10年重大更新！对决英特尔，ARM v9架构正式发布

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　　文/LQ，yaxin

　　来源：新智元（ID: AI_era）

       10年，ARM终于上新了！

　　今天，ARM推出了全新的Armv9架构，这是自Armv8十年前推出后，该架构首次重大变革。

　　Armv9架构将会给接下来两代芯片带来30%的性能提升。

　　作为芯片架构公司，ARM把芯片设计授权给其他家公司。过去五年，这些公司的芯片出货量已达1000亿。

　　英伟达正在以400亿美元收购这家总部位于英国剑桥的ARM，但目前仍在等待监管机构的批准。

　　此次发布会上，Arm首席执行官Simon Segars介绍，Armv9是未来3000亿个Arm芯片的基础。迄今为止，Arm芯片的出货量已经超过1800亿个，这些芯片的使用覆盖全球70%以上的人口。

　　此次上新关乎未来十年计算机技术的发展。

Armv9

　　Armv9架构的处理器平衡了通用计算设备与处理数字信号和机器学习等任务的专用处理器的经济性、设计自由性和可访问性优势三方面。

　　Armv9还将安全和人工智能功能提升到了一个新的水平。

Simon Segarsis CEO of Arm

　　Arm 在2011年推出了Armv8架构，成为其历史上最成功的平台，成为智能手机芯片、物联网设备和各种工业设备的基础。公司拥有6500多名员工，其中80%是工程师。

　　按照目前的速度，世界上100% 的共享数据将很快都会在Arm上处理; 无论是在端点，在数据网络还是在云端。

　　随着全球范围内的人工智能、物联网和5G技术的发展，Armv9的新功能将加速从通用计算向更专业化计算的转变。

　　2011年，Arm推出了64位处理架构，使Arm设备能够从低功耗移动设备飞跃到高端超级计算机。

　　首席架构师Richard Grisenthwaite在发布会上表示：Arm架构不是静态的。我们不断创新和发展，以满足计算世界不断变化的需求，在我们这个联系日益紧密的世界里，我们看到Arm处理器在各个阶段都得到了应用。

　　数据收集通常从基于Arm配置流程的超低功耗物联网设备开始，或者从基于Arm的智能手机开始，事实上我们所有人都随身携带这些设备。Arm仍然是首选的处理器。

　　安全是计算机最大的挑战

Arm的机密计算架构旨在使计算机内部更加安全

　　为了解决当今最大的技术挑战ーー保证全世界数据的安全，Armv9路线图引入了Arm Confidential Compute Architecture (CCA)。

　　机密计算通过在基于硬件的安全环境中执行计算，保护部分代码和数据在使用时不被访问或修改，甚至不被特权软件访问。

　　Arm CCA将引入动态创建的Realms，所有应用程序都可以使用Realms，它独立于安全和非安全领域。

　　Segars介绍，Realms很像软件容器，以某种方式隔离代码，但有硬件支持。

　　例如，在业务应用程序中，当商业敏感数据和代码处于使用、休息和传输状态时，Realms可以保护它们不受系统其他部分的影响。

　　在最近的一项对企业高管的调查中，超过90% 的受访者认为，如果机密计算可用，安全成本可以降低，他们愿意大幅增加对工程创新的投资。

　　Grisenthwaite说: “Arm机密计算架构将引入动态创建的Realms的概念，在一个单独的计算世界中可以被普通程序使用，而不是像我们现在这样不安全或者安全的世界。Realms使用少量的信任和可测试的管理软件，这些软件与操作系统本质上是分离的。”

　　AI无处不在

　　人工智能工作负载的普遍性和范围要求更加多样化和专业化的解决方案。

　　例如，预计，到2025年，将有超过80亿台支持人工智能的语音辅助设备投入使用，90%或更多的设备应用程序将包含人工智能元件以及基于人工智能的界面，如视觉或语音。

　　为了满足这一需求，Arm与富士通合作开发了可伸缩矢量扩展(SVE)技术，这是世界上最快的超级计算机富岳（Fugaku）的核心。

超级计算机富岳（Fugaku）

　　在这项工作的基础上，Arm开发了针对Armv9的SVE2，以使增强的机器学习和数字信号处理(DSP)能力在更广泛的应用领域中得到应用。

　　Moor Insights & Strategies的分析师Patrick Moorhead表示: “我对新一代 Arm 指令集和技术能力感到兴奋。就性能而言，Arm使得将机器学习能力集成到最终产品中变得更加容易。重要的是要认识到，对于大多数性能案例，尤其是CPU，更多的是关于设计的体系结构而不是指令集。所以换句话说，芯片设计者仍然需要构建一些高性能的东西。安全性也在显著提高，如果我们今天能够完全启用这些技术，它可以抵御大多数已知的攻击。我还认为Arm考虑到了Realms的未来，尽管它不会在立即上市。”

　　SVE2增强了5G系统的处理能力，VR和AR，以及机器学习的工作负载运行在本地的CPU，如图像处理和智能家居应用程序。

　　在接下来的几年里，Arm将进一步扩展其技术的人工智能能力，除了在其Mali GPU和Ethos NPU中不断进行人工智能创新外，还将在 CPU 内部的人工智能矩阵乘法中进行大幅增强。

　　Segars指出，一个多世纪以来，江森自控(Johnson Controls)一直致力于建筑物自动化和控制设备的开发。

　　他们是基于Arm芯片的主要用户，现在我们正在和他们讨论今天推出的新的 Armv9架构所带来的增强的人工智能和安全特性, JC目前正在考虑的一项升级是使用AI 驱动的数字孪生实时监控公司内部的关键设备，并在云中汇总数据。

　　江森自控已经使用 Arm 芯片来管理制冷系统，并将能源消耗降低了50% 以上。

　　Segars还说，基于Arm的设备可以证明已经有人接种了新冠疫苗。智能手机可以用来存储医疗信息，但为了适应这一点，Segars说，他希望在手机上运行先进的加密技术，这在今天是不可能的。他希望像内存标签这样的功能能够帮助消除内存安全问题。

　　Segars说: “我们的第一款带有 Armv9处理器的智能手机将于今年年底上市。”

　　除了安全性，Armv9还支持专门的AI、 DSP和XR工作负载。

　　Segars还预计“Arm与英伟达的合并”将推动图形计算等领域的发展。

　　性能最大化

　　在过去的五年里，Arm的设计每年都以超过业界的速度提高CPU性能，Arm仍将在Armv9时代继续保持这一势头，在未来两代移动和基础设施CPU中，预计CPU性能将提高“30%”以上。

　　然而，随着行业从通用计算转向一般应用的专业处理，每年两位数的CPU性能提升是“不够”的。

　　随着专业化处理的加强，Arm的全计算设计方法将通过集中的系统级硬件和软件优化以及用例性能的提高来加速整体计算性能。

　　通过将Total Compute设计原则应用于整个IP组合，包括汽车、客户、基础设施和物联网解决方案，Armv9系统级技术将跨越整个IP解决方案，并改进单个IP。

　　此外，Arm正在开发几种技术，以增加频率、带宽和缓存大小，并减少内存延迟，以最大限度地提高基于Armv9的CPU的性能。

　　Linley集团首席分析师Linley Gwennap在一封电子邮件中说：“发布会披露的细节很少。Realm应该提高安全性，特别是对于多用户云系统(如亚马逊网络服务) ，内存保护的东西听起来很有意思，但看起来可能还要好几年才能实现。总之，v9提供的改进比 v8小得多。”

　　计算机技术的下一个十年

Arm在英国剑桥的科技园

　　ARM CEO说，经历了新冠，我们需要建立一个本质上更具韧性的世界。在计算机领域，最迫切的需求之一是扩展云计算的数据处理能力。

　　转变云计算关乎不同，特别是在传统的耗电数据中心芯片的效能功耗比上。

　　ARM收集了来自客户的支持意见，这些客户包括Ampere、 Cadence、 Crytek、富士康、富士通、谷歌、Marvell、联发科、Nvidia、NXP、 Oppo、 Red Hat、瑞萨电子、三星、西门子、 Synopsys、联合技术、 Vivo、 VMware 和小米集团。

　　不过，华为并不在这些客户之列。

　　难道之前的传言是真的？

　　v9架构被停授权？华为海思何去何从

　　ARM是全球领先的半导体知识产权 (IP) 提供商。全世界超过 95% 的智能手机和平板电脑都采用 ARM 架构。当前，英特尔、苹果、华为海思都是ARM的主要客户。

　　去年，苹果发布的新款Mac就采用了ARM 架构的自研芯片M1。

　　ARM主要做的就是设计ARM处理器，它的处理器采用精简指令集，通过对计算机底层运行的精简，让处理器变得更加高效。

　　2019年，在美国将华为列入实体清单之后，ARM公司就暂停了与华为的业务，禁止其购买美国技术。

　　ARM原本是一家英国公司，2016年7月被孙正义的软银收购，并在中国成立了合资公司。

　　但为何还受到美国禁令的影响呢？ARM曾表示，其设计包含了美国原产技术。

　　我们知道，华为海思开发的大多数内部芯片，包括麒麟芯片、服务器、摄像头和路由器中使用的芯片都基于Arm架构。

　　紧接着，ARM中国出来表示，不论是之前的V8架构还是后续架构（v9架构），都是基于英国的技术，我们从未停止向华为供货。

　　ARM如果停止对华为授权，那华为海思将受到怎样的影响？

　　目前，华为海思只负责设计芯片，生产和封测都是交给像台积电半导体生产制造商。

　　ARM本身不做实体产品，而是卖的销售技术授权，为海思、高通等IC厂家提供授权。

　　ARM的授权大致分为两种一种是指令集授权，一种是微架构授权，ARM主要就是靠授权费和版税来盈利。

　　所以，华为如果被ARM停止授权，若是想要在自家产品保持竞争力。华为就需要在完成在ARM+竞争对手工作量。

　　即使 ARMV9 封杀华为，那也不用担心，备胎转正的高光时刻真来了。

　　幸好的是，华为早有准备，华为早已准备好自己的备胎CPU、NPU，也就是说，华为不怕ARM停止授权。

　　再加上，华为已经获得了ARM8架构的永久授权，ARM8是ARM公司的32/64位指令集，目前的处理器都是这一指令集的产物。

　　即便是ARM断供，华为可以完全自主设计ARM处理器，掌握核心技术和完整知识产权，具备长期自主研发ARM处理器的能力，不受外界环境制约。

　　也就是说，即便ARM迫于某些压力不再授权ARM指令集给华为，华为几乎不会受到影响。

　　参考资料：

　　https://venturebeat.com/2021/03/30/armv9-is-arms-first-major-architectural-update-in-a-decade/

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