpām, ar kurām nevar mijiedarboties viens otru.
Nākotnes ARM CPU un GPU dizaini
Lai gan tas nav tieši saistīts ar ARMv9, ARM dalījās ar prognozētajām veiktspējas cerībām attiecībā uz turpmākajiem CPU dizainiem, kuru pamatā ir v9. Nākamo divu mobilo IP pamata dizainu paaudžu laikā ARM sagaida, ka IPC veiktspēja kopumā palielināsies par 30%. Tas nozīmē, ka faktiskais paaudžu veiktspējas pieaugums ir aptuveni 14%, kā AnandTech skaidro. Skaidrs, ka uzlabojumu temps ir nedaudz palēninājies salīdzinot ar iepriekšējiem gadiem.
Mēs esam redzējuši, kā tādu uzņēmumu kā Qualcomm, Samsung un Huawei CPU ieviešana nesasniedz gaidītās veiktspējas prognozes. jaunu ARM galveno dizainu, uz ko ARM norāda slaidā, kurā sīki aprakstīts, kā var uzlabot CPU veiktspēju, uzlabojot atmiņas ceļu, kešatmiņu vai frekvences.
Avots: ARM. Caur: AnandTech.
Tomēr ARMv9 sola nodrošināt apsveicamus veiktspējas, drošības un mašīnmācīšanās uzlabojumus, kad 2022. gada sākumā komerciālajās ierīcēs tiks piedāvāti jauni CPU, kuru pamatā ir ISA.
Kas attiecas uz turpmākajiem Mali GPU, ARM ir atklājis, ka strādā pie tādām tehnoloģijām kā mainīga ātruma ēnošana (VRS) un staru izsekošana. Šīs funkcijas ir kļuvušas populāras starp augstākās klases datoru GPU aparatūru un devītās paaudzes videospēļu konsolēm, piemēram, Sony PlayStation 5 un Microsoft Xbox Series X/S.
Piedāvātie attēlu kredīti: ARM, izmantojot AnandTech