Armv9 بشارت دهنده نسل بعدی پردازنده های تلفن های همراه هوشمند است

در مورد Armv9 چه می دانید؟ آیا در مورد نقش آن در طراحی معماری پردازنده اطلاعاتی دارید؟ معماری هر CPU، نشانگر ویژگی های عمیق آن است که از هسته پردازنده یا طراحی فیزیکی آن فراتر می رود. این معماری، نحوه کار پردازنده، کارهایی که می تواند انجام دهد، دسترسی به مموری و موارد دیگر را مشخص می کند. تغییر در معماری پردازنده، نقطه ی عطف مهمی را تشکیل می دهد که با طراحی سخت افزارهای فیزیکی، مجموعه ی دستورالعمل ها و قابلیت های جدید، تکمیل می شود.

وقتی صحبت از تلفن های همراه هوشمند می شود، ما از پردازنده های ورژن جدید و مبتنی بر معماری Armv8 از سری پردازنده های آرم Arm (آرم) سخن به میان می آوریم. نسخه Armv9 نیز به زودی توسط هسته های CPU کاملاً جدیدی ارائه می شود که برای نسل بعدی SoC ها، در تلفن های هوشمند طراحی شده اند. در ادامه، پیرامون نسخه بعدی آرم یعنی Armv9 اطلاعاتی ارائه شده است.

 Armv9نخستین معماری جدید آرم، در دهه اخیر است و نسل بعدی پردازنده های موبایل، سرور و سایر پردازنده ها را طی 10 سال آینده تعریف می کند. کمپانی آرم افتخار می کند که در دو نسل آتی طراحی CPU خود، شاهد 30 درصد بهبود در عملکرد هسته پردازنده Cortex-X1 باشد. این پیشرفت تنها شامل سرعت و سایر مزایا نیست بلکه ممکن است به عملکرد بهتر سیستم مرتبط باشد. همچنین Armv9 در زمینه اجرای بارهای کاری (Workload) مربوط به یادگیری ماشینی بسیار سریع تر از Armv8 است و بهتر از آن از حساس ترین داده ها محافظت می کند.

Armv9  تسریع یادگیری ماشینی/ ماشین لرنینگ (Machine Learning) 

در حال حاضر، کمپانی آرم، عملکرد داخلی Armv9 را تایید می کند. با این حال ما مشتاقانه منتظر اولین پردازنده های مبتنی بر معماری هستیم تا اطلاعات بیشتری کسب کنیم. این موارد احتمالاً در سال 2021 عرضه می شوند. در این میان، ما کاملاً با ویژگی های پیشرفته ی یادگیری ماشینی و امنیتی که عمده پیشرفت های Armv9 را تشکیل می دهند، آشنا هستیم.

بیایید با پیشرفت های محاسباتی ریاضی، که به دلیل قابلیت های ماتریس پیشرفته و نسل دوم افزونه بردار مقیاس ‌پذیر دو ( SVE2) کمپانی آرم حاصل می شوند، شروع کنیم. نسل اول SVE برای ابر رایانه Fugaku و SVE2 برای رایانه های عمومی طراحی شده است. SVE2 بر اساس اصول لایبرری ریاضیات نئون آرم، بنا شده است، اما برای بهبود پاراللیسم داده ها از اسکرَچ، مجددا طراحی شده است. نکته مهم دیگر اینکه، SVE2 از NEON نیز پشتیبانی می کند، بنابراین برای عملکردهای پردازشی سیگنال دیجیتال (DSP) هم استفاده می شود.

SVE2 مانند SVE1، با افزایش از 128 بیت تا 2048 بیت، امکان تحقق انعطاف پذیر طول بردار را فراهم می کند. این امر به طراحان CPU این امکان را می دهد که کنترل بیشتری بر قابلیت جوندگی عدد/ number crunching هسته های پردازنده داشته باشند. همچنین این برنامه از انواع داده ها و دستورالعمل های جدید مانند شیفت بیتی و .... برای حساب و کریپتوگرافی استفاده می کند. گذشته از آن، SVE2 برای تسریع شتاب الگوریتم های رایج مورد استفاده در بینایی کامپیوتر، مولتی مدیا، پردازش باند پایهLTE ، وب سرویس و موارد دیگر استفاده می شود.

SVE2، عملکرد یادگیری ماشینی و سایر بارهای کاری DSP را مستقیماً روی CPU تسریع می کند و نیاز به سخت افزار پردازش خارجی DSP و AI را کاهش می دهد. با این حال، مسلما عصر محاسبه ناهمگن به پایان نرسیده است و کمپانی آرم، هنوز هم این عملکردها را برای آینده محاسبات بسیار ضروری می داند به طوری که هر سی پی یو توانایی انجام کارآمد آن ها را دارد.

Armv9: بهبود امنیت مبتنی بر سخت افزار

اهمیت امنیت در پردازنده های مدرن را نمی توان نادیده گرفت و مطمئنا همه شما تا به حال مطالبی در مورد حفره های امنیتی چون هارت ‌بلید ( Heartbleedیا خونریزی قلبی)،Spectre  و موارد مشابه شنیده باشید. جلوگیری از مشکلات نشت حافظه و مسائلی از این قبیل و اجتناب از مشکلات آتی جدید، به رویکردهای امنیتی جدید مبتنی بر سخت افزار نیاز دارد. ویژگی های سخت افزاری جدیدی مانند memory tagging extension (MTE) و  Realm Management Extensionکه بخشی از Confidential Compute Architecture (CCA) آر. ام. وی 2 هستند برای مقابله با آسیب ‌پذیری‌ های امنیت حافظه اندروید به کار گرفته می شوند.

ممکن است مموری های تگ شده برای کسانی که پیشرفت اندروید را از نزدیک دنبال می کنند، آشنا به نظر برسد، زیرا این ویژگی قبلاً توسط اندروید 11 و همچنین اپن سوزه یا OpenSUSE پشتیبانی می شد. کمپانی آرم، برای نخستین بار مموری تگینگ خود را در Armv8.5 آغاز کرد و این در حالی بود که هیچ هسته پردازشگر موبایلی برای این نسخه ساخته نشده بود. MTE، برای جلوگیری از آسیب پذیری امنیت حافظه و با رویکرد دسترسی "قفل و کلید" طراحی شده است. اشاره گرهای مموری هنگام ایجاد، تگ و در حین دستورالعمل های بارگیری/ ذخیره، بررسی می شوند تا اطمینان حاصل شود که از مکان صحیح قابل دسترسی برخوردارند. موارد استثنا، در اثر عدم تطابق مطرح می شود و به توسعه دهندگان اجازه می دهد تا مشکلات امنیتی احتمالی را ردیابی کنند.

بررسی های مبتنی بر سخت افزار، ضد دستکاری هستند و از این رو، عرصه را برای سوء استفاده کنندگان مخرب بسیار دشوار کرده اند.

دامنه Realm Management Extension کمپانی آرم و CCA گسترده تر هم هستند. این برنامه بر اساس ایده های Arm TrustZone ساخته شده است و به اپلیکیشن ها این امکان را می دهد تا در محیط امن خود به صورت مستقل از سیستم عامل اصلی و سایر برنامه ها اجرا شوند. برخلاف هایپروایزر و ماشین های مجازی، که سیستم های عامل جداگانه را در کنار هم اجرا می کنند، Realms از تفکیک ایمن برنامه ها و سرویس های جداگانه که دارای سیستم عامل مشترک هستند نیز پشتیبانی می کند. شما می توانید به این، مانند بارگُنج ‌ها یا کانتینرهای لینوکس فکر کنید که از امنیت بیشتری برخوردار هستند و در سخت افزار نیز تعبیه شده اند.

این ایده به اندازه کافی ساده است. هر Realm نمی تواند ببیند که دیگری چه می کند و به همین دلیل خطر نشت داده های حساس به یک برنامه آسیب دیده دیگر یا حتی سیستم عامل را تا حد زیادی کاهش می دهد. بنابراین نرم افزار و منابع پردازش برنامه های بانکی شما به طور ایمن از گیمی که در حال اجرای آن هستید و یا مثلا فیس بوک و ... جدا می شود. ویژگی های امنیتی مبتنی بر سخت افزار، برای محافظت از داده های حساس، مانند اطلاعات بیومتریک ذخیره شده در دستگاه های ما، به طور فزاینده ای مهم هستند.

با این حال، باید منتظر بمانیم تا در مورد چگونگی دستیابی دقیق Arm به این مهم، اطلاعاتی که بین سرویس ها نشان داده می شود و سیستم عامل منابع موجود در سیستم عامل و .... بیشتر بدانیم.

ما می دانیم که Realms به تغییرات عمده ای در سیستم عامل، مانند گوگل اندروید نیاز دارد. به این ترتیب، Realms با پردازنده های نسل اول Armv9 پشتیبانی نمی شود. انتظار می رود این ویژگی کمی بعد، در چرخه حیات معماری ظاهر شود.

اولین پردازنده های  Armv9

معماری Armv9 کمپانی آرم، طی سال های آینده راه خود را به میکروکنترلر آرم، پردازنده های اپلیکیشن و ریل تایم باز خواهد کرد. اولین مورد، تحت لاین Cortex-A قرار خواهد گرفت که برای SOC یا سیستم روی تراشه تلفن های هوشمند و به دنبال آن تراشه های سرور ارائه می شود. آرم پیش بینی می کند که امسال شاهد معرفی اولین چیپست Armv9 برای موبایل ها باشیم- که اولین دستگاه های آن در سال 2022 به بازار عرضه می شوند.

در جلسه توجیهی مطبوعات آرم، اسلایدی در مورد ویژگی های آتی GPU Mali نیز ارائه شد. این ها شامل نرخ شیدینگ متغیر و ری ترسینگ است- دو ویژگی که کنسول های بازی و بازارهای کارت گرافیک پیشرفته در حال حاضر از آن استفاده می کنند. در سال های آینده به موارد زیادی از پورتفولیوی سخت افزار موجود در آرم دست خواهیم یافت.