晶元界震動！Arm殺入自定義指令集，成立自動駕駛計算聯盟

芯潮（ID：aichip001）編 | 心緣

芯潮10月9日消息，今日凌晨，在加利福尼亞州聖何塞舉行的Arm TechCon 2019活動上，Arm宣布在部分CPU內核引入自定義指令功能，即客戶能夠編寫自己的定製指令來加速其特定用例、嵌入式和物聯網應用程序。

從2020年開始，使用Cortex-M33內核及之後的Cortex-M CPU內核系列的所有客戶都可以免費使用自定義指令功能。

▲Arm CEO Simon Segars討論未來Arm CPU內核上的新自定義指令集功能。

Simon Segars表示，在公司重返公開市場之前，仍有許多事情需要安排到位。不過軟銀CEO孫正義為Arm設定的在2023年重返證券市場的目標仍保持不變。

在本次大會上，Arm還宣布更改其免費的開源物聯網操作系統Mbed OS的合作夥伴治理模型，允許開發人員對Mbed OS的特性產生更直接的影響。另外，Arm成立自動駕駛汽車計算聯盟，並宣布與Unity合作以支持各種3D內容創作。

一、將自定義指令引入CPU內核

本次大會上，Arm首席執行官Simon Segars宣布，從Cortex-M33起，Arm將在CPU內核中集成一個特殊的塊，允許客戶對Armv8-M指令集體系結構（ISA）進行自定義指令。從2020年開始，使用Cortex-M33及此後Cortex-M CPU內核系列的所有客戶都可以免費使用自定義指令功能。

Arm Cortex-M內核是功耗優化的內核，可與智能手機和PC等應用程序中的Cortex-A性能內核結合使用。該內核還是數十億個低功率嵌入式/ IoT應用程序的主要處理內核，應用領域覆蓋烤麵包機、冰箱、電機控制、感測器處理等各類終端設備，占每年數十億Arm核出貨量的絕大部分。

ARM汽車和物聯網業務高級總監Thomas Ensergueix表示，Arm始終有一系列的加速選項，從其內存映射架構開始，通過匯流排和當今的神經處理器單元進行連接，這使得CPU和加速器可並行運行，但與此同時匯流排成為瓶頸，客戶還可以選擇直接連接到CPU的協處理器。

而今天新發布的自定義指令功能允許Arm客戶創建自己的加速演算法，然後直接在CPU上運行，這意味著客戶可以更快的智能集成和快速開發完全集成的自定義CPU指令，而不會產生軟體碎片，也不像內存映射解決方案那樣並行運行。

由於現有CPU功能沒有中斷，此設置為集成客戶工作負載加速提供了更低的成本和風險，並且仍允許其客戶使用他們所熟悉或已使用的現有標準工具。

當前Arm已經與許多合作夥伴合作以支持自定義指令，包括IAR Systems、恩智浦、芯科科技、ST意法半導體等。

這是今年Arm為使其產品和技術更加靈活所發布的第二項公告。此前在今年夏天，Arm宣布了一項新許可計劃，為客戶提供更低價的大量IP訪問許可權，在生產出晶元前無需簽署許可協議。

在Arm靈活訪問服務的幫助下，客戶每年只需支付7.5萬美元即可購買單個晶元，而無需支付20萬美元即可購買無限數量的晶元。

這些新的措施有助於解決Arm架構的兩個局限性，一是開發晶元的成本，二是使用非常規硬體的靈活性。許可的變更和開發自定義指令的能力使當前和潛在客戶可以更輕鬆地開始利用Arm IP開發晶元，同時利用其優勢或Arm工具和廣闊的生態系統。

二、改變Mbed OS合作夥伴治理模式

除了發布自定義指令功能，Arm還宣布改變其免費開源嵌入式操作系統Mbed OS的合作夥伴治理模式。Mbed OS做為物聯網（IoT）的基礎，正幫助日常物品變得更加智能互連。

在將近30年的時間裡，由1000多個合作夥伴組成的Arm生態系統合作開發了一個模型，已交付了超過1500億個晶元，助力數百個合作夥伴打造數十億個基於Arm晶元的IoT設備。

Arm表示，在解決開發和部署物聯網的挑戰時，Arm生態系統模型是緊密結合在一起的。

為了簡化物聯網開發，過去十年，Arm圍繞免費的開源物聯網操作系統Mbed OS建立了一個廣闊的生態系統，其中包括超過42.5萬個第三方軟體開發人員、150多個啟用Mbed的主板及模塊。

當前，Arm正在將Mbed OS改成協作型治理方式，建立每月的產品工作組會議，在該會議上，Arm將確定優先順序並進行投票，然後將新功能添加到Mbed OS中。任何Mbed Silicon合作夥伴計劃成員均可參加。

Analog Devices、賽普拉斯、Maxim Integrated、Nuvoton、恩智浦、瑞薩電子、瑞昱半導體、三星、 芯科科技、u-blox等多家Arm晶元合作夥伴已經積极參加了該工作組。

▲Arm計劃成為所有技術的粘合劑。

此前大多數商業物聯網操作系統是由單個供應商開發的，沒有關於硬體合作夥伴如何貢獻的清晰模型。Arm表示，產品工作組討論的結果將最終使更廣泛的Arm IoT生態系統受益，以幫助硅晶元合作夥伴能夠保持強大的商業領導地位，加大構建新功能、特性和功能的力度，這對於擴展至數萬億連接的設備至關重要。同時，它也有助於塑造和確定Mbed OS的未來方向。

例如，Arm正在根據合作夥伴的初步貢獻進行新的低功耗電池優化，這將延長設備在現場的電池壽命。

隨著物聯網市場規模擴大到數千億、萬億個互聯設備，Arm表示，只有合作夥伴能夠繼續合作，生態系統模型才會成功。這是朝著推動物聯網生態系統內不斷創新和差異化邁出的重要一步。

三、成立自動駕駛汽車計算聯盟

在大會上，Arm汽車和嵌入式產品高級副總裁Dipti Vachani宣布成立自動駕駛汽車計算聯盟，以協作的方式解決各種安全和計算問題。

聯盟成員包括通用汽車、NVIDIA、電裝、豐田、博世、Arm、德國大陸集團和恩智浦。

Vachani說，很多人對人類駕駛和自動駕駛汽車的安全性感到擔憂，為了確保來自不同提供商的技術能很好協同工作，該聯盟將就安全性、計算、軟體等問題進行合作。她表示，此前沒有任何一家公司能做到這一點。

四、合作Unity支持3D應用

本次大會上，Arm宣布將與Unity合作，以確保3D應用程序在使用Arm架構的硬體上流暢運行。該公告是硬體和軟體設計中更大的全計算（Total Compute）協作方法的一部分，開發人員可以輕鬆訪問除CPU內核之外的其他內核。

Arm客戶業務部門市場營銷副總裁Ian Smythe說，Arm Total Compute代表了一種IP設計的新方法，重點是用例驅動的優化系統解決方案。

基於該解決方案，開發人員將藉助軟體開發套件編寫他們的軟體，從而可以找出在CPU、GPU或機器學習（ML）硬體上處理該軟體的最佳方法，了解如何優化以獲得最佳渲染和性能。Arm的客戶小組副總裁Paul Williamson表示，這取決於在給定的功率範圍內處理軟體的最佳方法。

作為Total Compute的一部分，Arm和Unity Technologies正在擴展戰略合作夥伴關係，以進一步提高性能。

Williamson說，Arm和Unity正將合作擴展到各種3D內容，尤其是VR和AR，要使其在具有計算約束的所有平台上達到最佳狀態，需要進行大量工作。雙方已在工程上合作了幾個月，並將在未來幾年繼續這樣做。Arm的技術將針對Unity實時3D開發平台進行優化，反之亦然。

Unity Technologies平台副總裁Ralph Hauwert表示很高興與Arm合作，這將確保全球最大的創作者群體——Unity開發人員——為數十億Arm驅動的設備提供經過獨特優化的工具。

▲Unity渲染遊戲和娛樂圖形。

Smythe認為，從過程擴展和數據隱私方面的挑戰，到CPU以外的非常分散的生態系統，都正在發生多種轉變。儘管5G將創造一個充滿機遇的世界，但硬體製造商仍將需要為下一代的沉浸式體驗提供強大的功能、性能和效率，Total Compute將努力試圖在5G連接性和處理屏幕圖形的需求之間找到平衡。隨著5G的到來，AI、xR和IoT的加速正在改變計算需求，數字沉浸所需的性能將必須超越當今的水平。

「這要求我們設計知識產權（IP）的方法截然不同，重點是優化性能、安全性和開發人員訪問許可權。毫無疑問，這不會完全一樣，而只是思維方式的轉變。」 Smythe說，「通過從IP、軟體和工具內部以及跨IP、軟體和工具進行優化，以提供安全的基礎並提供應對未來工作負載的複雜計算挑戰所需的性能，我們正在從單一產品開發重點轉向用例和經驗驅動的系統解決方案。」

五、持續提升機器學習性能和安全功能

自Arm推出Cortex-A73以來，Arm逐步提高了機器學習（ML）的性能，今天，Arm希望大幅擴展ML在CPU中的使用。

Smythe說：「為了實現這個新的數字世界，我們需要將計算推向更高的水平，這就是為什麼我們在我們的下一代Cortex CPU Matterhorn中添加了Matrix Multiply（MatMul）的原因，從而使ML性能有效地比以前提高了一倍世代。」

據他介紹，除了CPU之外，Arm還需關注Total Compute方法並將其應用於系統中的每個計算元素及其基礎架構。無論是Arm CPU、GPU、NPU、互連模塊還是系統IP，都必須對其進行優化以作為集成解決方案。而這要依靠實現這一目標的軟體和工具，包括Arm NN、Arm計算庫、開源社區和開放標準等，它們全都建立在安全的基礎上。

▲Ian Smythe公布Total Compute所做的努力。

由於人們正越來越依賴於手機作為所有個人信息、隱私和安全事宜的中心，Arm現已開始作為Total Compute的一部分推出諸如存儲標籤擴展（MTE）之類的創新安全功能，以滿足客戶的各種需求。

Arm希望，Total Compute成為所有開發人員的首選平台。

最近，谷歌宣布了與Arm合作設計用於Android設備的MTE的計劃。這些功能與平台安全體系結構（PSA）相結合，將有助於對整個生態系統的安全性進行標準化和碎片整理。

Smythe說，任何Total Compute解決方案都涉及很多要素，無論是用於VR頭顯還是可穿戴設備，智能手機或DTV，其目標是為未來的計算平台提供基礎，並採用全面計算方法，簡化安全性，提高性能和效率，並為開發人員提供整個Arm生態系統更多的性能訪問機會，最終實現真正的數字沉浸式體驗。

結語：順應開發定製晶元的大勢

過去一年，開源指令集RISC-V的興起、以及老牌MIPS宣布開源，都對於Arm發起了衝擊。從Arm今年以來的一系列舉措，我們可以看出Arm正迅速適應市場變化，消解競爭壓力。

新發布的自定義指令功能，解決了使用第三方IP內核的一大限制，迎合了電子行業中不斷發展的趨勢，即開發定製晶元以優化性能、降低成本。對於Arm來說，這是擁抱指令集定製化的重要一步，同時仍保持其內核的安全性、可預測性和可靠性。

開發定製晶元仍需付出巨大的成本和風險，但隨著這一門檻逐漸降低，消費電子設備、汽車OEM等越來越多的公司正在開發或考慮在內部或通過合作夥伴開發定製晶元。

原文來自：VentureBeat，Forbes，Techcrunch