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近日，ARM正式宣佈推出ARMv9架構。據ARM官方稱，這是10年來最重要的創新，是未來3000億ARM芯片的基礎。
與上一代的ARMv8相比，ARMv9處理器將不再侷限於移動/嵌入式市場，而是擴展到PC、HPC高性能計算、深度學習等新市場，以滿足全球對功能日益強大的安全、人工智能和專用處理的需求。
ARMv9架構的發佈，會對CPU市場帶來什麼樣的影響？對於中國而言，是否能夠解“缺芯”之急呢？
ARMv9的三大亮點
2011年10月，ARM首次發佈ARMv8架構，十年後的今天，ARMv9立足於ARMv8的成功基礎，將成爲擔綱未來十年的主流計算架構。那麼，它和ARMv8架構相比有哪些不同呢？
據ARM高級副總裁、首席架構師兼技術院士Richard Grisenthwaite介紹，ARMv9繼續使用AArch64作爲基準指令集，但是在其功能上增加了一些非常重要的擴展。
他指出ARMv9有三個主要支柱，即：安全性、AI（機器學習）以及改進的矢量和DSP功能。
亮點一：安全
爲了解決當今最大的技術挑戰——保護全球數據安全，ARMv9架構路線圖引入了ARM機密計算架構（Confidential Compute Architecture, CCA）。
機密計算通過打造基於硬件的安全運行環境來執行計算，保護部分代碼和數據，免於被存取或修改，甚至不受特權軟件的影響。
例如，在ARM TrustZone的基礎上，可以將個人銀行信息與智能手機的社交媒體應用完全分離。ARM CCA的新安全功能意味着，即使社交媒體應用真的感染了惡意軟件，也不會傳播設備其他部分。
ARM CCA還引入動態創建機密領域（Realms）的概念，機密領域面向所有應用，運行在獨立於安全或非安全環境之外的環境中，以實現保護數據安全的目的。
例如，在商業應用中，機密領域可以保護系統中商用機密數據和代碼，無論它們正被使用、閒置或正在傳輸中。在雲中，這也意味着保護物理CPU以及運行在第三方代碼旁邊的虛擬化處理器。
此外，ARM持續與谷歌合作開發的內存標籤擴展(MTE)技術，將成爲第一代基於ARMv9-A處理器的一個組成部分。
過去30年中，許多廣爲人知的數據安全漏洞，都是利用計算機如何存儲和調用內存中的數據的漏洞造成的。如果黑客知道一串重要數據的位置，他們就可以用惡意代碼覆蓋它。
MTE使開發人員能夠使用“標籤”鎖定數據串。然後，只有使用正確的密鑰才能訪問該數據，該密鑰由“指針”（負責從內存中調用數據的代碼）持有。實現鎖和密鑰訪問是一個巨大的步驟，不僅可以確保數據的安全，而且還可以保證數據的安全。
亮點二：針對AI機器學習的優化
機器學習是ARMv9的重要組成部分，ARM認爲在未來幾年中，越來越多的機器學習工作負載將變得司空見慣。
爲了滿足這一需求，ARM與富士通合作開發了可伸縮矢量擴展（Scalable Vector Extension, SVE）技術，並驅動了世界上最快的超級計算機“富嶽”。在此基礎上，ARM爲ARMv9開發了SVE2，以便在更廣泛的應用中實現增強的機器學習和數字信號處理能力。
除了增加的各種現代SIMD功能外，SVE和SVE2的優勢還在於其可變的向量大小，範圍覆蓋了128b到2048b，讓其無論在什麼硬件運行，都允許向量的可變粒度爲128b。
如果純粹從向量處理和編程的角度來看，這意味着軟件開發人員將只需要編譯一次其代碼，並且如果將來某個CPU帶有本地的512b SIMD execution pipelines，該代碼將能夠充分利用單元的整個寬度。
同樣，相同的代碼將能夠在具有較低硬件執行寬度能力的保守設計上運行，這對於ARM設計從物聯網、移動到數據中心的CPU而言至關重要。在保留ARM體系結構的32b編碼空間的同時，它還可以完成所有這些工作。然而，類似X86這樣的架構，則需要根據矢量尺寸增加新的指令和擴展。
SVE2增強了對在CPU上本地運行的5G系統、虛擬和增強現實以及機器學習工作負載的處理能力，如：圖像處理和智能家居應用。
未來幾年，ARM將進一步擴展其技術的AI能力，除了在其Mali GPU和Ethos NPU中持續進行AI創新外，還將大幅增強CPU內的矩陣乘法。
亮點三：通過系統設計實現性能最大化
在過去的五年，ARM技術每年都以超過業界的速度提升CPU性能。ARM在新一代架構ARMv9上將保持這個速度，預計未來兩代移動和基礎設施CPU的性能提升將超過30%。
據ARM官方稱，這個數據是根據業界標準評測工具來衡量，30%的算力提升完全是憑藉於本身架構，而不是藉助於製程工藝來實現的。
然而，隨着行業從通用計算向普遍的專用處理髮展，每年兩位數的CPU性能提升是不夠的。除了增強專用處理能力，ARM的全面計算（Total Compute）設計方法，將通過集中的系統級硬件和軟件優化以及用例性能的提高，加速總體計算性能。
通過將全面計算的設計原則應用在包含汽車、客戶端、基礎設施和物聯網解決方案的整個IP組合中，ARMv9系統級技術將遍及整個IP解決方案，並改善個別IP。
此外，ARM還在開發多項技術以提高頻率、帶寬、緩存，並降低內存延遲，從而最大限度地提升基於ARMv9的CPU性能。
ARM欲打破x86壟斷
目前，CPU領域最成功的架構當屬x86，不過x86的成功和統治力在於PC和高性能計算市場，在ARM擅長的智能終端市場並不成功。
近幾年，ARM架構在高性能計算領域取得了一些進展，包括上面提到的“富嶽”超級計算機，以及推出採用ARM架構的多款服務器。
去年，蘋果基於ARM架構推出M1處理器，併成功應用在Macbook Pro電腦上。此外，高通、微軟也在佈局基於ARM架構的電腦處理器和系統。這一系列的舉動，都讓業界看到了x86架構在PC市場的統治地位並非牢不可破。
ARM首席執行官Simon Segars說，“ARM芯片實現1000億顆的出貨花了26年，如果預測準確，接下來一年，我們的合作伙伴出貨的ARM芯片將累計達到2000億顆。也就是說，我們的第二個1000億的出貨將在短短5年內達成。”
據媒體報道，目前ARM架構的芯片出貨已經超過1800億顆，ARMv9架構會成爲實現ARM芯片3000億顆芯片出貨的先驅。
沒有人能準確預估ARM實現第三個1000億顆芯片出貨的時間，但可以明確的是，ARM希望其芯片能夠爲所有智能計算提供算力，也就是讓其芯片在未來無處不在。
現在看來，在複雜的國際形勢下，同屬精簡指令集的RISC-V正在快速發展，加上x86陣營Intel和AMD也在加強x86的競爭力，ARM要真正撼動x86的優勢領域並非易事。
華爲能否獲得ARMv9授權？
不過，相比於ARMv9到底更新了哪些功能，國內關注更多的還是華爲能否獲得ARMv9的授權。
據悉，華爲自主研發的海思芯片就是基於ARM架構設計的。在美國出臺芯片禁令之時，華爲方面表示，已經獲得了ARMv8架構授權，可以自主設計處理器，並掌握到核心技術。
雖然華爲掌握着ARMv8架構，但沒有最新構架的支持，華爲也將陷入停滯不前的狀態。
對於ARMv9是否以供給包括華爲在內的中國企業的問題，ARM的官方回覆是：
“ARM既有源於美國的IP，也有非源於美國的IP。經過全面的審查，ARM確定其ARMv9架構不受美國出口管理條例(EAR)的約束。ARM已將此通知美國政府相關部門，我們將繼續遵守美國商務部針對華爲及其附屬公司海思的指導方針。”
細品這番發言，ARM的態度實在是模棱兩可：
ARM官方沒有說任何關於ARMv9可以授權給華爲的事情。
第二，從ARM官網上可以看到，谷歌、英偉達、高通、小米、OPPO、VIVO、聯發科、臺積電都是ARM的合作伙伴，但是華爲卻不見蹤影，可見這件事背後，還是有一些隱情。
換句話說，華爲能否得到ARMv9的授權，其實還是一個未知數。
另一方面，即使華爲得到v9的授權，但芯片製造依然是一個大問題。
同時，國內業界也在擔憂，在ARM新架構之下，快速進軍PC和服務器業務，這會對我國硬件國產化以及系統國產化帶來更大壓力。
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