10年來最重要創新，ARM發布AMRv9指令集：IPC性能大漲30%

今天凌晨ARM正式推出了ARMv9指令集，官方稱之為10年來最重要的創新，將是未來3000億ARM晶片的基礎。包括目前性能最強的Cortex-X1/A78在內，現在所用的ARM晶片還是採用ARMv8.x指令集的，2011年首次推出，主要特點是增加了64位元指令集支援。

相比之下ARMv9的升級看點就多了，過去10年計算架構有了太多變化，ARM處理器也不止是行動/嵌入式專用了，已經擴展到了PC、HPC高性能計算、深度學習等等新市場。ARMv9在相容ARMv8的基礎上，提升了安全性、增強了矢量計算、機器學習及數位訊號處理，同時繼續提升處理器性能。

首先來說說性能上的變化，以智慧手機等行動平台使用的Cortex-X/A系列為例，X1/A78這一代的性能相比16nm A72提升2.5倍，下一代的Matterhorn架構及Makalu架構會保持30%以上的IPC性能提升。

IPC提升與頻率無關，如果再考慮到未來製程帶來的頻率增加，那麼CPU性能有望提升40%以上。除了CPU性能，ARMv9還非常重視整體的性能提升，包括降低記憶體延遲（從150ns降至90ns）、頻率提升（從2.6GHz到3.3GHz）記憶體頻寬（從20GB/s到60GB/s）、快取等。

ARMv9這次與性能有關的一個重要升級是SVE2指令集，SVE最早是ARM與富士通合作的浮點性能擴展，日本最強也是TOP500最強超級電腦富嶽就使用了SVE指令集，現在推出的是第二代SVE浮點指令了。

相比SVE的128位矢量，SVE2可以支援多倍128位元運算，最多2048位元，因此SVE2可以增強ML機器學習、DSP訊號處理能力，提升了未來5G、虛擬現實、增強實境以及CPU本地執行ML的性能，同時ARM未來還會繼續提升AI人工智慧性能。

除了CPU之外，這次還簡單提到了未來的Mali GPU，ARM會增加更多高級功能，譬如VRS可變FPS渲染、RT光線追踪及其他高級渲染技術等。

在ARMv9中最重要的一項挑戰其實是數據安全，這一次ARM推出了全新的CCA機密計算架構，採用之前的TrustZone安全技術，但導入了動態域技術，它對系統及管理程式來說是完全不透明的，不會被系統或者軟體授權攻擊，而且依然可以接受管理及調度。

總之ARM今天公佈的ARMv9指令集極具創新，是未來10年3000多億ARM晶片的基礎，不過現在具體的細節還很少，只是一個初步的路線圖，今年夏天還會公佈更多詳細內容。至於ARMv9處理器的商業化預計會在2022年早些時候進入市場。

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