ARM架构发展史及最新内核

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ARM架构发展史

ARM 曾称进阶精简指令集机器（Advanced RISC Machine）更早称作 Acorn RISC Machine，是一个 32 位精简指令集（RISC）处理器架构，目前已经不仅是 32 位，也有部分架构是 64 位。

1983 年开始的开发计划，团队在 1985 年时开发出 ARM1 Sample 版，而首颗“真正”的产能型ARM2 于次年量产。时至今日，ARM 已经开发出 9 代架构。

其主要核心见下表

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最新架构 Arm v9

最新的 Arm v9 架构主要体现两大特性，安全与增强计算AI

硬件安全性不确定性，一个漏洞可能会危及整个网络。我们每天都面临着利用 Arm 技术的新尝试。为了了解这个问题的普遍性，赛门铁克在 2020 年第一季度检测到近 1900 万次针对其物联网（IoT）的攻击。这是每秒超过 100 次攻击的速度，比我们在 2019 年底看到的高出 13%。

在 Arm v9 中，我们引入了旨在大规模提供机密计算（现在是行业优先事项）的新功能。通常，设备的操作系统（OS）拥有最高权限，可以看到和做所有事情。机密计算改变了这一点，虽然操作系统仍然决定什么时候可以运行，但应用程序位于一个单独的受硬件保护的内存区域，与系统中的所有其他内容隔离。

Arm 机密计算架构（CCA）建立在 Arm TrustZone 的基础之上，例如，您的个人银行信息可以与智能手机的社交媒体应用程序完全分离。Arm CCA 的新安全功能意味着即使社交媒体应用确实感染了恶意软件，它也无法传播到您设备的其余部分。

机密计算对于客户端设备很重要，但它也具有普遍价值，因为它可以在传输、静止时保持数据加密，并在使用时由硬件隔离。在云中，这也意味着保护物理 CPU 以及在第三方代码旁边运行的虚拟化处理器。

总之，Arm 上的机密计算很重要。我们已经开发的安全功能，以及我们未来将要创建的安全功能，将在所有层级的计算应用程序中发挥作用；帮助保护物联网传感器、手机、笔记本电脑、互联网和云。

为了保证安全，Arm 内存标记扩展 (MTE) 将成为第一代基于 Arm v9-A 的处理器的一个组成部分。内存损坏是黑客清单中的主要工具：过去 30 年中，许多广为人知的数据安全漏洞都是由于利用计算机存储和调用内存数据的方式的漏洞造成的。如果黑客知道重要数据字符串的位置，他们可以用恶意代码覆盖它。

MTE 使开发人员能够使用“标签”锁定数据字符串。然后只能使用由“指针”持有的右键访问该数据——该代码的任务是从内存中调用数据。实施锁和钥匙访问不仅是保护代码，而且是保护它处理的数据的一大步。

通过升级 SVE 矢量扩展技术来增强 v9 指令集的性能。SVE 已用于基于 Arm 的 Fujitsu A64FX 芯片，该芯片现在为世界上最快的超级计算机 Fugaku 和位于英国气象局的基于 Arm 的 Isambard 2 超级计算机提供动力。

向量是一维数据数组，自 1976 年世界上第一台商业上成功的超级计算机 Cray-1 诞生以来，它一直是高性能、节能计算的基础。

计算机可以并行处理的向量越多，向量越长，计算机的功能就越强大。在 Arm v8-A 中，作为标准，向量的长度为 128 位。

通过 Arm v9 的 SVE2 升级，芯片设计人员可以选择 128 的倍数的向量长度，最高可达 2048 位。这是一个巨大的并行计算量，虽然 SVE 最初是为 HPC 领域开发的，但 Armv9 中的 SVE2 扩展了 SVE 对从基因组学到计算机视觉的一系列专业 DSP 和 XR（增强和虚拟现实）工作负载的支持。

在 Arm v9 中，SVE2 还开创了一系列部署更强大 AI 的新方法。在未来几年，Arm AI 支持技术将通过升级矩阵乘法得到进一步推动，矩阵乘法是增强机器学习（ML）的关键要素。

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最新内核M85

我们再看一下新发布的 M85，其组成如下图：

Arm Cortex-M85 处理器是基于 Cortex-M 的物联网解决方案，提供了超高的计算性能和 DSP 或 ML 能力。

基于 Arm Helium 技术的最高性能处理器终， 增强嵌入式安全性除了 Arm TrustZone 技术外，还支持新的 PACBTI （指针认证和分支目标识别）扩展。 

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总结

总上所述，Cortex-M85 处理器也主要解决了物联网设备的两大问题，安全和计算，使得用更低的成本实现更好的物联网设备的性能及安全性。

ARM 架构不断发展，适应更多的场景，使用 ARM DS 可以快人一步实现最新内核的开发。