ARMv9指令集一文读懂：下一代处理器性能大提升

从2011年11月发布ARMv8开始，ARMv8已经走过将近10年时间。

ARMv8架构的主要特点是增加对64位指令集的支持，包括目前性能最强的Cortex-X1/A78，都是基于ARMv8.x指令集打造。

ARM在3约31日正式推出ARMv9指令集，在兼容ARMv8的基础上，提升处理器性能，同时提升安全性、增强矢量计算、机器学习及数字信号处理。

基于ARMv9开发的处理器预计将在2022年初正式商用，可能高通下一代骁龙895等SoC。

ARM官方称是10年来最重要的创新，是未来3000亿ARM芯片的基础。

与上一代的ARMv8相比，ARMv9处理器将不再局限于移动/嵌入式市场，现已经扩展到PC、HPC高性能计算、深度学习等新市场，以满足全球对功能日益强大的安全、人工智能(AI)和无处不在的专用处理的需求。

架构性能全面提升

在性能方面，下一代的Matterhorn架构及Makalu架构会保持30%以上的IPC性能提升，加上未来更先进工艺带来的频率提升，最终CPU性能提升有望达到40%。

以智能手机等移动平台使用的Cortex-X/A系列为例，X1/A78的性能比16nm Cortex-A72提升2.5倍。

ARMv9同时还将内存延迟从150ns降至90ns、频率从2.6GHz到3.3GHz、内存带宽从20GB/s提升至60GB/s、并加快缓存的存储速度等。

ARMv9与性能有关的重要升级就是SVE2指令集，SVE最早是ARM与富士通合作的浮点性能扩展，TOP500超算富岳就使用SVE指令集，SVE2就是第二代SVE浮点指令。

与SVE的128位矢量相比，SVE2可以支持128为倍数、最多2048位运算。

因此SVE2可以增强ML机器学习、DSP信号处理能力，提升未来5G、虚拟现实、增强现实以及CPU本地运行ML的性能，同时ARM未来还会继续提升AI人工智能性能。

ARMv9第三大升级就在于数据安全，全新的CCA机密计算体系架构基于TrustZone安全技术，并引入动态域技术。

对操作系统及管理程序来说是完全不透明的，不会被系统或者软件提权攻击，而且依然可以接受管理及调度。

除了CPU之外，ARM还简单提到未来Mali GPU，ARM会增加包括VRS可变帧率渲染、RT光线追踪及其他高级渲染技术等高级功能。

ARM首席执行官Simon Segars表示：“当我们展望由人工智能定义的未来时，必须奠定一个领先的计算基础，为应对未来的独特挑战做好准备。

ARMv9就是答案，它将成为下个3000亿台ARM芯片的最前沿，其驱动力是建立在通用计算的经济性、设计自由度和可获得性基础上的普遍的专业化、安全和强大的处理需求”。

关于授权问题

对于ARM最新架构的授权问题，ARM方面表示经过全面的审查，ARMv9架构不受美国出口管理条例(EAR)的约束，意味着华为海思可以获得v9架构的授权。

ARM同时表示已通知美国政府相关部门，将继续遵守美国商务部针对华为及其附属公司海思的指导方针。

ARMv9是一个创新的ARMv9指令集，也是未来10年3000多亿颗ARM芯片的基础。但目前只公布了相关架构，夏天会公布更多架构详情。