Архітектура ARMv9 забезпечує SVE2 і нові функції безпеки

Раніше сьогодні в рамках свого заходу Vision Day ARM розкрила деякі подробиці про свою нову архітектуру ARMv9, яка, як очікується, буде використана в понад 300 мільярдах мікросхем цього десятиліття.

Останньою великою редакцією ISA від ARM була v8, яка була представлена ​​в жовтні 2011 року з 64-розрядним набором інструкцій AArch64. Проте протягом багатьох років ARM розширила ARMv8 новими функціями, такими як тегування пам’яті в ARMv8.5. З ARMv9 компанія є продовжуючи використовувати AArch64 як базовий набір інструкцій, але розширив його новими функціями, спрямованими на підвищення безпеки та продуктивність.

Відповідно до ARM, ось основні нові функції архітектури ARMv9-A:

• SVE2: поширення переваг масштабованих векторів на багато інших випадків використання
• Розширення керування областями (RME): розширення Confidential Compute на платформах Arm для всіх розробників.
• BRBE: надання інформації профілювання, наприклад Auto FDO
• Вбудоване розширення трасування (ETE) і Розширення буфера трасування (TRBE): розширені можливості трасування для Armv9
• TME: апаратна підтримка транзакційної пам'яті для архітектури Arm

Щоб глибше зануритися у зміни високого рівня, які відбуваються з ARMv9, я рекомендую прочитати звіт Андрія Фрумусану за адресою AnandTech, але я надаю короткий виклад ключових змін, про які вам слід знати.

На зміну NEON прийшов SVE2

NEON — це вдосконалене розширення архітектури SIMD (single instruction multiple data). SIMD тут відноситься до однієї інструкції, що працює з кількома елементами даних паралельно. Ці елементи даних організовані в регістри, які містять вектори бітів.

Scalable Vector Extensions, або SVE, є розширенням ARMv8.2 або новішої версії, яке розширює обробку векторів здатність AArch64 відповідати обчислювальним вимогам завдань високопродуктивних обчислень (HPC) і машини навчання. Важливо, що він також допускає довжину векторних регістрів від 128 до 2048 біт. З точки зору розробки програмного забезпечення, перевага змінної довжини векторного регістра полягає в тому, що код потрібно скомпілювати лише один раз, щоб повністю використовувати переваги майбутніх ЦП з довшими векторними регістрами. Подібним чином цей код також можна запускати на процесорах із меншою кількістю конвеєрів виконання SIMD, наприклад у пристроях IoT.

Оскільки SVE був спрямований більше на робочі навантаження HPC, а також не був таким універсальним набором інструкцій, як NEON, ARM представила SVE2 на початку 2019 року для вирішення цих проблем. SVE2 додав нові інструкції, спрямовані на робочі навантаження DSP, які все ще покладаються на NEON. Тепер із ARMv9 SVE2 замінює NEON як базову функцію процесорів ARMv9.

Покращення машинного навчання

ARM бачить, що робочі навантаження машинного навчання стають все більш популярними в наступному десятилітті, ось чому попередні версії ARMv8 представив нові інструкції множення матриць. Це будуть базові функції ЦП ARMv9, які дозволять виконувати робочі навантаження ML меншого обсягу безпосередньо на ЦП, а не на спеціальних прискорювачах. Очевидно, що виконання робочих навантажень ML на виділених прискорювачах бажано, якщо хтось віддає перевагу високій продуктивності або енергоефективності, але це не завжди можливо зробити на всьому обладнанні.

Конфіденційна обчислювальна архітектура ARMv9

Щоб покращити безпеку, ARMv9 представляє нову конфіденційну обчислювальну архітектуру (CCA). як AnandTech пояснює, CCA ARM — це відхід від поточної ситуації стеку програмного забезпечення, коли безпечні програми, що працюють на пристрої, мають довіряти ОС і гіпервізору, на яких вони працюють. Поточна модель безпеки побудована на тому, що більш привілейовані рівні програмного забезпечення можуть контролювати виконання менш привілейованих рівнів програмного забезпечення, що може бути проблематичним, якщо ОС або гіпервізор працюють скомпрометовано.

CCA вирішує цю проблему шляхом динамічного створення «областей», які є безпечними контейнерними середовищами виконання, непрозорими для ОС або гіпервізора. Програми в межах «областей» можуть засвідчити свою надійність перед «менеджером областей», кодом, розмір якого становить незначну частину розміру гіпервізора, який тепер відповідає виключно за розподіл ресурсів і планування. Перевага використання «сфер» полягає в тому, що ланцюжок довіри скорочується, що забезпечує безпеку програми для запуску на будь-якому пристрої незалежно від основної ОС, яка буде прозорою для питання безпеки.

Джерело: ARM. Через: AnandTech.

Відповідно до AnandTech, ARM не розповіла, як саме "сфери" відокремлені від ОС і гіпервізора, але вони припускають, що це розділення пов’язане з адресними просторами з апаратною підтримкою, з якими не можна взаємодіяти один одного.

Майбутні дизайни ЦП і ГП ARM

Незважаючи на те, що це не пов’язано безпосередньо з ARMv9, ARM поділилася своїми прогнозованими очікуваннями продуктивності для майбутніх дизайнів ЦП на базі v9. Протягом наступних двох поколінь дизайну ядра мобільного IP ARM очікує загальний приріст продуктивності IPC на 30%. Це означає, що фактичний приріст продуктивності покоління становить приблизно 14%, як AnandTech пояснює. Очевидно, темпи покращення дещо сповільнилися порівняно з попередніми роками.

Ми бачили, як впровадження ЦП такими компаніями, як Qualcomm, Samsung і Huawei, не досягає очікуваної продуктивності нових дизайнів ядра ARM, факт, який ARM вказує на слайді, де детально описано, як продуктивність процесора можна покращити шляхом покращення шляху пам’яті, кешу чи частоти.

Джерело: ARM. Через: AnandTech.

Тим не менш, ARMv9 обіцяє принести бажані покращення продуктивності, безпеки та машинного навчання, коли нові процесори на основі ISA постачатимуться на комерційних пристроях на початку 2022 року.

Що стосується майбутніх графічних процесорів Mali, ARM розкрила, що працює над такими технологіями, як затінення зі змінною швидкістю (VRS) і трасування променів. Ці функції стали популярними серед комп’ютерного графічного обладнання високого класу та дев’ятого покоління ігрових консолей, таких як PlayStation 5 від Sony і Xbox Series X/S від Microsoft.

Рекомендовані зображення: ARM через AnandTech