Первыми деталями о будущей архитектуре Armv9 знаменитый британский разработчик микросхем поделился в рамках специального мероприятия ARM Vision Day — это первая новая архитектура за последние 10 лет (Armv8 дебютировала в октябре 2011 года).
Для начала стоит вспомнить, что за последний год влияние ARM заметно выросло, не последнюю роль в этом сыграла Apple, которая решила отказаться от x86-совместимых CPU и перевести свои ПК на энергоэффективную архитектуру. В сентябре 2020 года NVIDIA объявила о покупке британского разработчика чипов ARM за 40 миллиардов долларов в рамках одной из крупнейших сделок в истории в полупроводниковой отрасли, но регулирующие органы еще могут помешать этому слиянию.
Переходя к сути новости, Armv9 должна заложить основу вычислительной платформы нового поколения для следующих 300 миллиардов чипов, которые будут произведены за следующее десятилетие. По крайней мере, таков расчет ARM.
ARM выделяет три ключевые новшества Armv9 по сравнению с предыдущей версией Armv8: повышенная безопасность, более высокая вычислительная мощность в задачах ИИ и более высокое быстродействие при общих вычислениях.
Чем именно отличается новая архитектура набора команд ARM от старой, что ей даже присвоили следующий порядковый номер? На самом деле эта смена поколений не предполагает фундаментальный скачок, как было при переходе с v7 на v8, когда на смену набору инструкций AArch32 пришел AArch64 с расширенными регистрами, 64-битным адресным пространством и многими другими улучшениями.
В Armv9 базовым набором инструкций остается AArch64, но есть ряд существенных улучшений. Ключевые новшества Armv9 сосредоточены в трех областях — безопасность, искусственный интеллект, а также улучшенные возможности векторной обработки и цифровой обработки сигналов.
Пожалуй, самое видное новшество обещанное в новых процессорах на архитектуре Armv9 — SVE2 вместо NEON. За этой аббревиатурой скрывается второе поколение технологии Scalable Vector Extension (SVE), использующейся в Fugaku — самом быстром суперкомпьютере в мире. Основной недостаток SVE (первой версии нового набора инструкций SIMD с переменной длиной вектора) — она ограничена высокопроизводительными вычислениями и не поддерживает более универсальные инструкции, в отличие от NEON. Но в SVE2, анонсированной еще в апреле 2019 года, было сделано немало для улучшения ситуации — новый масштабируемый набор инструкций SIMD дополнили необходимыми командами для выполнения различных рабочих сценариев, подобных DSP, которые в настоящее время все еще используют NEON. Вторая итерация SVE2 сулит расширенные возможности машинного обучения и цифровой обработки сигналов в широком спектре приложений.
Что же касается повышенной безопасности, ее гарантирует новая архитектура конфиденциальных вычислений Arm (CCA), подразумевающая использование отдельной аппаратной среды для безопасной обработки и хранения чувствительных данных. В основе технологии — специальные «области» (Realms), которые можно рассматривать как защищенные контейнеры, полностью невидимые для ОС или гипервизора. Гипервизор никуда не денется, но он будет нести единоличную ответственность за планирование и распределение ресурсов. В то же время эти новые изолированные области будут управляться новым механизмом, называемым «диспетчером областей». Он станет новым фрагментом кода размером примерно 1/10 размера гипервизора. Приложения внутри контейнеров Realms смогут проверять диспетчер на вшивость, чтобы определить, можно ли ему доверять. В классическом гипервизоре такая возможность не предусмотрена. Более подробно о работе защитного механизма ARM обещает рассказать позже этим летом.
Если говорить о производительности, для будущих процессорных ядер Matterhorn и Makalu совокупный прогнозируемый прирост показателя IPC (инструкций за такт) — 30%. Но важно понимать, что это только примерная оценка ARM и показатели будут разниться в разрезе поставщиков мобильных процессоров.
Наконец, ARM приоткрыла завесу тайны над будущим графических процессоров Mali, анонсировав появление в будущих моделях технологий рейтрейсинга и Variable Rate Shading (VRS), знакомых по современным настольным видеокартам.
Ранее ARM анонсировала серверные процессоры — 96-ядерный Neoverse V1 и 128-ядерный Neoverse N2 с поддержкой DDR5 и PCIe 5. Можно не сомневаться, что они будут использовать архитектуру Armv9. По словам ARM, в этом году будет представлено немало процессоров Armv9. Судя по всему, речь о преемниках нынешних Cortex-A78 и X1. Ведущие поставщики процессоров ARM уже приступили к разработке новых моделей, а коммерческие устройства на их основе ожидаются в начале 2022 года.