Armv9能否撐起10年3000億顆Arm核的目標(biāo)

除了智能手機(jī)，在筆記本和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，Arm產(chǎn)品被接受度越來(lái)越高，在服務(wù)器和汽車領(lǐng)域，Arm也在開疆拓土。連Arm公司首席執(zhí)行官Simon Segars在開場(chǎng)視頻中的首個(gè)案例，也是與江森自控的合作。顯然，Arm正在尋找智能手機(jī)之外的增長(zhǎng)點(diǎn)，工業(yè)與企業(yè)級(jí)市場(chǎng)成為重點(diǎn)瞄準(zhǔn)方向。

推出V9架構(gòu)之后，Arm喊出了再來(lái)3000億顆Arm芯的目標(biāo)。從1991年Arm公司成立，到2016年1000億顆Arm核芯片出貨，一共用了26年時(shí)間，隨著Arm生態(tài)的日益繁榮，基于Arm核的芯片出貨量增速驚人，在2021年Arm即可以實(shí)現(xiàn)第二個(gè)1000億顆Arm核芯片上市。如果這3000億是在10年內(nèi)完成的話，將意味著Arm核芯片出貨量再次提速，也不知道半導(dǎo)體產(chǎn)能建設(shè)能否跟上Arm對(duì)市場(chǎng)增長(zhǎng)的需求。

Arm市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁Ian Smythe在回答媒體對(duì)該數(shù)字的疑問(wèn)時(shí)表示，10年3000億顆出貨量是對(duì)Arm客戶芯片總出貨量的預(yù)估，包含當(dāng)前主流的Armv7和Armv8架構(gòu)芯片。Arm高級(jí)副總裁、首席架構(gòu)師兼技術(shù)院士Richard Grisenthwaite也解釋，除了智能手機(jī)，在筆記本和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，Arm產(chǎn)品被接受度越來(lái)越高，在服務(wù)器和汽車領(lǐng)域，Arm也在開疆拓土。連Arm公司首席執(zhí)行官Simon Segars在開場(chǎng)視頻中的首個(gè)案例，也是與江森自控的合作。顯然，Arm正在尋找智能手機(jī)之外的增長(zhǎng)點(diǎn)，工業(yè)與企業(yè)級(jí)市場(chǎng)成為重點(diǎn)瞄準(zhǔn)方向。

圖：Arm架構(gòu)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展

架構(gòu)大版本升級(jí)通常意味著較大幅度的變更，例如Armv7升級(jí)到Armv8主要是為了支持64位指令集，這是非常大的跨越。那么，Armv9相比Armv8的變化主要有哪些呢？Arm幾大高管反復(fù)強(qiáng)調(diào)了三點(diǎn)：全新安全架構(gòu)、機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)生支持，以及數(shù)字信號(hào)與向量處理性能的提升。

關(guān)鍵應(yīng)用專屬“封地”

在Arm官方新聞稿中，將Armv9對(duì)安全性的提升放在了第一位，這與Arm向工業(yè)也企業(yè)級(jí)市場(chǎng)開拓的方向一致——這些市場(chǎng)對(duì)于安全要求更高，也迫切希望能從硬件層面來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全，而在安全方案實(shí)現(xiàn)上對(duì)成本并不敏感。Armv9中引入Arm機(jī)密計(jì)算架構(gòu)（Confidential Compute Architecture, CCA），該架構(gòu)通過(guò)打造基于硬件的安全運(yùn)行環(huán)境來(lái)執(zhí)行計(jì)算，保護(hù)關(guān)鍵代碼和數(shù)據(jù)免于被非授權(quán)用戶存取或修改，相比過(guò)去的方案，新安全架構(gòu)在隔離非授權(quán)用戶侵?jǐn)_的能力得到大幅提升，甚至不受操作系統(tǒng)等特權(quán)軟件的影響。

圖：Arm機(jī)密計(jì)算體系結(jié)構(gòu)

在新一代安全特性中最大的特點(diǎn)，即Arm機(jī)密計(jì)算架構(gòu)中提出的“封地”（Realms，官方譯名為機(jī)密領(lǐng)域）概念。在傳統(tǒng)安全架構(gòu)中，低權(quán)限軟件層對(duì)更高權(quán)限軟件層是透明的，因此當(dāng)黑客從操作系統(tǒng)層面攻入時(shí)，上層應(yīng)用程序很難保證安全?！胺獾亍眲t相當(dāng)于系統(tǒng)內(nèi)的獨(dú)立王國(guó)，在操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件之間筑起一道防護(hù)，系統(tǒng)管理員仍然存在，但僅負(fù)責(zé)調(diào)度和資源分配，并不能任意進(jìn)入“封地”，該“封地”對(duì)操作系統(tǒng)而言是不透明的。不過(guò)Arm并沒(méi)有具體介紹動(dòng)態(tài)創(chuàng)建“封地”機(jī)制如何實(shí)現(xiàn)，外界猜測(cè)“封測(cè)”代碼可能運(yùn)行在預(yù)留的專用地址空間，該地址空間在操作系統(tǒng)層面不能直接訪問(wèn)。

此外，在V8架構(gòu)中引入的內(nèi)存標(biāo)簽擴(kuò)展(MTE)功能，也將被Armv9繼承。緩存溢出和釋放后重用是計(jì)算機(jī)體系軟件安全中最常見的問(wèn)題，這些漏洞容易被黑客利用攻擊，MTE功能堵上了這個(gè)漏洞，該機(jī)制用 "標(biāo)簽 "鎖定數(shù)據(jù)塊，只有使用正確的密鑰才能訪問(wèn)該數(shù)據(jù)，非授權(quán)代碼不能訪問(wèn)該區(qū)域，從而減少了安全風(fēng)險(xiǎn)。

強(qiáng)化機(jī)器學(xué)習(xí)和DSP能力

如果說(shuō)加強(qiáng)安全屬性是Arm為了更好地打入工業(yè)和企業(yè)等信息安全等級(jí)高的市場(chǎng)，那么在V9引入機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)生支持與加強(qiáng)數(shù)字信號(hào)處理能力也很自然。因?yàn)樵贏rmv8風(fēng)行的十年中，人工智能浪潮再次興起，人工智能在音視頻處理領(lǐng)域尤為興盛。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Statista Research Department估計(jì)，到21世紀(jì)20年代中期，全球?qū)⒂谐^(guò)80億臺(tái)搭載人工智能語(yǔ)音輔助的設(shè)備；而IDC預(yù)估，不低于90%的設(shè)備中將支持視覺或語(yǔ)音等人工智能功能或基于人工智能的交互方式。

Arm在過(guò)去幾年一直在完善對(duì)人工智能的支持，陸續(xù)推出過(guò)多款人工智能專用IP產(chǎn)品，在Armv9上，對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)的最大支持是第二代可伸縮矢量擴(kuò)展（Scalable Vector Extension, SVE）技術(shù)。早在V8架構(gòu)上，Arm就與富士通聯(lián)合開發(fā)了SVE技術(shù)，利用該技術(shù)富士通打造了當(dāng)時(shí)全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”。SVE2是SVE的升級(jí)版，除了支持一代SVE的所有功能外，還優(yōu)化了對(duì)常見機(jī)器學(xué)習(xí)算法的硬件支持，強(qiáng)化了DSP處理能力。

圖：用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提高CPU性能

SVE2增強(qiáng)了對(duì)在CPU上本地運(yùn)行的5G系統(tǒng)、虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)以及機(jī)器學(xué)習(xí)工作負(fù)載的處理能力，例如圖像處理和智能家居應(yīng)用。在未來(lái)幾年，Arm將進(jìn)一步增強(qiáng)人工智能的能力，除了在其Mali? GPU和Ethos? NPU中持續(xù)進(jìn)行人工智能創(chuàng)新外，還將大幅增強(qiáng)CPU內(nèi)的矩陣乘法。

非美供應(yīng)鏈實(shí)現(xiàn)突破？

rmv9開發(fā)過(guò)程中，搶跑的聯(lián)發(fā)科將第一批推出產(chǎn)品，其搭載Armv9核的芯片在2021年下半年即將上市，作為海思受制裁的最大受益者，在新一代手機(jī)處理器競(jìng)爭(zhēng)中，聯(lián)發(fā)科似乎已經(jīng)取得先機(jī)。那么，還在被美國(guó)政府制裁的華為海思有沒(méi)有可能獲得授權(quán)呢？

在回答這個(gè)問(wèn)題時(shí)，Ian Smythe表示，經(jīng)過(guò)全面審查，Armv9架構(gòu)不受美國(guó)出口管理?xiàng)l例(EAR)約束，Arm已將此信息通知美國(guó)政府相關(guān)部門。但I(xiàn)an也強(qiáng)調(diào)，Arm將繼續(xù)遵守美國(guó)商務(wù)部針對(duì)華為及其附屬公司海思的相關(guān)指導(dǎo)政策。

當(dāng)然，美國(guó)可以隨時(shí)調(diào)整政策來(lái)針對(duì)中國(guó)技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)，而且Arm如果成功被Nvidia收購(gòu)，Armv9就又變成美國(guó)資產(chǎn)了。不管怎樣，如果Armv9真能繞過(guò)EAR監(jiān)管，確實(shí)是一個(gè)不小的突破，意味著非美供應(yīng)鏈在一些環(huán)節(jié)已能提供全球最先進(jìn)的技術(shù)。對(duì)海思而言，很大可能還是用不上，因?yàn)闆](méi)有地方流片。Armv9先推面向高端應(yīng)用的A系列，主要使用最先進(jìn)工藝，而目前所有先進(jìn)工藝產(chǎn)線都被美國(guó)政策限制住了。但海思至少可以拿過(guò)來(lái)做預(yù)研，跟上行業(yè)發(fā)展腳步。

對(duì)Arm來(lái)講，這也是一個(gè)必然的選擇，想完成10年3000億的目標(biāo)，中國(guó)市場(chǎng)不容有失，現(xiàn)階段推出一個(gè)不受美政府約束的架構(gòu)，無(wú)疑讓中國(guó)客戶用起來(lái)更放心——因?yàn)檎l(shuí)也不知道美國(guó)政府接下來(lái)會(huì)制裁哪一家。

10年3000億的目標(biāo)很難，即便工業(yè)市場(chǎng)Arm滲透率還不高，即便中國(guó)市場(chǎng)未來(lái)還有高增長(zhǎng)預(yù)期，即便企業(yè)級(jí)市場(chǎng)對(duì)Arm而言是片藍(lán)海，但要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，還是要突破當(dāng)前應(yīng)用市場(chǎng)的想象力。不過(guò)，“下一個(gè)1000億很快將實(shí)現(xiàn)”，Arm幾年前說(shuō)的這個(gè)話，已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)。