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全面計算雄心!一文解構“十年磨一劍”的Armv9新架構

發(fā)布時間:2021-08-04 來源:Arm 責任編輯:wenwei

【導讀】近日,在由易維訊主辦的第九屆年度中國電子ICT媒體論壇暨2021產(chǎn)業(yè)和技術展望研討會上,安謀科技高級FAE經(jīng)理鄒偉為業(yè)界深度解讀Arm歷經(jīng)十年打磨才新發(fā)布的針對不同層次算力需求、機器學習(ML)發(fā)展路徑的全新一代Armv9架構,其不僅是Arm架構演進的又一個里程碑,也將成為Arm未來十年及更遠時代推進行業(yè)創(chuàng)新的基礎。
 
全面計算雄心!一文解構“十年磨一劍”的Armv9新架構
安謀科技高級FAE經(jīng)理鄒偉現(xiàn)場演講
 
Armv9:憑何改變高性能計算方式?
 
縱觀半導體設計在過去十多年的發(fā)展,特別是在終端消費等領域,算力帶來的生產(chǎn)力的提升,通過移動互聯(lián)網(wǎng)把大量的計算力放到每一個消費者的手中。與此同時,傳統(tǒng)依賴于人工采集和分析數(shù)據(jù)的過程在第五波計算浪潮中正演變成機器對機器之間的數(shù)據(jù)采集、存儲、分析和服務。由此產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)需要在云端、邊緣側配置更為強大的算力,并通過數(shù)據(jù)中心對獲得的數(shù)據(jù)進行分析、構建和決策。
 
Arm在成為移動浪潮主流架構之外,已進入到邊緣端和云端等新場景,其獨特的定位可為行業(yè)實現(xiàn)穩(wěn)固的安全基礎,同時確保開發(fā)者以最簡便、快速的方式來使用Arm的安全技術。據(jù)鄒偉介紹,截止至2020年底,基于Arm IP的芯片累計售出1800億顆,涵蓋在各行各業(yè)每一個角落,每一個地方。共享的數(shù)據(jù)一定會有一個或多個環(huán)節(jié)經(jīng)過Arm處理器計算,無論是數(shù)據(jù)采集的IoT設備,還是日常使用的手機、智能電腦,甚至服務器、超級計算機等。
 
據(jù)Arm預測,未來十年合作伙伴基于Arm芯片的出貨量將超過3000億,100%的共享數(shù)據(jù)將在Arm芯片上進行處理,無論是在終端還是在云端。因此,亟需一款全新的處理器架構在未來十年內(nèi)改變計算的方式,以提供更高的性能、改善安全功能并增強工作負載功能。
 
全面計算雄心!一文解構“十年磨一劍”的Armv9新架構
鄒偉現(xiàn)場介紹全新Armv9架構特性
 
“為此,Arm正式推出了面向未來十年的新一代架構Armv9,是在目前已經(jīng)廣泛使用的Armv8的基礎上,繼續(xù)使用AArch64作為基準指令集,保持了向下兼容性,在此基礎上分別在安全性、AI與ML以及可伸縮矢量擴展和DSP上做出改進,擴展了應用范圍。”鄒偉表示,“Armv9構架實現(xiàn)的處理器可用于移動計算、HPC高性能計算、汽車和AI等市場等,以滿足全球?qū)δ苋找鎻姶蟮陌踩?、人工智能和專用處理的需求,這意味著基于 Arm 架構的計算技術也將在智能手機以外的市場上獲得領導地位,借助移動生態(tài)系統(tǒng)帶來的巨大規(guī)模優(yōu)勢,在筆記本電腦、臺式機、云等應用領域打造領先的解決方案。”
 
Arm全面計算解決方案賦能終極數(shù)字體驗
 
盡管近些年全球半導體產(chǎn)業(yè)風云變幻,但提供先進算力始終是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本目標。從這個角度來看對芯片設計企業(yè)又將面臨哪些挑戰(zhàn)呢?鄒偉分析道,首先是CPU的負載越來越復雜,多樣化不同的場景中會需求不一樣,每個環(huán)節(jié)面臨的挑戰(zhàn)都不一樣;而摩爾定律雖然減緩,但市場對性能、功耗的追求依然沒有停歇,這也是一大挑戰(zhàn);此外,高昂的掩膜價格以及生產(chǎn)周期變長,設計一款5納米的芯片成本會非常高、生產(chǎn)周期又非常長。“我們希望芯片設計不僅覆蓋當前的應用,也能覆蓋以后的應用,以獲得更長的生命周期,這要求我們通過架構、設計、IP來應對這些客戶遇到的挑戰(zhàn)。”他強調(diào)道。
 
如果賦能終極的數(shù)字體驗是Arm構建未來計算愿景的驅(qū)動力,那Arm提出最新全面計算解決方案則是開啟Armv9時代未來十年之旅的第一步。Arm全面計算解決方案采用系統(tǒng)范圍的整體優(yōu)化方法,橫跨硬件IP、物理IP、軟件、工具和標準,為Arm的合作伙伴提供更為廣泛的選擇,滿足所有終端細分市場的應用場景和成本區(qū)間,讓他們能夠滿懷信心地通過最新的技術,將高性能的產(chǎn)品快速推向市場。
 
全面計算雄心!一文解構“十年磨一劍”的Armv9新架構
 
作為Arm全面計算解決方案的基石,全新的Arm Cortex CPU包括Arm目前性能最強大的Arm Cortex-X2、首款基于Armv9架構的大核CPU Arm Cortex-A710以及Arm過去四年來推出的首款高效率小核Arm Cortex-A510和Armv9-A CPU 群集。為支持生態(tài)系統(tǒng)對于性能的需求,Arm的全球合作伙伴正在努力確保所有app都將在今年年底前支持64位。正如鄒偉在演講中所述,算力多樣化時代,Arm認為CPU的算力水準依然非常重要,它搭建了數(shù)字未來的基礎底座。
 
而在每代CPU性能動輒20-30%的大幅提升背后,是Arm對頻率、帶寬、時延、緩存、工藝水平等各項指標一點點提升的不懈追求,在計算基礎架構的創(chuàng)新上一直牽引著行業(yè)的進展。因此除了提升CPU性能之外,Arm全面計算解決方案同樣希望做系統(tǒng)級的提升,為客戶帶去更好的設計體驗。
 
此外,視覺體驗是消費者與設備交互、并享用設備的關鍵。據(jù)悉,最新的Arm的Mali系列GPU正搭配全面計算解決方案中的Armv9 CPU,可以提供卓越的用戶體驗。據(jù)鄒偉透露,未來Mali系列GPU也將持續(xù)超越大家的期待,帶來光線追蹤技術、可變速率著色VSR技術以及其他高級渲染技術等。
 
全面計算雄心!一文解構“十年磨一劍”的Armv9新架構
 
Arm 的互連技術對于提高系統(tǒng)性能同樣至關重要。最新的CoreLink CI-700一致性互連技術和CoreLink NI-700片上網(wǎng)絡互連技術與Arm CPU、GPU和NPU IP無縫搭配,可跨SoC解決方案增強系統(tǒng)性能。CoreLink CI-700和CoreLink NI-700對新的Armv9-A功能提供硬件級支持,并支持更高的安全性、改進的帶寬和延遲。
 
引入全新安全性功能,守護數(shù)據(jù)核心資產(chǎn)
 
隨著全球聯(lián)網(wǎng)設備激增,芯片的安全性日益重要。對安全性的根本需求是重新思考如何處理安全性,而Armv9架構則通過引入Arm機密計算體系結構(Confidential Compute Architecture, CCA)來重新設計安全應用程序的工作方式。機密計算通過打造基于硬件的安全運行環(huán)境來執(zhí)行計算,保護部分代碼和數(shù)據(jù),免于被存取或修改,甚至不受特權軟件的影響。    
 
鄒偉進一步解釋道,Arm CCA將引入動態(tài)創(chuàng)建機密領域(Realms)的概念,機密領域面向所有應用,運行在獨立于安全或非安全環(huán)境之外的環(huán)境中,是存儲數(shù)據(jù)和執(zhí)行代碼的動態(tài)安全區(qū)域,與操作系統(tǒng)或管理程序的特權模式分離,以實現(xiàn)保護數(shù)據(jù)安全的目的。例如,在商業(yè)應用中,機密領域可以保護系統(tǒng)中商用機密數(shù)據(jù)和代碼,無論它們正被使用、閑置或正在傳輸中。Arm機密計算體系結構建立在Arm的TrustZone技術之上,是軟件容器的硬件版本,允許應用程序輕松地在不同的系統(tǒng)上運行。例如在非安全區(qū)的運行的應用程序可以動態(tài)申請機密領域,以保護自己的算法或數(shù)據(jù)。
 
全面計算雄心!一文解構“十年磨一劍”的Armv9新架構
 
“Arm還與合作伙伴共同開發(fā)平臺安全架構PSA,作為一套標準的威脅模型、措施及時間,提供給終端設計人員使用,它與分級認證相結合后可以讓此設備的采購者對資產(chǎn)的安全性更放心。例如在國內(nèi)我們便和中國信息通信研究院泰爾實驗室等聯(lián)合,以支持基于PSA框架的安全物聯(lián)網(wǎng)解決方案大規(guī)模部署。” 鄒偉補充道。
 
打造新計算時代的大計算平臺
 
除了安全性之外,機器學習也被視為Armv9的重要組成部分,因為在未來幾年中越來越多的機器學習工作負載將變得司空見慣,在機器學習方面Armv9架構支持BFloat16格式,從而更好地去支撐Int8計算和BFloat16?的機器學習;可伸縮矢量擴展2(SVE2)的引入,則能夠更好地幫助開發(fā)者對高階的應用場景進行開發(fā),在處理 5G、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實以及圖像和語音識別等任務負載時具有很大增益。
 
放眼瞬息萬變的數(shù)字世界,智能終端不僅需要具備靈活性強、功耗低的特點,同時還要滿足AI/ML的工作負載需求,這些挑戰(zhàn)正推動更安全和專用處理的發(fā)展,也是打開新市場、抓住新機遇的關鍵。Armv9架構的發(fā)布與全面計算解決方案以安全技術作為基礎,將解鎖整個生態(tài)系統(tǒng)的新體驗,為未來十年構建可信的數(shù)字化服務。
 
全面計算雄心!一文解構“十年磨一劍”的Armv9新架構
 
鄒偉總結到:“新一代Armv9架構將賦能開發(fā)者通過彌合軟硬件之間的關鍵差距,構建和編程未來的可信計算平臺,幫助我們的合作伙伴在更快的上市時間和成本控制之間取得平衡。安謀中國則致力于從技術到生態(tài)全面推動算力革命,并將在自研架構上加大投入,持續(xù)攜手生態(tài)合作伙伴,依托領先的Arm全球生態(tài)深入做強本土研發(fā),持續(xù)賦能本土產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的企業(yè)戰(zhàn)略。” 
 
 
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