對(duì)于全新的 Armv9 架構(gòu)，ARM 公司 CEO 西蒙 · 塞加斯(Simon Segars)表示，「v9 架構(gòu)將提升安全性和信任度，并為未來(lái)十年的計(jì)算機(jī)技術(shù)奠定基礎(chǔ)?！?/p>

　　ARM 公司正式宣布推出全新的 Armv9 架構(gòu)，這是自 2011 年 10 月推出 Armv8 架構(gòu)近十年之后，該公司對(duì)其 CPU 架構(gòu)的首次重大調(diào)整變革。多年來(lái)，ARM 公司一直對(duì)指令集架構(gòu)進(jìn)行各種更新和擴(kuò)展。該公司表示，本次 v9 架構(gòu)旨在為移動(dòng)端設(shè)備、計(jì)算機(jī)和服務(wù)器提供更強(qiáng)的算法支持。

　　Arm 架構(gòu)的發(fā)展歷程。

　　全新的 Armv9 架構(gòu)有三個(gè)側(cè)重點(diǎn)，分別是 AI、矢量和 DSP 性能改進(jìn)、安全性。在具體細(xì)節(jié)上，Armv9 架構(gòu)沿用 AArch64 基準(zhǔn)指令集，并在功能方面添加了一些非常重要的擴(kuò)展，從而確保 ARM 公司增加架構(gòu)編號(hào)，并針對(duì) v9 架構(gòu)新特征以及多年來(lái)發(fā)布的各種 v8 架構(gòu)擴(kuò)展進(jìn)行軟件層面的基準(zhǔn)重定。

　　據(jù) ARM 公司表示，未來(lái) Armv9 架構(gòu)將裝備在 3000 億顆 ARM 芯片中。并且，按照現(xiàn)有發(fā)展速度，預(yù)計(jì)未來(lái)五年內(nèi) ARM 設(shè)備的出貨量將超過(guò) 1000 億臺(tái)。

　　但遺憾的是，ARM 并沒(méi)有透露首款基于 Armv9 架構(gòu)的新芯片的具體發(fā)布時(shí)間，想必還需要等待一段時(shí)間。

　　Armv9 架構(gòu)新特征

　　全新 Armv9 架構(gòu)主要有三項(xiàng)側(cè)重點(diǎn)：AI、矢量和 DSP 性能改進(jìn)以及安全性。首先來(lái)看 DSP 和 AI 性能。

　　對(duì)于開(kāi)發(fā)者和用戶而言，全新 Armv9 兼容性 CPU 的最顯著特征是將可伸縮矢量擴(kuò)展 2(SVE2)作為 ARM NEON 技術(shù)之后新的基準(zhǔn)。SVE2 發(fā)布于 2019 年 4 月，旨在加速高性能計(jì)算，在處理 5G、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)以及圖像和語(yǔ)音識(shí)別等機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)任務(wù)負(fù)載時(shí)具有很大增益。

　　ARM 認(rèn)為，未來(lái)幾年，ML 工作負(fù)載將變得越來(lái)越普遍。相應(yīng)地，任何以性能或功耗為中心的設(shè)備需要在專(zhuān)用加速器上運(yùn)行 ML 工作負(fù)載，但其中的大多數(shù)仍會(huì)選擇采用在 CPU 上運(yùn)行的更小范圍的 ML 工作負(fù)載。

　　矩陣乘法指令(matrix multiplication instruction)是關(guān)鍵所在，是其自身作為 Armv9 CPU 一項(xiàng)基準(zhǔn)特性被廣泛使用的重要步驟。

　　安全性

　　ARM 希望通過(guò)全新的保密計(jì)算架構(gòu)(Confidential Compute Architecture, CCA)來(lái)解決安全性問(wèn)題。為此，ARM 引入一種新的概念——域(realms)，它可以被視為對(duì)操作系統(tǒng)(OS)或虛擬機(jī)管理程序(hypervisor)完全不透明的安全容器執(zhí)行環(huán)境。雖然虛擬機(jī)管理程序依然存在，但只負(fù)責(zé)資源調(diào)度和分配任務(wù)。

　　此外，域還將由新實(shí)體「域管理器」(realm manager)來(lái)管理，域管理器的代碼量大約是虛擬機(jī)管理程序的 1/10。

　　Armv9 采用的 CCA 架構(gòu)。

　　域內(nèi)的應(yīng)用將能夠驗(yàn)證并確認(rèn)域管理器是否可以信任，這對(duì)于傳統(tǒng)虛擬機(jī)管理程序而言是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。ARM 并沒(méi)有深入地介紹是什么在操作系統(tǒng)和虛擬機(jī)管理程序的域和非安全區(qū)域之間造成了這種隔離(separation)，但聽(tīng)起來(lái)像是硬件支持的地址空間無(wú)法實(shí)現(xiàn)彼此之間的交互。

　　使用域的好處在于極大地減少了設(shè)備上運(yùn)行的應(yīng)用的信任鏈，同時(shí)操作系統(tǒng)也對(duì)安全問(wèn)題變得非常透明。此外，ARM 還引入了內(nèi)存標(biāo)簽(Memory Tagging)擴(kuò)展，同樣有助于消除安全問(wèn)題。

　　最后，ARM 表示，在未來(lái)的兩次芯片迭代中，Armv9 架構(gòu)將會(huì)帶來(lái) 30% 的性能提升。