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聚焦人工智慧/安全運算需求 Armv9十年磨一劍問世

2021-04-12
相距上一代的Armv8架構的推出已有十年之久,為迎接下個世代的科技需求,Arm於日前推出全新的Armv9架構,主打人工智慧(AI)與安全運算的能力,期能藉此滿足廣大物聯網的應用。

Arm執行長Simon Segars表示,該公司在展望由AI定義的未來時,必須鞏固尖端運算的基礎,以因應即將到來的獨特挑戰。Armv9正是解決方案。它將成為接下來3,000億顆基於Arm架構晶片的先驅。這些晶片將由來自對於普遍、特定、安全與強大處理力的需求所驅動,同時建構在通用運算的經濟效益、設計自由度與容易取用等特性上。

Armv9是基於Armv8基礎上的創新,將大幅強化未來幾年部署的架構,帶來高效能的數位訊號處理(DSP)與機器學習運算能力,並改善系統的安全性與穩固性。基於SPECInt等業界標準,Arm預期未來建構於Armv9架構的接下來兩個世代行動與基礎設施CPU效能都將提升超過30%。

Arm可擴展的向量延伸指令集(SVE)曾協助富岳成為全球速度最快的超級電腦;Armv9將包含這些延伸指令集的下一個版本SVE2,大幅強化機器學習與數位訊號處理等能力。SVE2將強化在CPU上運行的5G系統、VR/AR與機器學習等工作負載的處理能力,例如影像處理與智慧家庭應用。

物聯網領域最大的挑戰之一是無數終端裝置、數據收集,以及與實體世界互動的安全;尤其是運算將成為分散式的工具,每個運算需求都要在最適合的平台運行,信任運算基礎架構將是管理資訊安全與隱私性的關鍵。也因此,Armv9架構藍圖推出Arm機密運算架構(CCA),機密運算協助在硬體架構的安全環境中執行運算,並保護部份的程式碼與數據不被存取或修改,甚至是特殊權限軟體也無法存取與修改。

Arm CCA將導入動態設置機密領域(Realms)概念,讓一般程式在TrustZone中非安全與安全世界區隔開來的運算領域使用;機密領域保護各式應用運行時的數據,避免遭受主機或其他在該主機上運行之軟體窺探與入侵。例如在商業應用中,機密領域可以保護使用中、靜止不用與移動中的隱私性的數據與程式碼。

至於Armv8是否同樣也支援機密領域的能力,答案是否定的。Arm IP產品事業群總裁 Rene Haas表示,機密領域管理是軟硬體結合所形成的能力,硬體本身需有能支援機密領域能力的微架構,由此提供私密領域讓軟體在上面運行,同時軟體必須清楚了解硬體是否能支援機密領域。因此硬體若採用Armv8架構在第一關硬體上就已卡關,無法實現機密領域效能。

此次推出的Armv9架構,主要是為了因應未來10年3,000多億顆AI、物聯網與5G的需求,然而科技變化極為快速,Armv9的推出何以確保能滿足下個十年的需求呢?Arm台灣總裁曾志光指出,該公司在推出每一代指令集都會面臨這種問題,10年前發布的Armv8架構,率先面臨的第一挑戰是,Armv8所主推的64位元能力已有許多CPU架構導入,但都沒成功,由此質疑Armv8的可行性,不過事實也證明Arm已經通過此挑戰。

此外,在實際開發挑戰上,曾志光認為,這需要整個生態系統共同努力,而Arm早於5年前就已開始與晶片設計、OEM與系統開發者合作,並研發v9架構。無論如何,Arm在推出重大架構時,都會面臨一系列的挑戰,為了克服未知的挑戰,該公司持續在幕後與相關的上下游廠商密切合作。

Haas透露,接下來該公司將推出更多基於Armv9架構的方案,預計將率先導入資料中心、網通設備、邊緣運算和筆記型電腦等應用市場。2021年底就會看到聯發科推出基於Armv9的解決方案。

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