Armv9能否实现10年3000亿颗Arm核？

10年3000亿的目标很难,即便工业市场Arm渗透率还不高,即便中国市场未来还有高增长预期,即便企业级市场对Arm而言是片蓝海,但要达到这个目标,还是要突破当前应用市场的想象力。不过,“下一个1000亿很快将实现”,Arm几年前说的这个话,已经成为了现实。

文︱王树一

图︱Arm

推出V9架构之后,Arm喊出了再来3000亿颗Arm芯的目标。从1991年Arm公司成立,到2016年1000亿颗Arm核芯片出货,一共用了26年时间,随着Arm生态的日益繁荣,基于Arm核的芯片出货量增速惊人,在2021年Arm即可以实现第二个1000亿颗Arm核芯片上市。如果这3000亿是在10年内完成的话,将意味着Arm核芯片出货量再次提速,也不知道半导体产能建设能否跟上Arm对市场增长的需求。

Arm市场营销副总裁Ian Smythe在回答媒体对该数字的疑问时表示,10年3000亿颗出货量是对Arm客户芯片总出货量的预估,包含当前主流的Armv7和Armv8架构芯片。Arm高级副总裁、首席架构师兼技术院士Richard Grisenthwaite也解释,除了智能手机,在笔记本和网络设备中,Arm产品被接受度越来越高,在服务器和汽车领域,Arm也在开疆拓土。连Arm公司首席执行官Simon Segars在开场视频中的首个案例,也是与江森自控的合作。显然,Arm正在寻找智能手机之外的增长点,工业与企业级市场成为重点瞄准方向。

图:Arm架构的不断创新与发展

架构大版本升级通常意味着较大幅度的变更,例如Armv7升级到Armv8主要是为了支持64位指令集,这是非常大的跨越。那么,Armv9相比Armv8的变化主要有哪些呢?Arm几大高管反复强调了三点:全新安全架构、机器学习内生支持,以及数字信号与向量处理性能的提升。

关键应用专属“封地”

在Arm官方新闻稿中,将Armv9对安全性的提升放在了第一位,这与Arm向工业也企业级市场开拓的方向一致——这些市场对于安全要求更高,也迫切希望能从硬件层面来实现数据安全,而在安全方案实现上对成本并不敏感。Armv9中引入Arm机密计算架构(Confidential Compute Architecture, CCA),该架构通过打造基于硬件的安全运行环境来执行计算,保护关键代码和数据免于被非授权用户存取或修改,相比过去的方案,新安全架构在隔离非授权用户侵扰的能力得到大幅提升,甚至不受操作系统等特权软件的影响。

图:Arm机密计算体系结构

在新一代安全特性中最大的特点,即Arm机密计算架构中提出的“封地”(Realms,官方译名为机密领域)概念。在传统安全架构中,低权限软件层对更高权限软件层是透明的,因此当黑客从操作系统层面攻入时,上层应用程序很难保证安全。“封地”则相当于系统内的独立王国,在操作系统和应用软件之间筑起一道防护,系统管理员仍然存在,但仅负责调度和资源分配,并不能任意进入“封地”,该“封地”对操作系统而言是不透明的。不过Arm并没有具体介绍动态创建“封地”机制如何实现,外界猜测“封测”代码可能运行在预留的专用地址空间,该地址空间在操作系统层面不能直接访问。

此外,在V8架构中引入的内存标签扩展(MTE)功能,也将被Armv9继承。缓存溢出和释放后重用是计算机体系软件安全中最常见的问题,这些漏洞容易被黑客利用攻击,MTE功能堵上了这个漏洞,该机制用 "标签 "锁定数据块,只有使用正确的密钥才能访问该数据,非授权代码不能访问该区域,从而减少了安全风险。

强化机器学习和DSP能力

如果说加强安全属性是Arm为了更好地打入工业和企业等信息安全等级高的市场,那么在V9引入机器学习内生支持与加强数字信号处理能力也很自然。因为在Armv8风行的十年中,人工智能浪潮再次兴起,人工智能在音视频处理领域尤为兴盛。据市场调研机构Statista Research Department估计,到21世纪20年代中期,全球将有超过80亿台搭载人工智能语音辅助的设备;而IDC预估,不低于90%的设备中将支持视觉或语音等人工智能功能或基于人工智能的交互方式。

Arm在过去几年一直在完善对人工智能的支持,陆续推出过多款人工智能专用IP产品,在Armv9上,对机器学习的最大支持是第二代可伸缩矢量扩展(Scalable Vector Extension, SVE)技术。早在V8架构上,Arm就与富士通联合开发了SVE技术,利用该技术富士通打造了当时全球最快的超级计算机“富岳”。SVE2是SVE的升级版,除了支持一代SVE的所有功能外,还优化了对常见机器学习算法的硬件支持,强化了DSP处理能力。

图:用系统设计提高CPU性能

SVE2增强了对在CPU上本地运行的5G系统、虚拟和增强现实以及机器学习工作负载的处理能力,例如图像处理和智能家居应用。在未来几年,Arm将进一步增强人工智能的能力,除了在其Mali? GPU和Ethos? NPU中持续进行人工智能创新外,还将大幅增强CPU内的矩阵乘法。

非美化IP?

在Armv9开发过程中,抢跑的联发科将第一批推出产品,其搭载Armv9核的芯片在2021年下半年即将上市,作为海思受制裁的最大受益者,在新一代手机处理器竞争中,联发科似乎已经取得先机。那么,还在被美国政府制裁的华为海思有没有可能获得授权呢?

在回答这个问题时,Ian Smythe表示,经过全面审查,Armv9架构不含美国技术,因此不受美国出口管理条例(EAR)约束,Arm已将此信息通知美国政府相关部门。但Ian也强调,Arm将继续遵守美国商务部针对华为及其附属公司海思的相关指导政策。

Armv9真能绕过EAR监管,确实是一个不小的突破,意味着非美供应链在一些环节已能提供全球最先进的技术。对海思而言,很大可能还是用不上,因为没有地方流片。Armv9先推面向高端应用的A系列,主要使用最先进工艺,而目前所有先进工艺产线都被美国政策限制住了。但海思至少可以拿过来做预研,跟上行业发展脚步。

对Arm来讲,这也是一个必然的选择,想完成10年3000亿的目标,中国市场不容有失,现阶段推出一个不受美政府约束的架构,无疑让中国客户用起来更放心——因为谁也不知道美国政府接下来会制裁哪一家。

10年3000亿的目标很难,即便工业市场Arm渗透率还不高,即便中国市场未来还有高增长预期,即便企业级市场对Arm而言是片蓝海,但要达到这个目标,还是要突破当前应用市场的想象力。不过,“下一个1000亿很快将实现”,Arm几年前说的这个话,已经成为了现实。