Arm 推出了重大架構(gòu)修訂版 Arm v9，它為安全、機(jī)密計(jì)算和人工智能提供了額外的功能，并提高了整體性能。Arm 表示，預(yù)計(jì) v9 將在接下來(lái)的兩代移動(dòng)和基礎(chǔ)設(shè)施中實(shí)現(xiàn) 30% 以上的性能提升。迄今為止，最常見(jiàn)于 GPU 的 AI 功能將在公司的 GPU、CPU 和 NPU 中提供。

Arm 之前的架構(gòu) v8 是十年前推出的，Arm 預(yù)計(jì) v9 將在未來(lái) 10 年主導(dǎo)從物聯(lián)網(wǎng)到超級(jí)計(jì)算應(yīng)用的計(jì)算芯片。

“即使我仍然對(duì)我們的技術(shù)變得如此普遍感到驚訝，”Arm 首席執(zhí)行官西蒙·塞格斯 (Simon Segars) 說(shuō)?！耙荒旰螅覀兊暮献骰锇閷⒗塾?jì)出貨2000億顆芯片。把它放在上下文中，這個(gè)數(shù)字的一半，第一個(gè) 1000 億需要 26 年才能進(jìn)入市場(chǎng)。如果我們的預(yù)測(cè)是正確的，那么第二個(gè) 1000 億芯片將在短短五年內(nèi)出貨。我們的目標(biāo)是讓最廣泛的開(kāi)發(fā)人員能夠在 Arm 上快速編寫(xiě)和運(yùn)行?！?

Arm 強(qiáng)調(diào)，v9 將是一個(gè)長(zhǎng)達(dá)十年的項(xiàng)目，v9.1、v9.2 等預(yù)計(jì)將從現(xiàn)在開(kāi)始以每年的節(jié)奏推出。首次發(fā)布時(shí)宣布的主要功能主要涉及兩個(gè)領(lǐng)域：Arm 的響應(yīng)全球?qū)o(wú)處不在的專(zhuān)業(yè)計(jì)算的需求，并努力提高每個(gè)應(yīng)用程序的安全性。

“Arm v9 是一個(gè)滾動(dòng)計(jì)劃，對(duì)我們將在未來(lái)幾年部署的架構(gòu)進(jìn)行了重大改進(jìn)，提高了數(shù)字信號(hào)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)等廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的計(jì)算能力，并提高了我們的安全性和穩(wěn)健性。系統(tǒng)，”高級(jí)副總裁、首席架構(gòu)師兼 Arm 研究員 Richard Grisenthwaite 說(shuō)。

CPU 性能

Arm 研究員兼技術(shù)副總裁 Peter Greenhalgh 描述了為未來(lái)計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)處理器 IP 的挑戰(zhàn)，包括移動(dòng)、汽車(chē)和基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)中日益復(fù)雜、不斷發(fā)展的異構(gòu)工作負(fù)載。先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)可以彌補(bǔ)一些不足，但成本高昂并且會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間。

“要求新芯片必須為人們今天關(guān)心的傳統(tǒng)計(jì)算工作負(fù)載以及人們明天關(guān)心的未來(lái)工作負(fù)載提供出色的投資回報(bào)率，”他說(shuō)?！拌b于在絕對(duì)成本和市場(chǎng)窗口影響方面流片失敗的高成本，還需要使用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的高質(zhì)量 IP。在 Arm v9 的十年中，我們將提供能夠?qū)崿F(xiàn)市場(chǎng)所需性能和質(zhì)量的技術(shù)?！?

轉(zhuǎn)向 Arm v9 預(yù)計(jì)將在接下來(lái)的兩代移動(dòng)和基礎(chǔ)設(shè)施中實(shí)現(xiàn) 30% 以上的性能提升。Arm 正在研究最大化頻率、帶寬、緩存大小和減少內(nèi)存延遲的技術(shù)，以最大限度地發(fā)揮 CPU 的性能。

Greenhalgh 補(bǔ)充說(shuō)，雖然關(guān)于專(zhuān)用加速器的優(yōu)點(diǎn)存在一些爭(zhēng)論，但視頻處理器和 AI/ML 加速器“將繼續(xù)存在”。然而，當(dāng)今商業(yè)工作負(fù)載的需求意味著加速器必須是可編程的——這包括從庫(kù)和 C 編譯到虛擬化的所有內(nèi)容，以便它們可以在云環(huán)境中輕松使用，一直到調(diào)試和性能分析。加上對(duì)安全性的要求，你的加速器設(shè)計(jì)突然變得更像 CPU，他說(shuō)。

“從這個(gè)角度來(lái)看，我們的信念是，我們應(yīng)該繼續(xù)擴(kuò)展 CPU 架構(gòu)，以便我們的 CPU 可以加速更多的工作負(fù)載，并以可編程、受保護(hù)、普及和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的方式來(lái)加速，”Greenhalgh 說(shuō)。“如今，無(wú)法忽視移動(dòng)市場(chǎng)中一些 AI 和 DSP 工作負(fù)載的碎片化程度，以及它們?nèi)绾螐暮喜⒌?CPU 環(huán)境中受益。這就是我們想要推動(dòng)我們的架構(gòu)和計(jì)算設(shè)計(jì)的地方?！?

AI/ML 擴(kuò)展

Arm v9 將引入許多專(zhuān)用于 AI 的新功能，包括在其整個(gè) CPU、GPU 和 NPU 產(chǎn)品組合中增加對(duì) AI 的硬件支持。這是基于 Arm 的信念，即所有處理器都需要處理 AI 工作負(fù)載，從超級(jí)計(jì)算到云再到端點(diǎn)設(shè)備。

“我們相信，專(zhuān)門(mén)構(gòu)建的系統(tǒng)設(shè)計(jì)將成為所有形式計(jì)算創(chuàng)新的關(guān)鍵，”格里森斯韋特說(shuō)。“不同的計(jì)算問(wèn)題需要不同的計(jì)算組件組合。許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要解釋他們的世界，而 M profile 內(nèi)核與 Ethos-U55 microNPU 的組合是完美的。在汽車(chē)系統(tǒng)中，合作伙伴將越來(lái)越多地將許多大大小小的 CPU 與 GPU、NPU 和他們自己的 IP 相結(jié)合，為這些自主系統(tǒng)生成正確的計(jì)算解決方案?！?

Arm Fellow、公司機(jī)器學(xué)習(xí)小組副總裁兼總經(jīng)理 Jem Davies 描述了這些不同的計(jì)算組件組合如何在 VR 耳機(jī)(大型 NPU 和 GPU 以及小型 NPU 和 CPU)、智能手機(jī)(大型 CPU 和 GPU 以及小型CPU 和 NPU)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(小 CPU 和 NPU)。

“對(duì)于這三個(gè)用例，理想情況下，您應(yīng)該使用三種不同類(lèi)型和大小的處理器構(gòu)建三個(gè)不同的片上系統(tǒng)，”戴維斯說(shuō)?！捌胶忮e(cuò)誤，你有一個(gè)芯片太慢或成本太高，因?yàn)槟阃顿Y了你不需要的處理，或者一個(gè)使用錯(cuò)誤的處理器來(lái)處理工作負(fù)載并殺死你的電池或綠色能源等級(jí)......在選擇時(shí)人工智能的硬件，我們絕對(duì)看到一種尺寸并不適合所有人。適合一個(gè)合作伙伴、一種設(shè)備或一個(gè)用例的選擇根本不適用于其他地方。”

Arm v8 引入了對(duì) AI 處理中流行的 FP16 和 BFloat 算法的支持，以及稱(chēng)為可擴(kuò)展向量擴(kuò)展 (SVE) 的功能。SVE 是與富士通等公司合作開(kāi)發(fā)的 Fugaku 超級(jí)計(jì)算機(jī)處理器;它增加了矢量處理功能以提高 AI 和 DSP 性能。

“[SVE] 以可擴(kuò)展的方式設(shè)計(jì)，因此用于超級(jí)計(jì)算機(jī)的概念可以應(yīng)用于更廣泛的產(chǎn)品，”Grisenthwaite 說(shuō)?！拔覀?cè)黾恿藙?chuàng)建 SVE2 的功能，即增強(qiáng)的可擴(kuò)展矢量擴(kuò)展，可以很好地適用于 5G 系統(tǒng)和許多其他用例，例如虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，以及 CPU 內(nèi)的機(jī)器學(xué)習(xí)。在接下來(lái)的幾年里，我們將通過(guò)在 CPU 中執(zhí)行基于矩陣的計(jì)算方面的顯著增強(qiáng)來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)展這一點(diǎn)。”