【TO 直擊】Arm 推出全新 Armv9 架構!3 大重點:融合資安、AI 與運算效能

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Arm 分享最新 Armv9 架構(攝影:郭家宏)

晶片架構重大更新!Arm 今(31)日發表全新 Armv9 架構。Armv9 是 Arm 的第九代架構,距離上一代 Armv8(第八代架構)推出已經 10 年,是近 10 年來,Arm 架構最大的技術革新。在這長達 10 年的時間,大數據、雲端、AI、5G 開始廣泛應用於產業界,Arm 做了怎樣的升級,讓該架構更符合現代,甚至下一個 10 年的需求?

Arm 於今(31)早舉辦 Vision Day 分享會,分享 Armv9 的技術細節。《TechOrange 科技報橘》親臨現場,帶回 Armv9 的 3 個重點資訊。

重點 1:Armv9 讓安全性升級

在分享會中,「安全」是 Arm 不斷強調的關鍵字。根據 Arm 提供的數據,平均每月全球有 5,400 起針對物聯網設備的攻擊;2021 年,網路犯罪預計在全球帶來 6 兆美元的經濟損失。未來,聯網設備與資料量仍會不斷增加,駭客攻擊次數將有增無減。

此外,運算轉為分散式,每個運算需求都會分配在最適合的平台運行。因此,信任運算基礎架構將是管理資安與隱私的關鍵。

為此,Arm 在 Armv9 加入機密運算架構(CCA),能在硬體架構的安全環境中執行運算,並保護部分使用中的程式碼與數據不被存取或修改,連特殊權限軟體也無法如此。

Armv9 的 CCA 也會導入動態設置機密領域(realms)的概念,讓程式在 TrustZone 當中區隔開來的運算領域運作,也保護使用中、閒置與傳輸中的數據與程式碼,避免遭受其他軟體窺探與入侵。根據 Pulse 近期的調查,超過 90% 的企業決策者表示,該技術能降低企業在資安投入的成本,轉而提升研發的資源。

重點 2:Armv9 極大化 CPU 運算效能

除了安全,產業界對晶片的「運算效能」要求也逐漸增加,特別在 AI 的導入下,業界對效能的要求更為嚴苛。Armv9 採用全面運算策略(Total Compute Strategy),透過系統層級的設計來優化軟硬體,加上應用場景效能的提升,極大化 CPU 效能。

Armv9 架構也為 CPU 提供全新的向量處理能力。Arm 預期,基於 SPRCInt 等標準,未來兩代採用 Armv9 的行動與基礎設施 CPU,運算效能都將提升超過 30%。

另外,藉由全面運算設計原理,Armv9 系統層級技術將橫跨 Arm 所有 IP 解決方案。Arm 也正在為 Arm v9 開發技術,以提升頻率、頻寬與快取大小,並降低記憶體延遲,進一步提升 CUP 效能。

重點 3:AI 運算是 Armv9 的重點應用

最後,AI 運算是 Armv9 的重點應用。目前全球有 77% 的裝置至少搭載一種 AI;到了 2020 年代中期,全球預計將有超過 80 億個具備 AI 功能的語音助理裝置,且超過 90% 的終端裝置將搭載 AI 與基於 AI 的介面。AI 的工作負載具有無所不在與範圍廣泛的特性,也必須隨著終端裝置調整,以提升運算效能,因此彈性是晶片架構的關鍵。

為此,Arm 與富士通合作,研發可拓展的向量延伸指令集(SVE),並讓富岳成為全球速度最快的超級電腦。而 Armv9 搭載 SVE 的進階版本 SVE2,將大幅提升機器學習與數位訊號處理(DSP)的能力,並強化 CPU 上運行的 5G 系統、AR/VR 的性能。未來,Arm 也會強化 CPU 內部的矩陣乘法能力,進一步擴展 Armv9 的 AI 性能。

在 2025 年,預計超過 9 成的新企業應用程式將嵌入機器學習;運算裝置也將受惠於更多在 CPU、GPU、NPU 的硬體支援,以應對更吃重的機器學習工作負載。

關於應用,Arm 副總裁暨機器學習事業部總經理與院士 Jem Davies 提到幫浦的案例。幫浦用電量占了全球 10% 的用電,但有 90% 的幫浦效率不彰。目前平均 36,000 台幫浦只有一台聯網,若將所有的幫浦導入 AI,將可為全球省下 2% 的能源。

10 年之內,全球預計有 3,000 億個晶片採用 Arm 架構

目前全球有 Arm、x86、RISC-V 等晶片架構,而 Arm 架構具有低功耗的特性,成為行動時代的寵兒。目前全球有 1,800 億個晶片搭載 Arm 架構;而隨著 Armv9 的推出,Arm 預期,10 年之內,全球將有 3,000 億個晶片採用 Arm 架構。

目前聯發科已率先採用 Armv9 架構。Arm 預期,今年年底前會有一批基於 Armv9 的處理器上市,並預期資料中心、網通設備、邊緣裝置、筆電未來都會採用 Armv9 架構。而且 Armv9 能向後相容(backward comparable),能夠運作 Armv8、v7 等舊版本架構,產業界能無痛升級。

總結而言,Armv9 是基於 Armv8 的創新,具備安全、高運算性能的特性,滿足 AI、物聯網、5G 所帶動的安全運算需求。Armv9 架構將應用於 Arm 架構下的 3 大產品系列:A 系列(應用處理器)、R 系列(即時處理器)、M 系列(微控制處理器)。在新架構的支援下,電子設備將實現高性能運算,並同時保持高標準的資安等級,讓 AI、5G、物聯網普及化。

(本文提供合作夥伴轉載。)

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