第6期 2021/04/15
面向未來(lái) Arm v9架構(gòu)瞄準(zhǔn)下一個(gè)計(jì)算十年
計(jì)算架構(gòu)的“新黃金十年”已經(jīng)開(kāi)啟。上世紀(jì)世紀(jì)80年代，體系結(jié)構(gòu)創(chuàng)新頻頻推出，計(jì)算機(jī)性能得到大量提升，迎來(lái)了第一個(gè)黃金時(shí)代。今天，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算產(chǎn)業(yè)正在迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。
近日，Arm今日宣布推出Arm v9架構(gòu)，以滿足全球?qū)δ苋找鎻?qiáng)大的安全、人工智能（AI）和無(wú)處不在的專用處理的需求。Arm v9立足于Arm v8的成功基礎(chǔ)，是這十年來(lái)最新的Arm架構(gòu)。
Arm首席執(zhí)行官Simon Segars表示，“在展望由AI定義的未來(lái)時(shí)，我們必須夯實(shí)先進(jìn)的計(jì)算基礎(chǔ)，以應(yīng)對(duì)未來(lái)的獨(dú)特挑戰(zhàn)。Arm v9就是我們給出的答案。在通用計(jì)算所具備的經(jīng)濟(jì)性、設(shè)計(jì)自由度和可及性的基礎(chǔ)上，市場(chǎng)需要普適專用、安全而強(qiáng)大的處理能力，這將驅(qū)動(dòng)下一個(gè)3000億個(gè)基于Arm架構(gòu)的芯片發(fā)展，而Arm v9就是這些芯片的技術(shù)先驅(qū)。”
面向人工智能、安全和專用計(jì)算的未來(lái)
基于Arm架構(gòu)的芯片出貨量在持續(xù)加速，過(guò)去五年基于Arm架構(gòu)的設(shè)備出貨量超過(guò)1000億。按照目前的速度，無(wú)論是在終端、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)還是云端，全球100%的共享數(shù)據(jù)很快將會(huì)通過(guò)Arm技術(shù)進(jìn)行處理，如此廣泛的應(yīng)用讓Arm肩負(fù)更多的責(zé)任和使命。
在新的時(shí)代機(jī)遇下，計(jì)算架構(gòu)的革新迫在眉睫，而Arm v9架構(gòu)給出了自己的答案，基于通用計(jì)算具備的經(jīng)濟(jì)性、設(shè)計(jì)自由度和可及性的優(yōu)勢(shì)，提供更多的安全性和性能，順應(yīng)AI、物聯(lián)網(wǎng)和5G在全球范圍內(nèi)的強(qiáng)勁發(fā)展，加速每個(gè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用從通用計(jì)算轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ糜?jì)算。
Arm高級(jí)副總裁、首席架構(gòu)師兼技術(shù)院士Richard Grisenthwaite告訴記者，Arm v9架構(gòu)是基于Arm v8既往成功的基礎(chǔ)，并增添了針對(duì)矢量處理的DSP、機(jī)器學(xué)習(xí)、安全等技術(shù)特性。此外，Arm v9一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是可伸縮矢量擴(kuò)展（SVE2），SVE2增強(qiáng)了對(duì)在CPU上本地運(yùn)行的5G系統(tǒng)、虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)以及ML工作負(fù)載的處理能力。
眾所周知，現(xiàn)在人工智能工作負(fù)載已經(jīng)成為主流。AI工作負(fù)載的普遍性和廣泛性需要更多樣化和專用的解決方案。據(jù)估計(jì)，到21世紀(jì)20年代中期，全球?qū)⒂谐^(guò)80億臺(tái)搭載AI語(yǔ)音輔助的設(shè)備 。且90%或更多設(shè)備上的應(yīng)用程序?qū)珹I元素以及基于AI的界面，如視覺(jué)或語(yǔ)音 。
為了滿足這一需求，Arm與富士通合作開(kāi)發(fā)了可伸縮矢量擴(kuò)展（Scalable Vector Extension，SVE）技術(shù)，并驅(qū)動(dòng)了世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”。在此基礎(chǔ)上，Arm為Arm v9開(kāi)發(fā)了SVE2，以便在更廣泛的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)字信號(hào)處理能力。
SVE2增強(qiáng)了對(duì)在CPU上本地運(yùn)行的5G系統(tǒng)、虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)以及ML工作負(fù)載的處理能力，例如圖像處理和智能家居應(yīng)用。在未來(lái)幾年，Arm將進(jìn)一步擴(kuò)展其技術(shù)的AI能力，除了在其Mali GPU和Ethos NPU中持續(xù)進(jìn)行AI創(chuàng)新外，還將大幅增強(qiáng)CPU內(nèi)的矩陣乘法。
如今我們面臨海量數(shù)據(jù)，除了有效處理數(shù)據(jù)外，數(shù)據(jù)安全問(wèn)題也非常重要。為了解決當(dāng)今最大的技術(shù)挑戰(zhàn)——保護(hù)全球數(shù)據(jù)安全，Arm v9架構(gòu)路線圖引入了Arm機(jī)密計(jì)算架構(gòu)（Confidential Compute Architecture，CCA）。機(jī)密計(jì)算通過(guò)打造基于硬件的安全運(yùn)行環(huán)境來(lái)執(zhí)行計(jì)算，保護(hù)部分代碼和數(shù)據(jù)，免于被存取或修改，甚至不受特權(quán)軟件的影響。
Arm CCA將引入動(dòng)態(tài)創(chuàng)建機(jī)密領(lǐng)域（Realms）的概念，機(jī)密領(lǐng)域面向所有應(yīng)用，運(yùn)行在獨(dú)立于安全或非安全環(huán)境之外的環(huán)境中，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)數(shù)據(jù)安全的目的。例如，在商業(yè)應(yīng)用中，機(jī)密領(lǐng)域可以保護(hù)系統(tǒng)中商用機(jī)密數(shù)據(jù)和代碼，無(wú)論它們正被使用、閑置或正在傳輸中。事實(shí)上，在最近一項(xiàng)針對(duì)企業(yè)高管的Pulse調(diào)查中，超過(guò)九成的受訪者相信，機(jī)密計(jì)算可以幫助降低企業(yè)在安全方面投入的成本，如此一來(lái)，他們可以轉(zhuǎn)而大量的投入工程創(chuàng)新。
微軟Azure Edge和平臺(tái)部門企業(yè)副總裁兼首席技術(shù)官Henry Sanders表示，“隨著從邊緣到云的用例越來(lái)越復(fù)雜，我們已經(jīng)不能用一個(gè)放之四海而皆準(zhǔn)的方案來(lái)解決所有用例。因此，異構(gòu)計(jì)算正變得越來(lái)越普遍，這需要硬件和軟件開(kāi)發(fā)商之間加強(qiáng)協(xié)同。Arm與微軟密切合作開(kāi)發(fā)的Armv9機(jī)密計(jì)算功能就是硬件和軟件之間協(xié)同的一個(gè)很好的范例。Arm處于獨(dú)一無(wú)二的位置，可以在生態(tài)系統(tǒng)的核心加速異構(gòu)計(jì)算，在驅(qū)動(dòng)數(shù)十億設(shè)備的計(jì)算架構(gòu)上促進(jìn)開(kāi)放創(chuàng)新。”
下一個(gè)計(jì)算十年的愿景
在過(guò)去的五年，Arm技術(shù)每年都以超過(guò)業(yè)界的速度提升CPU性能 。Arm在新一代架構(gòu)Arm v9上將保持這個(gè)速度，預(yù)計(jì)未來(lái)兩代移動(dòng)和基礎(chǔ)設(shè)施CPU的性能提升將超過(guò)30%。
然而，隨著行業(yè)從通用計(jì)算向普遍的專用處理發(fā)展，每年兩位數(shù)的CPU性能提升是不夠的。除了增強(qiáng)專用處理能力，Arm的全面計(jì)算（Total Compute）設(shè)計(jì)方法將通過(guò)集中的系統(tǒng)級(jí)硬件和軟件優(yōu)化以及用例性能的提高，加速總體計(jì)算性能。
通過(guò)將全面計(jì)算的設(shè)計(jì)原則應(yīng)用在包含汽車、客戶端、基礎(chǔ)設(shè)施和物聯(lián)網(wǎng)解決方案的整個(gè)IP組合中，Arm v9系統(tǒng)級(jí)技術(shù)將遍及整個(gè)IP解決方案，并改善個(gè)別IP。此外，Arm還在開(kāi)發(fā)多項(xiàng)技術(shù)以提高頻率、帶寬、緩存，并降低內(nèi)存延遲，從而最大限度地提升基于Arm v9的CPU性能。
當(dāng)前，Arm v8正在當(dāng)今需要計(jì)算的領(lǐng)域中驅(qū)動(dòng)最佳的每瓦性能表現(xiàn)。Arm確保了在64位上的v8架構(gòu)中的所有功能均將在v9架構(gòu)中得到支持。此外，從應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，v9架構(gòu)也將支持在32位上的v8架構(gòu)功能。
從某種意義上看，Arm v9架構(gòu)是Arm推出新特性和功能的第一步，這些新特性和功能將提供更高的性能、DSP和ML功能以及增強(qiáng)的安全性，這些功能也將以令人驚嘆的方式展現(xiàn)計(jì)算強(qiáng)大的變革能力。
“這個(gè)強(qiáng)大的變革能力的核心是我們龐大的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)和共享成功的商業(yè)模式。更復(fù)雜的基于AI的工作負(fù)載需求，正在推動(dòng)更安全和專用處理的發(fā)展，這將是打開(kāi)新市場(chǎng)、抓住新機(jī)遇的關(guān)鍵。Arm v9將賦能開(kāi)發(fā)者通過(guò)彌合軟硬件之間的關(guān)鍵差距，構(gòu)建和編程未來(lái)的可信計(jì)算平臺(tái)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，幫助我們的合作伙伴在更快的上市時(shí)間和成本控制之間取得平衡，同時(shí)能夠創(chuàng)建自己獨(dú)特的解決方案。”Richard Grisenthwaite如是說(shuō)。
本文章選自《數(shù)字化轉(zhuǎn)型方略》雜志，閱讀更多雜志內(nèi)容，請(qǐng)掃描下方二維碼
