10年来最重要创新 ARM发布AMRv9指令集:IPC性能大涨30%

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今天凌晨,ARM正式推出了ARMv9指令集,官方称之为10年来最重要的创新,将是未来3000亿ARM芯片的基础。包括目前性能最强的Cortex-X1/A78在内,现在所用的ARM芯片还是基于ARMv8.x指令集的,2011年首次推出,主要特点是增加了64位指令集支持。

相比之下,ARMv9的升级看点就多了,过去10年计算架构有了太多变化,ARM处理器也不止是移动/嵌入式专用了,已经扩展到了PC、HPC高性能计算、深度学习等等新市场。

ARMv9在兼容ARMv8的基础上,提升了安全性、增强了矢量计算、机器学习及数字信号处理,同时继续提升处理器性能。

首先来说说性能上的变化,以智能手机等移动平台使用的Cortex-X/A系列为例,X1/A78这一代的性能相比16nm A72提升2.5倍,下一代的Matterhorn架构及Makalu架构会保持30%以上的IPC性能提升。

IPC提升与频率无关,如果再考虑到未来工艺带来的频率增加,那么CPU性能有望提升40%以上。

除了CPU性能,ARMv9还非常重视整体的性能提升,包括降低内存延迟(从150ns降至90ns)、频率提升(从2.6GHz到3.3GHz)内存带宽(从20GB/s到60GB/s)、缓存等。

ARMv9这次与性能有关的一个重要升级是SVE2指令集,SVE最早是ARM与富士通合作的浮点性能扩展,日本最强也是TOP500最强超算富岳就使用了SVE指令集,现在推出的是第二代SVE浮点指令了。

相比SVE的128位矢量,SVE2可以支持多倍128位运算,最多2048位,因此SVE2可以增强ML机器学习、DSP信号处理能力,提升了未来5G、虚拟现实、增强现实以及CPU本地运行ML的性能,同时ARM未来还会继续提升AI人工智能性能。

除了CPU之外,这次还简单提到了未来的Mali GPU,ARM会增加更多高级功能,比如VRS可变帧率渲染、RT光线追踪及其他高级渲染技术等。

在ARMv9中,最重要的一项挑战其实是数据安全,这一次ARM推出了全新的CCA机密计算体系架构,基于之前的TrustZone安全技术,但引入了动态域技术,它对操作系统及管理程序来说是完全不透明的,不会被系统或者软件提权攻击,而且依然可以接受管理及调度。

总之,ARM今天公布的ARMv9指令集极具创新,是未来10年3000多亿ARM芯片的基础,不过现在具体的细节还很少,只是一个初步的路线图,今年夏天还会公布更多详细内容。

至于ARMv9处理器的商业化,预计会在2022年早些时候进入市场。

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