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ARM|ARM新十年 能否实现CPU计算“统治”？

本周三，Arm发布了最新一代架构Armv9，这一架构是在目前已经广泛使用的Armv8的基础上，面向未来十年的新一代架构 。
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雷锋网了解到，Armv9架构有三个系列，分别是针对通用计算的A系列，实时处理器的R系列，微控制器的M系列，预计未来两代移动基础设施CPU的性能提升将超过30% 。首款基于Armv9架构CPU的移动处理器最快将在今年底问世，可能来自MediaTek 。
Armv9架构的初代版本增强了安全性、机器学习、DSP性能，Armv9架构未来也将持续增强这些性能，并将加入新特性 。
最近几年，Arm架构处理器已经从智能手机为代表的终端向对性能要求更高的PC、数据中心延伸 。从最新的发布可以看到，Arm希望Armv9架构 CPU以及基于其GPU、NPU处理器能够无处不在 。如果Arm的目标能够实现，是否可以实现CPU计算统治？Arm的第三个1000万出货目标多久能够达成？
安全是发挥计算架构潜能最大的挑战
Armv9架构的发布会上，安全性被频频提及，与安全相关的技术和介绍的篇幅也很长 。Arm高级副总裁、首席架构师兼技术院士Richard Grisenthwaite解释称，“我看来，计算若要充分发挥潜能，安全是最大的挑战，越来越多的私人数据被存放在计算系统中，这让这些数据成为安全攻击的诱人目标 。今年网络犯罪损失的金额预估高达6万亿美元 。”
因此，Armv9架构在安全性方面做了多方面的工作 。首先是引入了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 。
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Arm CCA将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，实现保护数据安全的目的 。比如，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 。
据悉，Arm会在今年下半年公布Arm CCA的更多信息 。
内存标签扩展是Armv9架构的另一项安全技术 。Richard Grisenthwaite说：“在分析了全球软件报告的大量安全问题后，我们发现许多问题的根源实际上与过去内存安全的老问题有关 。这些问题已经困扰计算领域50年，两个持续多年特别常见的内存安全问题——缓存溢出和释放后重用 。很大一部分的问题是，这些内存安全漏洞被利用之前就能发现问题，这是提高全球软件安全至关重要的一步 。”
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Arm持续与谷歌合作开发的“内存标签扩展”技术，可以在软件中查找空间和时间内存安全的问题，允许软件将指向内存的指针与标签建立关联，并在使用指针时检查这个标签是否正确 。
Richard称，内存标签扩展是明年上市的第一代Armv9 CPU不可或缺的一部分 。支持内存标签扩展的软件也正被引入到安卓11系统和OPENSUSE 。
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Arm还与剑桥大学在其CHERI架构上合作多年，从架构底层来提升安全性 。据介绍，CHERI架构定义了可提供这种封装能力的硬件功能，这在未来将可能促成一个本质上更为安全的计算平台，但这也会使某些系统的变成方式产生重大改变 。
不过，这种架构Arm已经在和其合作伙伴探索，如果成功，会在未来5-6年引入Armv9架构，成为Armv9架构主要的组件之一 。
未来两代Armv9架构CPU性能提升将超过30%
安全性是计算架构的基础，性能提升则是满足越来越高的计算需求以及多样化计算需求的关键 。Arm预计，新一代架构Armv9将保持超过业界CPU性能提升的速度，未来两代移动和基础设施CPU的性能提升将超过30% 。
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Richard强调：“这个数据是根据业界标准评测工具来衡量，30%的算力提升完全是凭借于本身架构而不是借助于制程工艺来实现 。”


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