Архитектура ARMv9 содержит SVE2 и новые функции безопасности.

Ранее сегодня в рамках мероприятия Vision Day компания ARM раскрыла некоторые подробности о своей новой архитектуре ARMv9, которая, как ожидает компания, будет использоваться в более чем 300 миллиардах чипов в этом десятилетии.

Последней крупной версией ISA от ARM была версия v8, представленная в октябре 2011 года с 64-битным набором инструкций AArch64. Однако на протяжении многих лет ARM расширяла ARMv8 новыми функциями, такими как маркировка памяти в ARMv8.5. С ARMv9 компания продолжая использовать AArch64 в качестве базового набора инструкций, но расширив его новыми функциями, направленными на повышение безопасности и производительность.

По данным ARM, вот основные новые функции архитектуры ARMv9-A:

• СВЕ2: распространение преимуществ масштабируемых векторов на множество других случаев использования.
• Расширение управления областью (RME): распространение конфиденциальных вычислений на платформах Arm для всех разработчиков.
• БРБЕ: предоставление информации о профилировании, например Auto FDO.
• Встроенное расширение трассировки (ETE) и Расширение буфера трассировки (TRBE): расширенные возможности трассировки для Armv9.
• ТМЕ: аппаратная поддержка транзакционной памяти для архитектуры Arm.

Для более глубокого изучения высокоуровневых изменений, которые появятся в ARMv9, я рекомендую прочитать отчет Андрея Фрумусану на сайте АнандТех, но я предоставлю краткое изложение ключевых изменений, о которых вам следует знать.

На смену NEON пришел SVE2

NEON — это расширенное расширение архитектуры одной инструкции и нескольких данных (SIMD). SIMD здесь относится к одной инструкции, работающей с несколькими элементами данных параллельно. Эти элементы данных организованы в регистры, содержащие векторы битов.

Масштабируемые векторные расширения, или SVE, — это расширение ARMv8.2 или более поздней версии, расширяющее возможности векторной обработки. способность AArch64 удовлетворять вычислительные требования задач высокопроизводительных вычислений (HPC) и машин обучение. Важно отметить, что он также допускает длину векторных регистров от 128 до 2048 бит. С точки зрения разработки программного обеспечения преимущество переменной длины векторного регистра заключается в том, что код необходимо скомпилировать только один раз, чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами будущих процессоров с более длинными векторными регистрами. Аналогично, этот код также можно запускать на процессорах с меньшим количеством конвейеров выполнения SIMD, например, в устройствах IoT.

Поскольку SVE был больше ориентирован на рабочие нагрузки HPC и не был таким универсальным набором инструкций, как NEON, ARM представила SVE2 в начале 2019 года для решения этих проблем. В SVE2 добавлены новые инструкции, предназначенные для рабочих нагрузок DSP, которые все еще полагаются на NEON. Теперь с ARMv9 SVE2 приходит на смену NEON в качестве базовой функции процессоров ARMv9.

Улучшения машинного обучения

ARM считает, что рабочие нагрузки машинного обучения станут все более популярными в следующем десятилетии, поэтому предыдущие версии ARMv8 представил новые инструкции умножения матриц. Это будут базовые функции процессоров ARMv9, позволяющие рабочим нагрузкам машинного обучения меньшего объема выполняться непосредственно на процессоре, а не на выделенных ускорителях. Очевидно, что выполнение рабочих нагрузок машинного обучения на выделенных ускорителях желательно, когда кто-то предпочитает высокую производительность или энергоэффективность, но не всегда возможно сделать это на всем оборудовании.

Архитектура конфиденциальных вычислений ARMv9

Стремясь повысить безопасность, ARMv9 представляет новую архитектуру конфиденциальных вычислений (CCA). Как АнандТех объясняет, что CCA ARM — это отход от текущей ситуации с программным стеком, когда безопасные приложения, работающие на устройстве, должны доверять ОС и гипервизору, на котором они работают. Текущая модель безопасности построена на том факте, что более привилегированные уровни программного обеспечения могут отслеживать выполнение менее привилегированных уровней программного обеспечения, что может быть проблематичным, если операционная система или гипервизор скомпрометирован.

CCA решает эту проблему путем динамического создания «областей», которые представляют собой безопасные контейнерные среды выполнения, непрозрачные для ОС или гипервизора. Приложения в «областях» могут подтвердить свою надежность «менеджеру области», коду, размер которого составляет лишь часть размера гипервизора, который теперь несет полную ответственность за распределение и планирование ресурсов. Преимущество использования «областей» состоит в том, что цепочка доверия сокращается, что позволяет безопасно приложения для запуска на любом устройстве независимо от базовой ОС, которые будут прозрачны для проблемы с безопасностью.

Источник: АРМ. С помощью: АнандТех.

В соответствии с АнандТехARM не уточнила, как именно «области» отделены от ОС и гипервизора, но они предполагают, что это разделение связано с аппаратными адресными пространствами, которые не могут взаимодействовать с друг друга.

Будущие конструкции процессоров и графических процессоров ARM

Хотя это не имеет прямого отношения к ARMv9, ARM поделилась прогнозируемыми ожиданиями по производительности для будущих моделей процессоров на базе v9. В течение следующих двух поколений мобильных IP-ядер ARM ожидает совокупного прироста производительности IPC на 30%. Это означает, что фактическое увеличение производительности поколений составляет около 14%, поскольку АнандТех объясняет. Очевидно, что темпы улучшения несколько замедлились. по сравнению с предыдущими годами.

Мы видели, как реализации процессоров таких компаний, как Qualcomm, Samsung и Huawei, не достигают ожидаемых прогнозов производительности. новых конструкций ядра ARM, факт, на который ARM указывает на слайде, где подробно описано, как можно повысить производительность ЦП за счет улучшения пути к памяти, кэшей или частоты.

Источник: АРМ. С помощью: АнандТех.

Тем не менее, ARMv9 обещает принести долгожданные улучшения в производительности, безопасности и машинном обучении, когда новые процессоры на базе ISA появятся в коммерческих устройствах в начале 2022 года.

Что касается будущих графических процессоров Mali, ARM сообщила, что работает над такими технологиями, как затенение с переменной скоростью (VRS) и трассировка лучей. Эти функции стали популярными среди высокопроизводительного графического процессора ПК и игровых консолей девятого поколения, таких как PlayStation 5 от Sony и Xbox Series X/S от Microsoft.

Авторы избранных изображений: ARM через АнандТех