科技瞭望臺：Arm v9會帶來什么改變

　　在2011年，Arm發(fā)布了新一代Arm V8架構(gòu)，在幾年后的蘋果iPhone 5S上，蘋果基于Arm v8架構(gòu)所打造的A7 SOC憑借一系列的新特性還有全新的64位應(yīng)用支持，在手機(jī)市場上取得了獨(dú)特的優(yōu)勢，大殺四方。而在十年后的2021年，ARM 推出了全新一代的Arm V9架構(gòu),全新的Arm V9將會帶來什么新特性的加入，對于ARM來說還會帶來什么改變？本期科技瞭望臺就讓我們一起遠(yuǎn)望Arm V9所帶來的改變。

　　01/Arm V9有何不同？

　　本次Arm 推出的Arm V9目標(biāo)重點(diǎn)在三個(gè)部分：第一個(gè)是安全性方面的提升、第二個(gè)是更進(jìn)一步的AI性能、第三個(gè)是整體性能速度的提升。

　　我們先來看第一個(gè)方面，在安全性部分上，Arm V9加入了包括內(nèi)存標(biāo)簽(memory tagging)和域管理(Realm management) 在內(nèi)的關(guān)鍵內(nèi)容，進(jìn)一步提供了內(nèi)存方面的安全性，并且在有關(guān)安全性方面的數(shù)存放上，創(chuàng)建了更進(jìn)一步的保險(xiǎn)容器機(jī)制。除此之外，全都的Arm V9還引入了新的Arm保密計(jì)算架構(gòu)(CCA)，這一個(gè)Arm保密計(jì)算架構(gòu)(CCA)通過基于硬件的安全環(huán)境保護(hù)敏感數(shù)據(jù)。可動態(tài)創(chuàng)建各種需要調(diào)用的域，在域中可對所得的代碼進(jìn)行使用，其余的內(nèi)容無法被使用調(diào)配，以保護(hù)重要數(shù)據(jù)和代碼不受影響。

　　而在AI性能和整體速度的提升上，Arm認(rèn)為在未來幾年中越來越多的ML工作負(fù)載（機(jī)器學(xué)習(xí)負(fù)載）將變得司空見慣。更多的AI會在各種領(lǐng)域進(jìn)行更進(jìn)一步的應(yīng)用，而在AI性能提升的同時(shí)，也需要配備更進(jìn)一步的性能。由此引入了全新的升級。

　　在Arm V9上，Arm引入了SVE2指令集（SVE 可伸縮向量擴(kuò)展），SVE2指令集相比SVE的128位矢量，SVE2可以支持多倍128位運(yùn)算，最多2048位，因此SVE2可以增強(qiáng)ML機(jī)器學(xué)習(xí)、DSP信號處理能力，提升了未來5G、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)以及CPU本地運(yùn)行ML的性能。通過SVE2指令集的加入，Arm V9能支持更進(jìn)一步的矩陣卷積算法，且將SVE2指令集的部分性發(fā)揮在AI上，使得Arm V9在AI性能和其他應(yīng)用上取得更好的表現(xiàn)。

　　Arm V9整體比起Arm V8來說，并沒有從Arm V7向Arm V8之間的升級那么明顯，雖然有諸如領(lǐng)域管理拓展、內(nèi)存拓展等一系列的功能，但在其中最為大的差距就是全新的SVE2指令集的加入。所以外媒認(rèn)為此次從V8升級到V9的ISA（指令集架構(gòu) Instruction Set Architecture），SVE2指令集是一個(gè)關(guān)鍵。

　　02/跟隨Arm V9推出的硬件

　　在Arm V9推出的同時(shí)，采用Arm V9指令集架構(gòu)的硬件也被同步推出。ARM 推出了Cortex X2、Cortex A710以及Cortex A510這三個(gè)公版的全新核心。

　　我們先看Arm推出的Cortex X2核心，這一個(gè)核心延續(xù)了Cortex X1目前的大核定位。在官方的PPT對比上，Cortex X2相比較于Arm自家推出的Cortex X1有了接近16%的IPC提升。但是如果我們仔細(xì)看可以發(fā)現(xiàn)，在AERM官方的對比上是8MB L3（三級緩存） 的Cortex X2去對比4MB L3的Cortex X1而得到的16% IPC提升，所以在實(shí)際的提升方面并不會高出很多。而在功耗方面，Arm官方展示在同一個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)的情況下，Cortex X2核心所需的更好將比Cortex X1核心高出22%，在這種情況下，若如不對制程工藝進(jìn)行升級，以現(xiàn)階段的工藝對Cortex X2核心進(jìn)行制造生產(chǎn)，必然又是功耗增大而導(dǎo)致一系列的翻車問題，對于不少的廠家來說有如噩夢一般。

　　然后是Arm推出的Cortex A710核心，在Cortex X系列核心推出前，Cortex A7XX系列是Arm系列中的大核心，在Cortex X推出后，Cortex A7XX系列核心在目前就是被定為中核的規(guī)格。

　　Cortex A710核心整體和此前推出的Cortex A78核心相比較，更像是一個(gè)全新的補(bǔ)丁修正提升版本。Cortex A710核心重點(diǎn)是對于分支預(yù)測計(jì)算性能的提升還有在分支預(yù)測緩存方面的緩存提升。并且Arm官方也宣稱Cortex A710核心擁有更進(jìn)一步的能耗比提升。

　　而從Arm官方的對比來看，Cortex A710(8MB L3)相比較Cortex A78（4MB L3）提升了接近10%的整體性能，在達(dá)到同樣性能的情況下，功耗降低了30%。但是如果我們考慮到對比中的差異的話，那么實(shí)際的產(chǎn)品還有怎么樣的表現(xiàn)，就需要打一個(gè)問號了。

　　最后是Arm推出的Cortex A510核心，在官方的定位中，其屬于小核的分類中。在Cortex A510上，出現(xiàn)了有所不同的地方，Cortex A510采用的是兩顆核心為一組的設(shè)計(jì)，兩兩一組之間共享L2緩存以及浮點(diǎn)性能。SVE2之類的支持等特性，這一點(diǎn)類似于AMD早年推出的推土機(jī)架構(gòu)，也是采用了兩兩一組的共享L2之類的設(shè)計(jì)。而至于會帶來什么樣實(shí)際的提升和一系列的有關(guān)內(nèi)容，還需要等待全新產(chǎn)品的出現(xiàn)。

　　除了CPU核心之外，Arm還對旗下的Mali系列GPU進(jìn)行了更新，推出了G710、G610、G510、G310。其中的G710是G78后的直接繼任者，定位于旗下的高端旗艦。而G610是定位比G710低一檔的產(chǎn)品，是定位于高端的產(chǎn)品。G510則是接任G57定位于中端產(chǎn)品。G310是接替G31的入門級產(chǎn)品，將主要面向智能電視以及部分的場景需求。

　　03/展望未來

　　在現(xiàn)階段，接入谷歌Play生態(tài)的APP已經(jīng)是全部轉(zhuǎn)為64位應(yīng)用。但是在國內(nèi)，由于各大應(yīng)用數(shù)量的眾多且分發(fā)平臺較為分散，所以在現(xiàn)階段還是存在不少的32位APP。Arm此次基于Arm V9推出的Cortex X2、Cortex A710以及Cortex A510中，Cortex X2以及Cortex A510只有對于AArch64的支持，也就是說只對64位應(yīng)用進(jìn)行支持。而根據(jù)Arm官方的說法的，為了部分地區(qū)的需求Cortex A710并非只對AArch64進(jìn)行支持，而是對AArch32也進(jìn)行了支持，也就是說其中的Cortex A710還能實(shí)現(xiàn)對32位應(yīng)用的兼容。從Arm 一系列規(guī)范來看，國內(nèi)的應(yīng)用更要進(jìn)一步的加速升級至64位應(yīng)用，才能對核心性能進(jìn)行更好的利用，而不是只是將性能負(fù)載放置在Cortex A710上。

　　Arm官方也宣布了對于未來的的展望，Arm預(yù)測未來十年合作伙伴基于ARM芯片的出貨量將超過3000億。Arm正致力于將Arm v9技術(shù)引入各個(gè)領(lǐng)域，以系統(tǒng)級設(shè)計(jì)最大程度地提高性能。借助移動生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模優(yōu)勢，在筆記本電腦、臺式機(jī)、云等應(yīng)用領(lǐng)域打造領(lǐng)先的解決方案。” Arm v9 還希望延伸到5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、以及更多終端與車載架構(gòu)計(jì)算。

　　對于國內(nèi)的廠家來說，Arm 官方宣布，經(jīng)過了一系列的技術(shù)審查，Arm v9架構(gòu)不受美國出口管理?xiàng)l例(EAR)的約束。所以對于受到美國打壓的企業(yè)來說，依然可以購買到Arm V9的授權(quán)，在這一個(gè)IP上進(jìn)行一系列的后續(xù)開發(fā)。

　　此次Arm推出的產(chǎn)品還是屬于初級階段，后續(xù)Arm應(yīng)該會對處理器和GPU之類的內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的更新，以發(fā)揮更進(jìn)一步的性能。