Nell’ambito dell’evento Arm’s Vision Day, l’azienda britannica ha rivelato i primi dettagli della nuova architettura Armv9 ponendo le basi per quella che Arm spera essere la piattaforma informatica per i 300 miliardi di chip che verranno fabbricati nel prossimo decennio.
E un decennio è passato da quando Arm annunciò per la prima volta l’architettura Armv8, un periodo durante il quale questa architettura ha preso piede, oltre che nei dispositivi mobile, anche nei server e, da poco, anche nei desktop. Nel corso degli anni, Arm ha sviluppato l’ISA con vari aggiornamenti ed estensioni all’architettura, alcuni importanti, altri più marginali.
Armv9 continua a utilizzare AArch64 come set di istruzioni di base, tuttavia aggiunge alcune estensioni molto importanti nelle sue capacità che garantiscono un incremento nella numerazione ISA dell’architettura e probabilmente consente ad Arm di ottenere anche una sorta di rielaborazione del software che comprende tutte le varie estensioni v8 che sono state rilasciate nel corso degli anni.
I tre nuovi pilastri di Armv9 che secondo l’azienda rappresentano gli obiettivi principali della nuova architettura riguardano la sicurezza, l’intelligenza artificiale e le migliorate capacità vettoriali e DSP.
Cominciamo con i miglioramenti della matematica, che derivano da funzionalità avanzate di matematica delle matrici e dalla seconda generazione del Scalable Vector Extension (SVE2) di Arm. La SVE di prima generazione è stata progettata per il supercomputer Fugaku mentre SVE2 è stata pensata per computer generici. SVE2 si basa sui principi della libreria matematica NEON di Arm, ma è stato riprogettato da zero per migliorare il parallelismo dei dati. È importante sottolineare che SVE2 supporta anche NEON, quindi verrà utilizzato per le funzioni di elaborazione DSP.
Il vantaggio di SVE2, oltre alle varie funzionalità SIMD moderne, è nella loro dimensione vettoriale variabile, che va da 128b a 2048b, consentendo una granularità variabile di 128b dei vettori, indipendentemente da ciò su cui è in esecuzione l’hardware. Dal punto di vista dell’elaborazione e della programmazione vettoriale, significa che uno sviluppatore di software dovrebbe compilare il suo codice una sola volta e se in futuro una CPU uscisse con pipeline di esecuzione SIMD 512b native, il codice sarebbe già in grado di sfruttare l’intera larghezza delle unità. Allo stesso modo, lo stesso codice sarebbe in grado di essere eseguito su progetti più conservativi con una capacità di larghezza di esecuzione hardware inferiore, importante per Arm quando si progettano CPU per differenti applicazioni, dall’IoT, al mobile, ai data center. Lo fa anche rimanendo all’interno dello spazio di codifica 32b dell’architettura Arm.
Anche l’apprendimento automatico è visto come una parte importante di Armv9 poiché Arm vede sempre più carichi di lavoro ML diventare comuni nei prossimi anni. L’esecuzione di carichi di lavoro ML su acceleratori dedicati sarà naturalmente ancora un requisito per tutto ciò che è critico per le prestazioni o l’efficienza energetica, tuttavia ci sarà ancora una nuova e vasta adozione di carichi di lavoro ML di ambito più ridotto che verranno eseguiti su CPU.
Per quanto riguarda la sicurezza, Armv9 include nell’Arm Confidential Compute Architecture (CCA) Memory Tagging Extension (MTE) e Realm Management Extension.
Arm ha debuttato nel tagging della memoria in Armv8.5, ma non ci sono core CPU mobili costruiti con questa specifica. MTE è progettato per prevenire le vulnerabilità della memoria con un approccio di accesso “lock and key”. I puntatori alla memoria vengono contrassegnati al momento della creazione e controllati durante le istruzioni di caricamento / memorizzazione per garantire l’accesso alla memoria dalla posizione corretta. Vengono sollevate eccezioni in caso di mancata corrispondenza, consentendo agli sviluppatori di rintracciare potenziali problemi di sicurezza.
L’esecuzione del tagging della memoria nell’hardware della CPU migliora la riduzione delle prestazioni derivante da questo processo di controllo. Allo stesso modo, i controlli basati sull’hardware sono molto più complessi da contrastare, rendendo più difficile la vita ai malintenzionati.
In Armv9 Realm Management Extension e CCA hanno una portata ancora più ampia. Il tutto si basa sul principio di Arm TrustZone, consentendo alle applicazioni di essere eseguite nel proprio ambiente protetto, isolato dal sistema operativo principale e da altre applicazioni. A differenza degli hypervisor e delle macchine virtuali, che eseguono sistemi operativi separati fianco a fianco, RME supporta anche la separazione sicura di singole app e servizi che condividono un sistema operativo comune, similmente ai contenitori Linux, solo ancora più sicuri e integrati nell’hardware.
L’idea è abbastanza semplice. Ciascun Realm non può vedere cosa sta facendo l’altro, riducendo notevolmente il rischio di fuga di dati sensibili su un’altra app compromessa o persino sul sistema operativo. Funzionalità di sicurezza basate su hardware come questa sono sempre più importanti per proteggere i dati sensibili presenti nei dispositivi.
Realms richiede importanti cambiamenti in tutto il sistema operativo, come Android di Google; pertanto, Realms non sarà supportato con i processori Armv9 di prima generazione. La funzionalità dovrebbe apparire un po’ più tardi nel ciclo di vita dell’architettura.
Ci vorrà del tempo prima di vedere le prime applicazioni con Armv9; si partirà probabilmente con la linea Cortex-A destinata ai SoC per smartphone, cui seguiranno i chip per server. Arm prevede che vedremo il primo chipset Armv9 per telefoni cellulari nei device che arriveranno sul mercato nel 2022.
In margine alla conferenza stampa di Arm, è apparsa anche una slide sulle funzionalità della nuova GPU Mali che includono l’ombreggiatura a velocità variabile e il ray tracing, due funzionalità che stanno guidando l’evoluzione delle console di gioco.
Un mercato in continua evoluzione sul quale aleggia l’incognita dell’acquisizione di Arm da parte di NVIDIA, acquisizione che appare sempre più problematica per l’opposizione cinese che potrebbe così “vendicarsi” per le sanzioni USA nei confronti della stessa Cina.
