Arm推出新一代指令集架構(gòu)Armv9，以越來(lái)越強(qiáng)大的安全性和人工智能能力，應(yīng)對(duì)無(wú)處不在的專(zhuān)業(yè)處理需求，這是Arm十年來(lái)最大的技術(shù)革新，上一代的Armv8發(fā)布于2011年10月。Arm表示，Armv9架構(gòu)將在安全性和人工智能方面與英特爾相抗衡。

基于Arm架構(gòu)的芯片出貨量持續(xù)增長(zhǎng)，過(guò)去五年出貨超過(guò)1000億顆。按照這個(gè)增長(zhǎng)速度，全球100%的共享數(shù)據(jù)將很快在Arm芯片上進(jìn)行處理，包括端點(diǎn)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或云中。隨著AI，物聯(lián)網(wǎng)和5G在全球范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展，Armv9中的新功能將加速在每個(gè)應(yīng)用程序中從通用計(jì)算向更專(zhuān)業(yè)的計(jì)算轉(zhuǎn)變。

Arm首席執(zhí)行官Simon Segars表示，Armv9在基于通用計(jì)算的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)自由度和可訪問(wèn)性的基礎(chǔ)上，對(duì)普遍的專(zhuān)業(yè)/安全和強(qiáng)大的處理需求的推動(dòng)下，它將在接下來(lái)的3000億個(gè)基于Arm架構(gòu)的芯片中處于最前沿。

據(jù)悉，Armv9可以動(dòng)態(tài)建立Realms(領(lǐng)域)，以保護(hù)重要數(shù)據(jù)和代碼不受系統(tǒng)其余部分的影響。Armv9將包括SVE2(類(lèi)似于英特爾的AVX指令集)，以協(xié)助機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)。

Arm承諾將在Armv9基礎(chǔ)上提高整體性能，預(yù)計(jì)在接下來(lái)的兩代移動(dòng)和基礎(chǔ)架構(gòu)CPU中，CPU性能將提高30%以上，而硬、軟件改善將進(jìn)一步提高性能。Arm強(qiáng)調(diào)，所有現(xiàn)有軟件都可以在基于Armv9的處理器上運(yùn)行，而不會(huì)出現(xiàn)任何問(wèn)題。但是，隨著行業(yè)從通用計(jì)算向普遍存在的專(zhuān)用處理轉(zhuǎn)變，每年兩位數(shù)的CPU性能提升還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。除了增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)處理能力外，Arm的Total Compute設(shè)計(jì)方法還將通過(guò)針對(duì)性的系統(tǒng)級(jí)硬件和軟件優(yōu)化以及用例（use-case）性能的提高來(lái)加快總體計(jì)算性能。

Arm還表示，Armv9將為圖像和語(yǔ)音識(shí)別等任務(wù)增加人工智能芯片的功能，在該領(lǐng)域，英偉達(dá)公司的芯片表現(xiàn)已經(jīng)超過(guò)了英特爾，并幫助其市值超過(guò)了英特爾。

對(duì)于與英偉達(dá)的合并案，Simon Segars強(qiáng)調(diào)，“我們對(duì)與英偉達(dá)合并未來(lái)感到振奮，將我們無(wú)處不在的計(jì)算平臺(tái)與他們深厚的人工智能專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)合在一起，將帶來(lái)更強(qiáng)的工程能力。 ”

Arm預(yù)計(jì)，第一批基于Armv9的處理器將在今年年底之前上市。

與Armv8 區(qū)別：延續(xù) AArch64 基準(zhǔn)指令集 ，全面性能提升，還有重要擴(kuò)展

安全性升級(jí)對(duì)于 Armv9 來(lái)說(shuō)，其重要性相當(dāng)于 64 位對(duì)于 Armv8。

自 2011 年 10 月 Arm 首次公布 Armv8 架構(gòu)以來(lái)，已經(jīng)有近 10 年的時(shí)間了，這是計(jì)算領(lǐng)域相當(dāng)多變的 10 年，因?yàn)橹噶罴軜?gòu)通過(guò)移動(dòng)領(lǐng)域到服務(wù)器領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多，現(xiàn)在開(kāi)始在筆記本電腦和即將到來(lái)的臺(tái)式機(jī)等消費(fèi)設(shè)備市場(chǎng)上普及。這些年來(lái)，Arm 對(duì) ISA 進(jìn)行了各種更新和擴(kuò)展，有些是重要的，有些也許很容易被忽略。

全新的 Armv9 架構(gòu)，為 Arm 希望在未來(lái)十年成為下一代 3000 億顆芯片的計(jì)算平臺(tái)奠定基礎(chǔ)。

Armv9 與 Armv8 到底有什么區(qū)別，才會(huì)在 ISA 的命名上有如此大的跳躍？

外媒分析稱(chēng)，說(shuō)實(shí)話，單純從 ISA 的角度來(lái)看，v9 可能并不像 v8 相比 v7 那樣有根本性的跳躍，v8 曾用 AArch64 引入了完全不同的執(zhí)行模式和指令集，而 AArch64 比 AArch32 有更大的微觀架構(gòu)影響，比如擴(kuò)展寄存器、64 位虛擬地址空間等許多改進(jìn)。

Armv9 延續(xù)了 AArch64 作為基準(zhǔn)指令集的使用，然而在功能上增加了一些非常重要的擴(kuò)展，值得在架構(gòu)編號(hào)上做一個(gè)增量，可能讓 Arm 也實(shí)現(xiàn)了一種軟件的重新壘砌，不僅是新的 v9 功能，也包括我們這些年看到的各種 v8 擴(kuò)展的發(fā)布。

獲悉，Armv9 擁有三大新支柱，Arm 認(rèn)為新架構(gòu)的主要目標(biāo)是：安全、AI 以及改進(jìn)矢量和 DSP 能力。安全性是 v9 的一個(gè)非常大的話題，值得更深入地介紹新的擴(kuò)展和功能細(xì)節(jié)，但談到 DSP 和 AI 功能，可以是很直接的。

承諾與 Armv9 兼容的新 CPU 最大的新特性可能是開(kāi)發(fā)者和用戶(hù)馬上就能看到的，那就是 SVE2 作為 NEON 的后續(xù)產(chǎn)品的基線。

可伸縮矢量擴(kuò)展，也就是 SVE，在第一次實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，早在 2016 年就宣布了，并首次在富士通的 A64FX CPU 核心中實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在日本的世界第一超級(jí)計(jì)算機(jī)Fukagu就采用了 SVE。SVE 的問(wèn)題在于，這個(gè)新的可變向量長(zhǎng)度 SIMD 指令集的首次迭代范圍相當(dāng)有限，而且更多的是針對(duì) HPC 工作負(fù)載，缺少了許多通用性較強(qiáng)的指令，而這些指令仍然被 NEON 所覆蓋。

SVE2 早在 2019 年 4 月就公布了，希望通過(guò)補(bǔ)充新的可擴(kuò)展 SIMD 指令集所需的指令來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，以服務(wù)于目前仍在使用 NEON（指 128 位 SIMD 單指令多數(shù)據(jù)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)）的更多樣的 DSP 類(lèi)工作負(fù)載。

SVE 和 SVE2 除了增加各種現(xiàn)代 SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）能力之外，好處在于它們的可變向量大小，從 128b 到 2048b 不等，允許可變 128b 粒度的向量，而不管實(shí)際硬件運(yùn)行在什么地方。純粹從矢量處理和編程的角度來(lái)看，這意味著軟件開(kāi)發(fā)者只需要編譯一次代碼，如果未來(lái) CPU 會(huì)出現(xiàn)比如原生 512b 的 SIMD 執(zhí)行流水線，代碼就已經(jīng)可以利用單位的全部寬度了。

另外，同樣的代碼也能在更保守的設(shè)計(jì)上運(yùn)行，并具有更低的硬件執(zhí)行寬度能力，這對(duì) Arm 公司來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)樗麄冊(cè)O(shè)計(jì)了從物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)設(shè)備到數(shù)據(jù)中心的 CPU。此外，它還能在 Arm 架構(gòu)的 32b 編碼空間內(nèi)完成所有這些工作，而在 x86 上的其他實(shí)現(xiàn)則必須根據(jù)向量大小增加新的擴(kuò)展和指令。

機(jī)器學(xué)習(xí)也被視為 Armv9 的一個(gè)重要部分，因?yàn)?Arm 看到未來(lái)幾年越來(lái)越多的 ML 工作負(fù)載將變得普遍。在專(zhuān)用加速器上運(yùn)行 ML 工作負(fù)載自然仍然是性能或能效關(guān)鍵的要求，然而，仍然會(huì)有大量新的較小范圍的 ML 工作負(fù)載采用，這些工作負(fù)載將在 CPU 上運(yùn)行。

矩陣乘法指令是這里的關(guān)鍵，并將代表著在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中看到更大規(guī)模采用的重要一步，作為 v9 CPU 的基線功能。

一般來(lái)說(shuō)，SVE2 可能是保證跳轉(zhuǎn)到 v9 命名法的最重要因素，因?yàn)樗且粋€(gè)更明確的 ISA 功能，在日常使用中區(qū)別于 v8 CPU，這將保證軟件生態(tài)系統(tǒng)去實(shí)際分化現(xiàn)有的 v8 堆棧。這其實(shí)已經(jīng)成為 Arm 在服務(wù)器領(lǐng)域的一個(gè)相當(dāng)大的問(wèn)題，因?yàn)檐浖鷳B(tài)系統(tǒng)仍然是以 v8.0 為基礎(chǔ)的軟件包，可惜缺少了最重要的 v8.1 大系統(tǒng)擴(kuò)展。

讓整個(gè)軟件生態(tài)系統(tǒng)向前發(fā)展，并且能夠假設(shè)新的 v9 硬件具有新架構(gòu)擴(kuò)展的能力，這將有助于推動(dòng)事情的發(fā)展，可能會(huì)解決目前的一些情況。

然而 v9 不僅僅是 SVE2 和新的指令，它還有一個(gè)非常大的重點(diǎn)就是安全，在這里我們會(huì)看到一些比較徹底的變化。

新的 Arm 保密計(jì)算架構(gòu) (CCA)試圖通過(guò)基于硬件的安全環(huán)境保護(hù)敏感數(shù)據(jù)。這些所謂的 “領(lǐng)域”可以動(dòng)態(tài)創(chuàng)建，以保護(hù)重要數(shù)據(jù)和代碼不受系統(tǒng)其余部分的影響。

除了這些更具體的改進(jìn)外，Arm 還承諾在 Armv9 基礎(chǔ)上進(jìn)行更全面的性能提升。該公司預(yù)計(jì)，在未來(lái)兩次迭代中，CPU 性能將提高 30% 以上，并通過(guò)軟件和硬件優(yōu)化進(jìn)一步提升性能。Arm 表示，所有現(xiàn)有軟件都可以在基于 Armv9 的處理器上運(yùn)行，沒(méi)有任何問(wèn)題。

編輯：jq