【原】V9架构是否能撑起Arm下个十年的霸主地位？全面计算如何帮助Arm 布局移动以外的市场？

今年4月份，Arm发布了其Armv9架构，这是Arm自2011年发布Armv8架构后的首次大规模架构更新。随后的5月份，Arm一口气推出了7款基于新架构的新一代的CPU和GPU核心，包括全新的Cortex-X2、Cortex-A710、Cortex 510等三款CPU核心，一款Mali-G710 GPU核心，以及三款Mali-G610、Mali-G510、Mali-G310GPU核心。

与此同时，这家芯片IP巨头宣布，正在构建超越智能手机移动市场以外越来越多的应用场景，其中PC市场，已经于2020年年底与苹果合作，推出基于Arm IP的苹果M1。下一步，在汽车市场，也将会有新的表现。 

在不久前结束的第九届EEVIA年度中国电子ICT媒体论坛上，安谋科技高级FAE经理邹伟介绍：“基于目前芯片设计遇到的挑战，Arm提出全面计算的概念，来满足大家对计算需求的提升。所谓全面设计，不仅是提高CPU的性能，在整个系统设计上，每个环节都要考虑，频率、带宽、缓存大小等。”

事实上，早在2019年，Arm就提出过要在共同架构下推动全面计算。当时这个概念的提出，是基于业界在解决产业整合时遇到一个重大的挑战，即单个IP与碎片化的解决方案在优化时面临挑战。Arm的关注焦点是从单一产品演进，转化为以应用场景与体验为导向的系统解决方案，对IP、软件以及工具本身以及彼此的协作进行全面优化。那么，两年后的今天，Arm再次提起全面计算这个概念，会有什么全新的认识和创新的举措吗？ 

全面计算：新时代下的大计算平台

当前，从计算的角度看，设计面临着巨大的挑战：一是CPU的负载越来越复杂，多样化场景需求不一样，每一个环节面临的挑战都不一样；二是摩尔定律在减缓，但对性能、功耗的追求依然没有停歇；三是非常高的硅成本，生产周期也变长，以前可能两个月，现在生产工艺要五个月。 

邹伟分享说，所以在当前环境下，对IP的要求其实是非常高的。一方面，希望不仅覆盖当前的应用，也能覆盖以后的应用，希望生命周期变长；另一方面，还希望投片能一次成功，希望它成熟，不容易失败。 

那么Arm的全面计算是如何实施的呢？邹伟分享，主要是从下面四个方面着手。 

首先是提升频率。传统印象中，Arm的绝大多数创新都是围绕移动市场。不过，从去年年末开始，Arm已经开始涉足PC领域，苹果M1的成功推出，足以证明，Arm在移动市场上的技术创新，同样适用于PC。并且，PC上比手机能接受更大的空间和散热，所以性能会更好，可以支撑更高性能的CPU和GPU。除了移动端、PC端之外，Arm还将涉足汽车领域。那么移动和汽车领域对GPU技术的需求有哪些区别呢。邹伟介绍说，最主要体现在两点：一是功能安全；二是虚拟化。手机是一个屏幕，而汽车上，则可能会多个屏幕，所以对虚拟化有技术需求。 

第二是big.LITTLE的设计。Arm是在2013年推出big.LITTLE的设计。在刚推出的前几年，业内存在争议，认为big.LITTLE不适合，坚持用大核。但Arm PC出来之后，当初这些存疑的公司，也都纷纷先后启用了big.LITTLE计算。big.LITTLE是一种节能省耗技术，最高性能的Arm CPU核心与最高效的Arm CPU核心相结合，可以以更低的功耗提供最好的工作性能，最快的处理任务速度。 

第四，CPU的性能提升到了一个瓶颈期。市面上很多厂商都希望通过加速器突破瓶颈。不过Arm认为，虽然加速器在针对一些特定应用的时候会比CPU有很大的优势，但是Arm认为，CPU在当今时代，依然非常重要。首先，大家对计算性能的要求层出不穷，并且要求整个SoC是受保护的，足够安全的；其次是普适应。用加速器做的应用开发，通常只能适用某个场景，但用CPU，则可以适用更宽的领域。最后是Proven，就是经过验证的技术。在这一点上，Arm有天然的优势。 

最后一点，即其它IP的协同。这一点也尤为重要。Arm 全新的全面计算解决方案采用系统范围的整体优化方法，横跨硬件IP、物理 IP、软件、工具和标准，为Arm的合作伙伴提供更为广泛的选择，满足所有终端细分市场的应用场景和成本区间。这些解决方案的核心是Arm的全新IP套件，包括首批 Armv9 Cortex CPU、具有出色图形功能的MaliGPU和全新的CoreLink系统IP。 

Armv9：未来数千亿芯片的基础

从2011年推出Armv8，到2021年推出Armv9，这十年中Arm的设备也无处不在，基于Arm设备出货已经1800亿，涵盖在各行各业每一个角落，每一个地方。 

据介绍，Armv9除了传统的全项兼容，同时也支持Armv8兼容。同时Armv9中引入了三个主要的方面：第一是机器学习，也就是有一个专门的加速器，加速的计算变成普适性的计算，这时候把它适时应用到CPU架构中，就可以做计算了；第二是真实的信号处理，可以更方便地适应机器学习，以及更多的数据处理要求；第三是增强了安全性，不仅在应用程序的开发要注重安全，在底层架构上，也会增强安全性的考虑。 

Armv9，与Armv8有三点不同：Manager、Hypervisor、SPM。Armv9分成三个区域：Non-secure主要用于支付，例如财务数据、密码。Armv9中引入了一个叫机密领域，跟以前特别不一样的是，应用程序可以根据自己的需求，在非安全领域运行的时候，申请进入机密计算，一旦进入这段空间，即便你是非安全的OS或者Hypervisor，也没有办法访问，达到机密计算的概念。

邹伟特别强调：“这个机密计算是基于以前很安全的情况下提供的更灵活的方案。在非安全领域内的应用程序，能随时动态的申请保护它的代码，保护它的数据，这样达到对个人数据的保护，这跟以前很不一样。” 

邹伟进一步介绍，Armv9推出后，未来两年内，还将继续保持30%左右性能的提升。事实上，从纯逻辑设计的角度，Arm其它产品，大体上每年都维持着性能的不断提升。如2013年推出的Cortex-A73，到今天，它的逻辑性能提升了2.5倍；前两年引入的Neoverse系列，它的性能测试基准及测出来的性能也有2.4倍的提升。 

邹伟最后总结说：“Armv9引入之后，我们提供一个成熟的IP覆盖大家未来的计算需求，能够满足大家对差异化和对通用性的需求，然后它还能满足大家面临的日益增长的多样化的负载计算需求，最后还能在全链路上保护大家的数据。“

— 结束语 —

在20世纪80年代中后期至2010年左右，移动市场的兴起让IP从芯片设计中独立出来。Arm及时抓住移动计算的红利，成为全球半导体芯片IP龙头。

在最近的十年，智能化概念席卷半导体市场，并且伴随着GPU应用的扩大，以及集成化成为芯片设计的新趋势，带动了IP业务也进入了高速发展期。好几个优秀的IP企业都成长起来，Arm不再是一家独大的垄断地位。尤其自2016Arm被软银收购之后，近几年Arm的营收均处于下滑的趋势。IP业的收购案从来没有停止过。虽然最近披露的，英伟达收购Arm的计划再次被延迟。但未来变数几何，仍未知。不过无论东家是否易主，Arm急于寻求新的市场增长份额，是未来十年是否能再次正名其一代IP霸主地位的必然选择。通过新型Armv9架构来抓住5G和AIoT的机遇，只是个开始！