十年磨一劍 Arm發表最新v9架構主打AI運算

Arm本周公佈十年來首個架構大改版Armv9，新設計強調安全性、支援AI及效能提升，並號稱將使未來2個世代晶片效能提升30%。

Arm提供晶片架構並將設計授權給其他人，它的客戶五年來已出貨千億個晶片。去年Nvidia宣佈以400億美元收購Arm，不過目前還在各國政府的審查當中。

Arm執行長Simon Segars指出Armv9是未來3000億Arm晶片的基礎。Arm的客戶迄今已出貨1,800億片晶片，觸及全球70%人口，Segars說。

Armv8架構宣佈已是2011年的事，v8是64-bit處理架構，使Arm裝置得以從低耗電行動裝置擴展到高階超級電腦。而v8也成為史上最成功的智慧型手機、物聯網及各種工業裝置的晶片平台。

在全球吹起AI、IoT和5G風潮下，Armv9新功能將推動Arm從一般用途晶片轉變為更專門化的運算領域，擴及各類應用。

安全性

為解決今天科技挑戰—保護資料—Armv9的科技藍圖加入了Arm機密運算架構(Arm Confidential Compute Architecture, CCA )。機密運算是透過在硬體安全環境下執行運算，旨在保護程式及資料使用時免於惡意程式甚至有權限軟體的存取或修改。

Arm CCA加入動態建立的Realms概念，藉由將重要程式碼及資料隔離一個空間(Realm)內（類似安全區enclave），與其他空間切開來確保安全性。所有應用程式都能使用Realms。例如在企業應用中，Realm可保護敏感資料和程式碼在使用、儲存或傳輸中的安全性。

AI應用

第二個重點是AI。現今無所不在的AI作業需要更專門、更多元的解決方案。例如分析師估計2020年中全球有超過80億個AI語音助理系統，其中90%以上的裝置上應用程式都會包含AI元素以及AI介面（如語音或視覺操控）。

為此Arm與富士通合作開發可伸縮向量擴充(scalable vector extension, SVE)指令集技術，後者是全球最快超級電腦富士岳(Fugaku)的核心。Arm開發了SVE2 for Armv9以支援進階機器學習(ML)、數位訊號處理(digital signal processing)的執行，並整合到各種應用情境中。

SVE2也提升5G系統、虛擬及擴增實境、以及機器學習作業（如圖像處理及智慧家庭應用）的處理能力。未來幾年內，Arm也會進一步延伸AI能力，來強化CPU中的矩陣乘法，以及改善Mali GPU及Ethos NPU (network processing unit)。

Segars指出，工業自動化大廠Johnson Controls也計畫使用Armv9管理製冷設備中，用電量節省50%。

此外Segars也表示，搭載Armv9的智慧型手機將在今年底問世。

除了安全性，Armv9還支援專門化的AI、DSP及XR作業，此外，Segars也預計在合併入Nvidia後可用於提升GPU運算的效益。

效能

過去五年來Arm設計致力改善CPU的運算效能，估計未來兩世代的手機和基礎架構CPU可望提升30%。

但另一方面，隨著運算型態從通用型的運算轉化普及的專門化運算型態，二位數的效能提升已經不夠。因此，除了改善專門化運算效能，Arm將以Total Compute設計，透過系統級硬體及軟體最佳化，以及提升個別應用情境效能，加速整體運算效能。

藉由Total Compute設計原則應用於各個領域，包括汽車、用戶端、基礎架構、IoT解決方案，Armv9架構將擴及Arm所有智財產品線。Arm並表示也同時開發增進頻率、頻寬、快取，並減少記憶體延遲的技術，藉此進一步提升Armv9-based CPU的效能。

在Arm v9的發表會上，也找來客戶背書，包括Ampere Computing、Cadence、 Crytek、鴻海、富士通、Google、Marvell、聯發科、Nvidia、NXP、Oppo、 Red Hat, 瑞薩(Renesas Electronics)、三星、、西門子、新思科技(Synopsys)、Unity Technologies、Vivo、VMware及小米等。

來源：VentureBeat