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Arm以前所未见的方式响应市场需求,应对RISC-V阵营

时间:2019-10-18 作者:Kevin Krewell,EE Times美国硅谷特约作者 阅读:
Arm正以前所未见的方式响应市场与客户的需求,更进一步对自家企业文化做了基础性的变革,并在生态系统中采取了更协作的模式...

在上周于美国硅谷举行的年度Arm Techcon大会上,一个重大的新讯息是该公司宣布针对 Armv8-M 架构推出Arm客制化指令(Custom Instructions),将于2020 年上半年开始首先在 Cortex-M33处理核心上实施,不会对新的或既有授权厂商收取额外费用,让SoC设计工程师“在没有软件碎裂风险下,得以针对特定嵌入式与IoT应用加入自己的指令”。Lz0EETC-电子工程专辑

上述讯息是Arm首席技术官Simon Segars在大会开幕演说中亲自宣布;在经过数十年对指令集架构(ISA)的严密控制之后,Arm终于决定让授权厂商能打造自己的客制化指令集,这通常对于加速特定的工作负载非常有用。Lz0EETC-电子工程专辑

在过去,Arm很抗拒这样的举动,专心致志维持一致性的编程模型。在此同时,其他的IP供货商则从客制化指令集捞到不错的商机,例如Tensilica (现已隶属于Cadence)以及ARC (已被Synopsys收购);老牌MIPS指令集也支持用户定义的选项。Lz0EETC-电子工程专辑

现在,随着开放源码RISC-V ISA的崛起以及其用户可配置性,显然Arm终究还是屈服了,决定开放支持客制化指令集,这种新的客制化功能搭配Arm Flexible Access授权项目,确实解决了两个被许多人视为是让Arm客户别抱RISC-V的大问题。Lz0EETC-电子工程专辑

Arm的客制化指令集将从Cortex-M核心开始,主要是为了支持较大SoC设计项目中的微控制器核心;第一个支持客制化指令集的会是Cortex-M33核心,未来其他Cortex-M核心也会支持客制化功能,而好消息是Arm不会对此收取额外费用。Lz0EETC-电子工程专辑

在大会的另一场演说中,该公司院士Peter Greenhalgh (文章上方大图)表示,Arm将会对实时性Cortex-R核心提供客制化指令集支持,最终可能也会对应用处理器所采用的Cortex-A核心提供此功能。Lz0EETC-电子工程专辑

为Cortex-R添加客制化指令集,对于实时性控制应用会非常有帮助,能加速特定的运算或是数据移动。至于Arm将如何以及在何时为通常布署于智能型手机与服务器等主流应用的Cortex-A核心提供客制化指令集支持,会是有点复杂的问题,而该公司也并没有正式承诺一定会这么做。Lz0EETC-电子工程专辑

维持可靠度与安全性

Arm已经让其工具链在Armv8-M架构下支持新的客制化指令集,并仍维持使用者一直期望的可靠度与安全性,让客制化指令兼容于Arm TrustZone技术。尽管Arm较晚加入提供客制化指令的行列,其实该公司是在对已经要求此功能好一段时间的客户做出回应。Lz0EETC-电子工程专辑

在某些情况下,就算是只有一条特制指令都能显著提升性能与效率,此外频率周期更少,整体能源消耗也降低。新的指令集会使用相同的缓存器(registers),但需要额外的逻辑,这带来在额外芯片面积与设计时间上的投资。Lz0EETC-电子工程专辑

新的客制化指令集会与标准Arm指令集交错,为避免软件碎片化(fragmentation)并维持一致性的软件开发环境,Arm期望客户主要在所谓的library functions使用客制化指令集。此外Arm预期客户一开始会在储存控制器与调制解调器等应用上,使用Cortex-M33的客制化指令集。Lz0EETC-电子工程专辑
20191017-100.pngLz0EETC-电子工程专辑
Arm的Armv8-M客制化指令集配置空间。Lz0EETC-电子工程专辑
(来源:Arm)
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而对于Arm来说要在Cortex-A核心提供任何客制化指令集,会有很长一段路要走,但该公司正在准备未来的新指令集以及安全性扩展。Arm发表了新一代继Hercules之后的Cortex-A核心代号:Matterhorn,这个处理器核心将添加新指令集,以加快通常应用于机器学习神经网络的矩阵乘法(matrix multiplies)。Lz0EETC-电子工程专辑

Arm预期新的Matterhorn核心能让神经网络的通用矩阵乘法(General Matrix Multiply,GEMM)指令周期提高10倍,此外Arm也会为整个CPU核心以及高速缓存添加新的安全措施,这些安全性扩展将能控制指向授权(pointer authorization),并提供分支目标标识符(branch target identifier)以及内存标记扩展(memory tagging extensions)。Arm还打算推出符合这些新功能的另一个平台安全性架构(Platform Security Architecture,PSA) EL2。Lz0EETC-电子工程专辑

降低授权费

7月,Arm宣布了一种新的合约模式Arm Flexible Access项目,让客户能以较低的价格取得部分最热门的IP,而且在设计投片之前不需要签署授权协议;在这个专案下,客户可选择为单一款芯片支付7万5000美元的年费,或者为无数量限制的芯片支付20万美元年费。这项项目降低了采用Arm核心的金额门坎。Lz0EETC-电子工程专辑

这些改变被视为是Arm为了与RISC-V竞争的回应,但前者正在更进一步对自家企业文化做了基础性的变革,在其生态系统中采取了更协作的模式。另一个例子是Arm对芯片产业伙伴开放了Mbed操作系统的管理,让伙伴们能对该操作系统的未来发展有更多直接的影响力;包括ADI、Cypress、Maxim、新唐(Nuvoton)、恩智浦(NXP)、瑞萨(Renesas)、瑞昱(Realtek)、三星(Samsung)、Silicon Labs与u-blox等公司都是活跃的参与者。Lz0EETC-电子工程专辑

Arm正以前所未见的方式响应市场与客户的需求,而尽管该公司仍面临像是RISC-V阵营的竞争威胁,其IP迄今已进驻1,500亿颗芯片,该数量在两年内预期将加倍。Arm仍在每天出货的大多数组件之中扮演关键的IP供货商角色,而且为因应市场与客户不断变化的需求做出重要的改变。Lz0EETC-电子工程专辑

另外,Arm还成立了全新自驾汽车计算协会(AVCC),创始会员包括Arm、博世(Bosch)、德国大陆(Continental)、Denso、通用汽车(General Motors)、NVIDIA、恩智浦半导体(NXP Semiconductors)与丰田汽车(Toyota),协会致力于解决大规模部署自驾汽车所面临的一些最严峻的挑战。Lz0EETC-电子工程专辑

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编译:Judith Cheng   责编:Yvonne GengLz0EETC-电子工程专辑

(参考原文: Arm Responds to RISC-V, and More ,by Kevin Krewell)Lz0EETC-电子工程专辑

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