重磅！Arm 出貨超過 1500 億，殺入自定義指令集，劍指 RISC-V

記者消息，近日，在一年一度的 ARM Techcon 2019 大會上，ARM 宣布推出一項全新的功能 Arm Custom instructions，該功能允許客戶在特定的 CPU 內(nèi)核中加入自定義指令功能，從而來加速特定的用例、嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。

據(jù)了解，Arm Custom Instructions 功能適用于 Cortex-M33 內(nèi)核及以后的 Cortex-M CPU 系列。從 2020 上半年起，所有使用上述 CPU 內(nèi)核的 Arm 客戶都可以免費使用自定義指令功能；也就是說，Arm 不會對新的或既有授權(quán)廠商收取額外費用，同時讓系統(tǒng)單芯片（SoC）設(shè)計人員在沒有軟件碎裂風(fēng)險下，得以針對特定嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用加入自己的指令。

另外，通過對 CPU 進(jìn)行修改來啟用 Arm 自定義指令，為處理器保留編碼空間，以便設(shè)計人員可以輕松添加自定義數(shù)據(jù)路徑擴(kuò)展，同時保持現(xiàn)有軟件生態(tài)系統(tǒng)的完整性。此功能與現(xiàn)有的協(xié)處理器接口一起使 Cortex-M33 CPU 可以使用針對機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）和人工智能（AI）等邊緣計算進(jìn)行了優(yōu)化和各種類型的加速器進(jìn)行擴(kuò)展。

Cortex-M 是是 ARM 公司多種系列產(chǎn)品中的其中一個，該處理器系列是一系列可向上兼容的高能效、易于使用的處理器，這些處理器旨在幫助開發(fā)人員滿足將來的嵌入式應(yīng)用的需要，比如說以更低的成本提供更多功能、不斷增加連接、改善代碼重用和提高能效。記者了解到，Arm Cortex-M 系列針對成本和功耗敏感的 MCU 和終端應(yīng)用（如智能測量、人機(jī)接口設(shè)備、汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)、大型家用電器、消費性產(chǎn)品和醫(yī)療器械）的混合信號設(shè)備進(jìn)行過優(yōu)化，也可以與智能手機(jī)和 PC 的應(yīng)用程序中的 Cortex-A 性能內(nèi)核配合使用。

不過，Arm Cortex-M 處理器的內(nèi)核主要還是應(yīng)用在低功耗嵌入式處理器（比如說 IoT 終端設(shè)備所用的處理器）中，已許可給 40 個以上的 ARM 合作伙伴，包括恩智浦、意法半導(dǎo)體、德儀和東芝等供應(yīng)商，每年的出貨量可達(dá)數(shù)億級別。

在發(fā)布會上，Arm 宣布已經(jīng)與不少合作伙伴進(jìn)行合作來支持自定義指令集，這些合作伙伴包括 IAR-Systems、恩智浦、芯科科技、ST 意法半導(dǎo)體等。

對于 Arm 的這一動作，Arm CEO Simon Segars 表示：

這將使你們所有人都能更快地行動起來。添加此功能后，我們對如何支持工具流程進(jìn)行了很多思考。Arm 于 7 月宣布了其靈活設(shè)計計劃，過去兩年中簽署的 Arm 處理器許可中有 75％ 現(xiàn)在包括了該計劃，開發(fā)人員可以在此調(diào)整設(shè)計，而不必不斷返回 Arm 進(jìn)行審批……隨著我們邁向第五波計算浪潮，我期待更多的創(chuàng)造力。定制說明更進(jìn)一步。Arm 設(shè)計了一種方法，可以支持智能集成和快速開發(fā)完全集成的自定義 CPU 指令，而不會產(chǎn)生軟件碎片。

另外，ARM 方面表示，新增的 Arm Custom Instructions 功能，結(jié)合此前 Arm 推出的 Arm Flexible Access 計劃，都是為了致力于增強(qiáng)芯片合作伙伴的靈活性和差異化，以支持機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能、自駕車、5G 與物聯(lián)網(wǎng)等全新邊緣運算的機(jī)會——為此，Arm Custom Instructions 在未來的 Arm Cortex-M CPU 上將變成標(biāo)準(zhǔn)功能，使這款 CPU 成為 Arm 歷來最成功的 CPU 之一。

在移動互聯(lián)網(wǎng)時代，Arm 顯然是絕對的主流；就在這次大會上，Arm CEO Simon Segars 也表示，成立近 30 年來，在 1000 多個合作伙伴的推動下，Arm 核心的出貨量已經(jīng)超過 1500 億。

但顯然，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)時代的結(jié)束和 IoT 時代的到來，Arm 已經(jīng)感受到了來自 RISC-V 的壓力。

RISC-V 是一個精簡指令集架構(gòu)（ISA），源自加州大學(xué)伯克利分校 2010 年的一個新項目，其架構(gòu)簡單、完全開源，且可通過擴(kuò)展指令做定制化。推出幾年后受到了全球范圍內(nèi)巨頭們的支持，英偉達(dá)、西部數(shù)據(jù)、谷歌、高通、微軟、華為、阿里巴巴等都加入了 RISC-V 基金會。并且，在印度政府的大力資助下，RISC-V 還成為了印度的國家指令集——當(dāng)然在中國市場 RISC-V 也頗受關(guān)注。

實際上，RISC-V 作為新的開源指令集架構(gòu)已經(jīng)引發(fā)了全球的關(guān)注，而去年 Arm 建立網(wǎng)站對 RISC-V 攻擊的行為表明了 Arm 對于這個新架構(gòu)的擔(dān)心，Arm 還對 RISC-V 質(zhì)疑稱可擴(kuò)展指令集會帶來碎片化的問題。

但顯然，RISC-V 的優(yōu)勢也讓 Arm 忌憚不已。記者在采訪非營利性組織 RISC-V 基金會中國顧問委員會主席方之熙之后認(rèn)為，讓 Arm 真正感到焦慮的，是 RISC-V 的靈活性，這種靈活性能夠更好地滿足未來市場的需求；基于 RISC-V 的靈活性，它能夠在 IoT、專用芯片、數(shù)據(jù)中心、邊緣計算市場發(fā)揮出性能、功耗、安全性的優(yōu)勢。

在記者看來，Arm 加入自定義指令集的本質(zhì)，正是為了增強(qiáng)自身內(nèi)核架構(gòu)的靈活性，從而在 IoT 時代與和 RISC-V 正面競爭。

當(dāng)然，RISC-V 的發(fā)展確實存在一些問題，比如碎片化風(fēng)險，生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)還處于早期階段，同時，想要設(shè)計相對復(fù)雜的 RISC-V 芯片仍然需要工具鏈的支持。反過來看，RISC-V 的劣勢其實也正是 Arm 目前的優(yōu)勢所在——在發(fā)布會上，Arm 強(qiáng)調(diào)稱，Arm Custom Instructions 為集成客戶工作負(fù)載加速提供了最低成本（和風(fēng)險）的途徑，因為它不會對影響到現(xiàn)有的 CPU 特性，并且仍然允許客戶使用他們已經(jīng)熟悉的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)工具。

對于 Arm 作出的改變，它的客戶已經(jīng)表達(dá)了正面回應(yīng)；比如說，恩智浦高級副總裁兼 MICR 產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理 Geoff Lees 就表示：

Arm 的新自定義指令功能，使像恩智浦這樣的芯片供應(yīng)商能夠為其客戶提供針對特定應(yīng)用的全新指令優(yōu)化，以提高性能，功耗和靜態(tài)代碼大小，以適應(yīng)新興的嵌入式應(yīng)用程序……此外，所有這些改進(jìn)都在廣泛的 Cortex－M 生態(tài)系統(tǒng)中實現(xiàn)，因此客戶的現(xiàn)有軟件投資得以最大化。

其實，除了宣布在 CPU 內(nèi)核中加入自定義指令，ARM 還在 TechCon 2019 大會上宣布更改其免費開源物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng) Mbed OS 的合作伙伴治理模型，與諸多合作伙伴成立自動駕駛汽車計算聯(lián)盟，還宣布與 Unity Technologies 合作來支持各種 3D 內(nèi)容創(chuàng)作——但總體來看，Arm 對自定義指令集的擁抱，成為本次大會的最大看點。

而從整個行業(yè)來看，Arm 對自定義指令集的擁抱，將增加 AI + IoT 時代芯片架構(gòu)發(fā)展的不確定性和變數(shù)——但對客戶來說，更激烈的競爭未必不是一件好事。

記者(公眾號：記者)注：本文圖片來自于 anandtech。