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Arm下一代指令架构“Armv9”已经问世

Arm的下一代CPU指令集架构(ISA:指令集架构)“ Armv9”开始推出。该公司正在慢慢扩展当前的ISA“ Armv8”,而扩展的高潮终极将成为Armv9的搭建桥梁。至于Armv9,一位CPU行业人士表示,安然性增强是最紧张的关键。Arm在Armv8.3之后的阶段扩展中专注于安然性,并被视为迈向Armv9的一步。

Arm的指令集架构的成长对付当前的IT行业至关紧张。这是由于高机能CPU的指令集体系布局险些被x86 / x64和Arm两个系统所垄断。对付移动和嵌入式利用法度榜样,Arm是最大年夜的气力。纵然不应用Arm本身的CPU内核IP,Apple的A系列SoC的CPU内核和Qualcomm的Snapdragon SoC的Kryo内核也相符Arm的指令集。Arm的指令集体系布局变动会影响许多谋略设备。

该公司在2011年应用Armv8将CPU ISA 64位化,同时极大年夜地改变了架构 应用AArch64(一种智能且有条理的64位体系布局),并对ISA进行了从新分区,然后从新开始。在Armv8根基之上,Arm今朝正在建立扩展指令。扩展从三个偏向进行:虚拟化和RAS等办事器的系统扩展,深度进修的谋略扩展以及安然性扩展。

此外,Arm还宣布了未来CPU体系布局扩展的偏向。引入事务性内存以扩展CPU内核数量,增添了用于车载的功能安然功能,支持用于深度进修的矩阵运算,针对矢量市场中的某些市场将矢量扩展到256位。

它还容许得到Arm许可的客户将自定义指令合并到Arm指令集中。定制指令从用于嵌入式用途的Cortex-M开始,但也正在斟酌将其支配到实时的Cortex-R和谋略的Cortex-A中。到今朝为止,Arm尚未容许被许可方添加自定义指令,以防止破坏CPU指令集体系布局。Cortex-A类中的自定义阐明将审慎进行,以免造成滋扰。客户自定义指令的引入旨在与容许客户自定义指令的RISC-V指令集体系布局相反。

赓续进级的Armv8-A指令集

Arm CPU当前的指令集架构是第8代“ Armv8”。纵然具有相同的Armv8名称,它也会按CPU设置设置设备摆设摆设文件分为ISA系列的三种类型。“ Armv8-A”用于高机能CPU“ Cortex-A”系列,“ Armv8-R”用于实时CPU“ Cortex-R”系列,“ Armv8-M”用于嵌入式MCU“ Cortex-M”系列,每个设置设置设备摆设摆设文件都有不合的指令集。

此外,对指令集进行了较小的进级。用于高机能CPU的Armv8-A在小数点后也有一个版本。从Armv8.1-A开始,十进制版本每年都邑增添“ .1”,现在发布了Armv8.6-A。Armv8.6-A是ISA在2019年的扩展,Armv8.5-A是2018年,Armv8.4-A是2017年。

传统上,当呈现新的Arm ISA小数点版本时,新的小数点版本险些同步地添加到Arm自己的CPU核心IP中。但这不是现在。Arm的高端CPU核心IP“ Cortex-A77” ISA版本为Armv8.2-A。下一个内核Hercules也是Armv8.2-A。实际上,自2015年Armv8.2-A起,CPU核心IP ISA版本就没有增添。

Apple CPU内核险些没有Armv8.3-A。已经宣布了以前几年的Armv8.x,但尚未在CPU上完全实现。这这种环境有些繁杂。首先,ISA版本和CPU实施ISA版本名称之间存在关联。每个Armv8.x一代ISA版本都包孕多个功能。应用Arm ISA,假如您具有特定世代的所有功能,则可以首次声明该版本。

例如,假如实现了Armv8.2-A的所有功能,它将成为Armv8.2-A CPU。然则,除了Armv8.0-A的基础功能之外,假如仅实现Armv8.2-A功能的一部分,它将成为Armv8.0-A CPU而不是Armv8.2-A CPU。

在实际的核心IP示例中,Cortex-A77实现了Armv8.2-A之前的所有功能,但仅实现了Armv8.3-A和Armv8.4-A的某些功能。是以,ISA版本是Armv8.2-A CPU。完全装有Armv8.4-A的CPU内核尚未呈现。因为该功能的“旋钮”,无法满意Armv8 ISA的进级前提,并且版本无法进级。

然则,这种环境将在不久的将来改变。Arm CPU内核是下一代“ Matterhorn”,并且可以急速实现Armv8.6-A的许多功能。 Matterhorn是该指令集的主要里程碑。Arm将 Matterhorn的CPU代号规则从当前的希腊神话变动为Yamana名称,而且还切换了CPU体系布局以及代号。 Matterhorn可能是“ Armv9之前的CPU”。

以前两年中,Arv8.x指令扩展集中在安然性扩展上

以前,跟着分阶段添加功能,Arm的指令集是在Arm的CPU核心IP中同步实现的。然则,自Armv8.2-A以来,它的实施并不顺利,新功能的积累也有所重叠。是以,如前所述,CPU内核的ISA版本彷佛未从Armv8.2-A进级。

剩下这么多的缘故原由是什么?它与Armv8.2-A及更高版本功能的内容有关。着末三代的Armv8.x扩展专注于安然性。分外是,Armv8.4-A和8.5-A主如果与安然相关的扩展。

从Meltdown和Spectre开始,这是为了处置惩罚CPU微体系布局上的安然性问题。2017年,CPU厂商呈现了侧面通道进击类型Meltdown和Spectre。是以,在以前几年中,开拓高机能CPU的供应商(包括IntelAMD以及Arms)不停致力于将安然功能集成到CPU体系布局和微体系布局中。

就Arm而言,高度依附Arm平台的Google已成为紧张的相助伙伴,并在架构上采取了先辈的安然步伐。它内置在最新的ISA十进制版本中,例如Armv8.4-A(2017)和Armv8.5-A(2018)。

图:Armv8.xA体系架构

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