Armv9架构来了，目标出货3000亿！V9CPU年底面市！

来源:电子创新网发布时间:2021-04-011浏览

2011年10月，Arm首次发布Armv8架构，十年后的今天，Arm正式宣布推出Arm®v9架构，十年间，计算领域发生了翻天覆地的变化，十年前，Arm主打的移动互联领域以及嵌入式领域，而十年后，人工智能、大数据、边缘智能无处不在，数据已经成为继土地、劳动力、资本、技术之后的第五种生产要素，针对数据，Arm要继续在数据领域称霸，必须推出针对数据计算的普适架构，而这正是Arm®v9架构推出的初衷。

“Arm®v9架构的推出标志着我们公司进入了一个新时代，这是一个推动安全的人工智能驱动计算的全球普适性平台，将使我们由1,000多个合作伙伴组成的生态系统能够一直持续到2030年代。Arm®v9将催生出3000亿颗基于Arm架构芯片大市场。Arm®v9路线图包含了多个新元素，以满足从最小的传感器到最大的超级计算机的专业化计算需求。”Arm首席执行官Simon Segars指出，“在展望由AI定义的未来时，我们必须夯实先进的计算基础，以应对未来的独特挑战。Arm®v9就是我们给出的答案。在通用计算所具备的经济性、设计自由度和可及性的基础上，市场需要普适专用、安全而强大的处理能力，这将驱动下一个3,000亿个基于Arm架构的芯片发展，而Arm®v9就是这些芯片的技术先驱。”

Arm®v9立足于Armv8的成功基础，要担纲未来十年的主流计算架构，它跟Armv8架构相比有哪些不同呢？

Arm®v9架构亮点

据Arm高级副总裁、首席架构师兼技术院士Richard Grisenthwaite介绍，Arm®v9继续使用AArch64作为基准指令集，但是在其功能上增加了一些非常重要的扩展，以保证architecture numbering的增加，并且允许Arm不仅可以获得对AArch64进行某种软件重新基准化v9的新功能，还能保持我们多年来在v8上获得的扩展。

他指出Arm新架构Armv9有三个主要支柱，即安全性、AI（机器学习）以及改进的矢量和DSP功能。

一、安全

目前，随着全球联网设备越来越多，安全性日益重要，赛门铁克在2020年第一季度检测到其物联网（IoT）有近1900万次攻击。这是每秒钟超过100次攻击的速度，比2019年底高出13%。

为了解决当今最大的技术挑战——保护全球数据安全，Armv9架构路线图引入了Arm机密计算架构（Confidential Compute Architecture, CCA）。机密计算通过打造基于硬件的安全运行环境来执行计算，保护部分代码和数据，免于被存取或修改，甚至不受特权软件的影响。

通常情况下，设备的操作系统（OS）具有最高权限，可以看到并完成所有事情。机密计算改变了这一点，虽然操作系统仍然决定什么时候可以运行，但应用程序位于独立的硬件保护内存区域，与系统中的其他一切隔离。

据介绍，Arm机密计算架构(CCA)建立在Arm TrustZone的基础上，例如可以将个人银行信息与智能手机的社交媒体应用完全分离。Arm CCA的新安全功能意味着，即使社交媒体应用真的感染了恶意软件，也不会传播设备其他部分。

Arm CCA还引入动态创建机密领域（Realms）的概念，机密领域面向所有应用，运行在独立于安全或非安全环境之外的环境中，以实现保护数据安全的目的。例如，在商业应用中，机密领域可以保护系统中商用机密数据和代码，无论它们正被使用、闲置或正在传输中。机密计算对客户端设备很重要，但它也具有普遍价值，因为它能在传输中、休息时保持数据加密，并在使用时被硬件隔离。在云中，这也意味着保护物理CPU以及运行在第三方代码旁边的虚拟化处理器。

事实上，在最近一项针对企业高管的Pulse调查中，超过九成的受访者相信，机密计算可以帮助降低企业在安全方面投入的成本，如此一来，他们可以转而大量的投入工程创新。

微软Azure Edge和平台部门企业副总裁兼首席技术官Henry Sanders表示，“随着从边缘到云的用例越来越复杂，我们已经不能用一个放之四海而皆准的方案来解决所有用例。因此，异构计算正变得越来越普遍，这需要硬件和软件开发商之间加强协同。Arm与微软密切合作开发的Armv9机密计算功能就是硬件和软件之间协同的一个很好的范例。Arm处于独一无二的位置，可以在生态系统的核心加速异构计算，在驱动数十亿设备的计算架构上促进开放创新。”

此外，在安全方面，Arm内存标签扩展(MTE)将成为第一代基于Armv9-A处理器的一个组成部分。过去30年中许多广为人知的数据安全漏洞都是利用计算机如何存储和调用内存中的数据的漏洞造成的。如果黑客知道一串重要数据的位置，他们就可以用恶意代码覆盖它。MTE使开发人员能够使用 "标签 "锁定数据串。然后，只有使用正确的密钥才能访问该数据，该密钥由 "指针"（负责从内存中调用数据的代码）持有。实现锁和密钥访问是一个巨大的步骤，不仅可以确保数据的安全，而且还可以保证数据的安全。

二、针对AI机器学习的优化

目前，AI应用已经遍及我们的生活，据估计，到21世纪20年代中期，全球将有超过80亿台搭载AI语音辅助的设备[ Statista Research Department 发表于2021年1月22日]。且90% 或更多设备上的应用程序将包含AI元素以及基于AI的界面，如视觉或语音[ IDC FutureScape 概述了“数字霸权”将对企业转型和IT行业产生的影响

而且边缘智能将非常普及，因为如果所有人工智能推理都通过云端会大大增加成本，一台连到云端的咖啡机可能每天的成本就是15美元，这样的运营成本显然不能满足使用需求，用户需要的是一美元的人工智能解决方案。

所以机器学习是Armv9的重要组成部分，因为Arm认为在未来几年中，越来越多的ML工作负载将变得司空见惯。

为了满足这一需求，Arm与富士通合作开发了可伸缩矢量扩展（Scalable Vector Extension, SVE）技术，并驱动了世界上最快的超级计算机“富岳”。在此基础上，Arm为Armv9开发了SVE2，以便在更广泛的应用中实现增强的机器学习和数字信号处理能力。

除了增加的各种现代SIMD功能外，SVE和SVE2的优势还在于其可变的向量大小，范围覆盖了128b到2048b，让其无论在什么硬件运行，都允许向量的可变粒度为128b。如果纯粹从向量处理和编程的角度来看，这意味着软件开发人员将只需要编译一次其代码，并且如果将来某个CPU带有本地的512b SIMD execution pipelines，该代码将能够充分利用单元的整个宽度。同样，相同的代码将能够在具有较低硬件执行宽度能力的保守设计上运行，这对于Arm设计从物联网、移动到数据中心的CPU而言至关重要。在保留Arm体系结构的32b编码空间的同时，它还可以完成所有这些工作。然而类似X86这样的架构则需要根据矢量尺寸增加新的指令和扩展。

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ML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将进一步扩展其技术的AI能力，除了在其Mali™ GPU和Ethos™ NPU中持续进行AI创新外，还将大幅增强CPU内的矩阵乘法。

三、通过系统设计实现性能最大化

据介绍，在过去的五年，Arm技术每年都以超过业界的速度提升CPU性能。Arm在新一代架构Armv9上将保持这个速度，预计未来两代移动和基础设施CPU的性能提升将超过30%。

然而，随着行业从通用计算向普遍的专用处理发展，每年两位数的CPU性能提升是不够的。除了增强专用处理能力，Arm的全面计算（Total Compute）设计方法将通过集中的系统级硬件和软件优化以及用例性能的提高，加速总体计算性能。

通过将全面计算的设计原则应用在包含汽车、客户端、基础设施和物联网解决方案的整个IP组合中，Armv9系统级技术将遍及整个IP解决方案，并改善个别IP。此外，Arm还在开发多项技术以提高频率、带宽、缓存，并降低内存延迟，从而最大限度地提升基于Armv9的CPU性能。

下一个计算十年的愿景

基于Arm的芯片出货量持续加速，在过去5年中，出货量超过1000亿台设备。按照目前的速度，世界上100%的共享数据很快就会在Arm上处理，Richard Grisenthwaite表示，“更复杂的基于AI的工作负载需求，正在推动更安全和专用处理的发展，这将是打开新市场、抓住新机遇的关键。Armv9将赋能开发者通过弥合软硬件之间的关键差距，构建和编程未来的可信计算平台，同时实现标准化，帮助我们的合作伙伴在更快的上市时间和成本控制之间取得平衡，同时能够创建自己独特的解决方案。”

他还指出：“Arm既有源于美国的IP，也有非源于美国的IP。经过全面的审查，Arm确定其Armv9架构不受美国出口管理条例(EAR)的约束。Arm已将此通知美国政府相关部门，我们将继续遵守美国商务部针对华为及其附属公司海思的指导方针。”这意味着华为海思是可以授权V9架构的！好消息！

据他介绍，今年今年，基于V9架构的Cortex-A系列CPU将面市。

客户评价，我们发现几个意思的客户

Arm合作伙伴这样评价Arm®v9架构：

Ampere Computing

“Ampere非常看好下一个十年的云计算发展。同时，我们对Armv9将提供的架构提升和广泛的设计灵活性感到振奋。在此基础上，Ampere将继续创新并提供性能领先的云原生处理器，大规模供应市场。”

Ampere Computing首席产品官Jeff Wittich

Cadence

“长期以来，Cadence与Arm在验证、设计实现和系统设计方面保持着密切合作，使我们的共同客户能够实现卓越的SoC设计，并在AI、移动通信和高性能计算等市场取得成功。Armv9架构能够提供未来产品所需的不断提升的性能、安全性和专用化，我们优化的数字全流程已经证明了初步的成功，展示了Armv9架构的强大功能和性能优势。”

Cadence 公司总裁Anirudh Devgan

Crytek

“Crytek与Arm的战略合作是我们进军移动游戏领域的关键。我们很期待看到Armv9将如何赋能未来CRYENGINE开发者，使他们能以十年前无法想象的图形保真度，创作出更安全的移动内容。”

Crytek首席执行官Avni Yerli

富士康

“我们的MIH联盟正在建立一个开放平台，这将加速电动汽车的创新和部署。Armv9的新架构开发将实现处理性能和安全性，使平台能够在出行电气化方面更上一层楼。”

富士康首席技术官魏国章

富士通

“与Arm的合作使我们不仅打造出一款驱动世界上最快的超级计算机的CPU，还富士通成为了助力开发SVE的先锋和合作者。在未来十年的继续合作中，我们期待打造不断壮大的HPC生态系统和创新服务器级平台，帮助我们保持在市场上的强大地位。”

富士通公司企业执行官、高级副总裁、平台开发部门负责人 Naoki Shinjo

谷歌

“提高联网设备的安全性需要软件和硬件团队的密切合作，我们与Arm的合作正是联合开发的一个典范。减少内存相关的漏洞对于提高各种互联设备的安全性极为重要，我们期待看到MTE为整个行业提供安全标准的成果。”

谷歌安卓安全与隐私部门副总裁Dave Kleidermacher

Marvell

“长期以来，Marvell和Arm都有一个共同的愿景，即为市场带来创新、优化的云端到边缘端的解决方案。Arm架构的发展巩固了我们双方合作的实力。我们期待与Arm继续保持合作，提供同级别最佳的芯片和软件技术，满足全球数据基础设施的需求。”

Marvell首席战略官兼网络及处理器事业部执行副总裁Raghib Hussain

MediaTek

“MediaTek与Arm在移动设备、笔记本电脑以及数字电视等多类产品上，已有多年的密切合作。Arm架构的可扩展性、性能和能效表现、以及创新设计，是协助MediaTek扩展产品组合的关键。Armv9架构将在下一代天玑5G系列产品的性能表现与用户体验的提升上，扮演重要角色。”

MediaTek首席技术官周渔君

NVIDIA

“对NVIIDIA来说，将AI带来的转型引入到游戏、自动驾驶汽车、企业数据中心和嵌入式设备是一个巨大的机遇。通过与Arm的持续合作，我们期待通过Armv9实现广泛的、前所未有的计算可能性。”

NVIDIA硬件工程高级副总裁 Brian Kelleher

恩智浦半导体

“智能边缘时代，具有极致能效和毫不妥协的安全性的高性能计算基础至关重要。Arm与恩智浦保持着长期合作关系，我们在构建技术时共享这些指导原则，使客户能够实现智能边缘设备的全部价值。”

恩智浦半导体高级副总裁兼边缘处理业务部总经理Ron Martino

OPPO

“OPPO搭载Arm技术的智能手机为用户带来了恰到好处的性能、能效和安全性。Armv9架构兑现了Arm持续创新的承诺，将使业界在未来创造出更智能、更安全的新体验。”

OPPO副总裁、OPPO研究院院长刘畅

PicsArt

“Arm 技术已将始终连结设备的体验提升到全新境界，并为像 PicsArt 这样的公司改变了游戏产业的布局，让几亿万人的创造力都能被驱动。移动设备的计算性能让我们能基于图片与视频编辑技术的基础上发挥创意，我们希望透过Armv9 架构增强的性能和能效的优势，在基于 Arm 技术的解决方案上创造更多新体验，并让我们用户创作的内容更上一层楼。”

PicsArt 联合创办人兼首席技术官 Artavazd Mehrabyan

红帽

“现代云环境正在不断演变，以支持扩展的硬件选择和差异化，这是面向更大工作负载优化计算发展趋势的一个表现。红帽和Arm密切合作，创建了共同的、开放的技术标准，支持这种灵活性，同时也保持了跨不同平台的兼容性。我们很高兴能在Armv9架构中保持这样的合作，并期待它将带来的新功能，从增强的架构性能到先进的安全特性，以及在开放混合云中实现更广泛的工作负载。”

红帽首席技术官 Chris Wright

瑞萨电子

“作为汽车行业SoC产品的领先供应商，瑞萨电子专注于帮助客户实现对未来汽车的愿景。Armv9技术将提供行业所需的安全性、性能和先进的AI能力，为下一代汽车出行开启新的可能性，包括提高自动驾驶水平和增强智能座舱体验。”

瑞萨电子汽车解决方案事业部副总经理Takeshi Kataoka

三星电子

“Armv9架构在安全性和机器学习方面有了大幅提升，这两个领域将在未来的移动通信设备中变得更加重要。在与Arm合作的过程中，我们期望看到新架构为三星下一代Exynos移动处理器带来更广泛的创新。”

三星电子SoC开发执行副总裁Min Goo Kim

西门子数字工业软件

“我们与Arm的长期合作使我们能够紧跟不断加速日益复杂的SoC设计和开发步伐。我们期待Armv9能够带来新的计算能力，赋予工程师更大的创新自由，并提供新的性能和效能水平。”

西门子数字工业软件IC-EDA执行副总裁Joseph Sawicki

新思科技

“通过三十年多年的紧密合作，Arm和新思科技共同开发了基于测试Shift-left方法的创新技术，帮助我们的共同客户应对广泛市场应用中的复杂SoC挑战。Armv9架构与新思科技业界领先的数字设计和验证全流程平台解决方案、 Fusion Design Platform 和 Verification Continuum Platform强强联合，可协助我们的共同客户获得最佳的功耗、性能和面积，提升结果质量，并加速开发周期。智能化设计的Armv9架构在不同市场中开辟了诸多全新可能性，我们期待与Arm继续合作，基于以Arm最新、最先进架构为目标的方法论，共同应对3D IC设计、机器学习和智能工艺、电压和温度监控等下一代应用的挑战。”

新思科技产品营销副总裁Sanjay Bali

TSMC

“在过去的十年，TSMC与Arm的密切合作完成了许多重大的里程碑，协助我们共同的客户进行芯片创新，并加快上市时程，例如业界第一个64位FinFET工艺的芯片实施、第一个 16纳米FinFET工艺的Arm 大小核big.LITTLE™ 设计及工艺的共同优化，以及针对HPC的第一个 7纳米 Arm 架构的CoWoS® 芯片组。我们恭贺 Arm 推出了 Armv9 架构，并期待双方持续合作，通过优化PPA的设计平台，加速应用在智能手机、HPC、汽车、AI 与机器学习、以及 IoT的下一代 SoC 设计。”

TSMC设计架构管理部门副总裁 Suk Lee

Unity Technologies

“Arm从成立之初，就在赋能创新，这些创新带来了我们今天看到的移动计算革命。我们在新技术和优化方面的紧密合作，确保Unity引擎充分利用底层硬件，提供开箱即用的一流移动性能和效率，让开发者专注于实现他们的愿景。全新的Armv9架构将使算力实现指数级提升，并赋能Unity开发者为全球数百万玩家带来更丰富的游戏体验。”

Unity Technologies研发高级副总裁Ralph Hauwert

Vivo

“Arm推出的Armv9架构是全球移动领域的最新架构，将为未来移动终端提供更强算力和更安全的保障。我们期待新一代基于Armv9架构的处理器在未来产品应用中的优秀表现，能够帮助vivo进一步打造优质的差异化产品，一如既往地服务好用户。”

vivo高级副总裁兼首席技术官施玉坚

VMWare

“我们的客户正在采用基于Arm技术的智能网卡，使他们的基础设施更高效、更安全。我们通过VMware Project Monterey宣布了对智能网卡的支持，旨在优化性能，引入一套零信任的安全模型，打造实用的分布式防火墙，并首次将VMware管理价值扩展到裸金属环境。基于Armv9架构，我们能够携手合作伙伴，在混合云上实现更好的安全性和性能。”

VMware 云平台事业部营销副总裁 Lee Caswell

小米

“小米和Arm的合作为全球用户带来了卓越的移动体验。全新的Armv9架构将帮助小米继续通过优越的计算性能、最高的安全性和先进的机器学习能力，为数百万用户带来创新，打造更随心、更智能的移动体验。”

小米集团创始人、董事长兼首席执行官雷军

Zoom

“从智能手机到笔记本电脑的移动体验正在飞速的变化。2020年为我们在如何与世界保持连结方面带来了新的挑战。通过视频通信，让我们不论在个人或是工作层面都能保持连结，甚至在停课时期，持续赋能教育学习。在这种新现实下，我们看到了对强大计算性能、效率和安全的需求。我们期待Armv9架构以及Zoom与Arm之间的协作能增强跨平台的虚拟体验。”

Zoom首席技术官Brendan Ittelson

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