Armが次世代プロセッサーアーキテクチャ「Arm9」を発表

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本記事は、TechCrunch様で掲載されている内容を参考にしておりますので、より詳しく内容を知りたい方は、ページ下の元記事リンクより参照ください。

米国時間3月30日、Armは同社の次世代チップアーキテクチャ「Arm9」を発表した。先代のArmv8は10年前に登場し、これまでにさまざまな変更やアップデートを経てきたが、今回の新しいアーキテクチャにはバージョンを上げるにふさわしい重要なアップデートがいくつかある。当然ながらArmv9はv8がベースで、後方互換性があるが、特に強調されているのは新しいセキュリティ機能とAI向けの機能、信号処理、そしてパフォーマンスのアップだ。

Armベースのチップは、過去5年間で1000億以上販売された。しかしArmは、同社のパートナーたちは次の10年で3000億以上を販売するだろうと考えている。なお、最初のArmv9ベースのチップが登場するのは2021年の後期だ。

Armのクライアントビジネス部門のマーケティング担当副社長であるIan Smythe（イアン・スマイス）氏は、この新しいアーキテクチャが次の10年間のコンピューティングを変えるだろう、と語っている。「まずパフォーマンスが上がり、、セキュリティも向上する。さらに、今日、計算処理に怒りつつある変化に合わせて、ワークロードのサポートが強化される。私たちがこの方向を採る理由は、データの急増と、それを処理するニーズ、移動するニーズ、そしてそれを保護するニーズに対応して、真剣にどうすれば最良のユーザー体験を提供できるかを考えたためだ」とスマイス氏はいう。

スマイス氏の発言は、今回のアップデートの中核にある基本的な考えをうまくまとめている。セキュリティに関してArm9は、同社社外秘のコンピュートアーキテクチャとRealmsコンセプトが導入される。Realmsとは、開発者が書くコードにおいてデータがオペレーティングシステムおよびデバイス上の他のアプリケーションから遮蔽される機能だ。例えば業務用アプリケーションは、Realmsを利用して機密データとコードをデバイスの他の部分から遮蔽できる。

画像クレジット：Arm

ArmのチーフアーキテクトであるRichard Grisenthwaite（リチャード・グリセンスウェイト）氏は次のように語っている。「ArmのConfidential Compute Architectureで我々が何をしているかというと、それはコンピューティングのすべてが、そのインフラストラクチャであるオペレーティングシステムとハイパーバイザーの上で行われていることに対する懸念だ。それらのコードは極めて複雑であり、何かまずいことが少し起きただけで侵害されてしまう。しかもそれ（OSなど）は、非常に信頼されているポジションにあるため、私たちはワークロードの一部を移動して、それがとても小さなコードで実行されるようにしている。データが実際にアクセスされているときにそれを見ることができるのは、Realmマネージャーだけだ。しかもそれは通常のハイパーバイザーの10分の1ほどのサイズで、オペレーティングシステムよりもずっと小さい」。

グリセンスウェイト氏によると、Armはこのセキュリティアーキテクチャの詳細設計に数年を投じ、十分に堅牢なものに仕上げたという。しかしその間にSpectreとMeltdownの騒動が起こり、Armの初期の開発成果もその対応で後退を余儀なくされた。

画像クレジット：Arm

チームがフォーカスしたもう1つの領域が、当然ながらCPUのAI機能強化だ。AIのワークロードは今や至るところにある。Armもすでに数年前、Scalable Vector Extension（SVE）を導入したが、当時、それはAIではなく、Armで動くスーパーコンピューターFugaku（富岳）のようなハイパフォーマンスコンピューティング用と見なされていた。

しかし、今回ArmはSVE2を導入し、AIとデジタル信号処理（digital signal processing、DSP）の能力を高めた。主な用途は画像処理のワークロードやIoT、スマートホームのソリューションなどとなる。もちろん市場にはすでにAI専用を自称するチップが登場しているが、Armの考えでは、そのようなワークロードにおいても全体的なコンピューティングスタックの最適化が求められるはずであり、そのために、同社のCPUが正しい選択となるユースケースが大量にあるという。

「機械学習は今や何にでもあると私たちは考えており、GPUで行われたり、専用のプロセッサーやニューラルプロセッサー、そして弊社のCPUでも行われている。本当に重要なのは、そうしたさまざまなコンポーネントのすべてが、現在よりも上手に機械学習ができるようにすることだ」とグリセンスウェイト氏はいう。

パフォーマンスそのものに関しては、Armの考えではその新しいアーキテクチャによりチップメーカーは今後二世代のチップの性能が30％以上アップするという。それはモバイル用CPUと、さまざまなインフラストラクチャ用CPUの両方で、後者はたとえばAWSのようなクラウドベンダーがユーザーに提供しているコンピューティングのインフラストラクチャーとなる。

サムスン電子のSoC開発担当執行副社長Min Goo Kim（キム・ミング）氏は、次のように述べている。「Armの次世代アーキテクチャArmv9はセキュリティと機械学習で重要な改善を果たしている。この2つの点は、明日のモバイルコミュニケーションデバイスでさらに強調される分野だ。Armのパートナーとして、私たちはこの新しいアーキテクチャが、サムスンのExynosモバイルプロセッサーの次世代に向けた大きなイノベーションをもたらしてくれることを期待している」。

画像クレジット：Simon Dawson/Bloomberg via Getty Images/Getty Images

【原文】

Arm today announced Armv9, the next generation of its chip architecture. Its predecessor, Armv8, launched a decade ago and while it has seen its fair share of changes and updates, the new architecture brings a number of major updates to the platform that warrant a shift in version numbers. Unsurprisingly, Armv9 builds on v8 and is backward compatible, but it specifically introduces new security, AI, signal processing and performance features.

Over the last five years, more than 100 billion Arm-based chips have shipped. But Arm believes that its partners will ship over 300 billion in the next decade. We will see the first Armv9-based chips in devices later this year.

Ian Smythe, Arm’s VP of Marketing for its client business, told me that he believes this new architecture will change the way we do computing over the next decade. “We’re going to deliver more performance, we will improve the security capabilities [ … ] and we will enhance the workload capabilities because of the shift that we see in compute that’s taking place,” he said. “The reason that we’ve taken these steps is to look at how we provide the best experience out there for handling the explosion of data and the need to process it and the need to move it and the need to protect it.”

That neatly sums up the core philosophy behind these updates. On the security side, Armv9 will introduce Arm’s confidential compute architecture and the concept of Realms. These Realms enable developers to write applications where the data is shielded from the operating system and other apps on the device. Using Realms, a business application could shield sensitive data and code from the rest of the device, for example.

Image Credits: Arm

“What we’re doing with the Arm Confidential Compute Architecture is worrying about the fact that all of our computing is running on the computing infrastructure of operating systems and hypervisors,” Richard Grisenthwaite, the chief architect at Arm, told me. “That code is quite complex and therefore could be penetrated if things go wrong. And it’s in an incredibly trusted position, so we’re moving some of the workloads so that [they are] running on a vastly smaller piece of code. Only the Realm manager is the thing that’s actually capable of seeing your data while it’s in action. And that would be on the order of about a 10th of the size of a normal hypervisor and much smaller still than an operating system.”

As Grisenthwaite noted, it took Arm a few years to work out the details of this security architecture and ensure that it is robust enough — and during that time Spectre and Meltdown appeared, too, and set back some of Arm’s initial work because some of the solutions it was working on would’ve been vulnerable to similar attacks.

Image Credits: Arm

Unsurprisingly, another area the team focused on was enhancing the CPU’s AI capabilities. AI workloads are now ubiquitous. Arm had already introduced its Scalable Vector Extension (SVE) a few years ago, but at the time, this was meant for high-performance computing solutions like the Arm-powered Fugaku supercomputer.

Now, Arm is introducing SVE2 to enable more AI and digital signal processing (DSP) capabilities. Those can be used for image processing workloads, as well as other IoT and smart home solutions, for example. There are, of course, dedicated AI chips on the market now, but Arm believes that the entire computing stack needs to be optimized for these workloads and that there are a lot of use cases where the CPU is the right choice for them, especially for smaller workloads.

“We regard machine learning as appearing in just about everything. It’s going to be done in GPUs, it’s going to be done in dedicated processors, neural processors, and also done in our CPUs. And it’s really important that we make all of these different components better at doing machine learning,” Grisenthwaite said.

As for raw performance, Arm believes its new architecture will allow chip manufacturers to gain more than 30% in compute power over the next two chip generations, both for mobile CPUs but also the kind of infrastructure CPUs that large cloud vendors like AWS now offer their users.

“Arm’s next-generation Armv9 architecture offers a substantial improvement in security and machine learning, the two areas that will be further emphasized in tomorrow’s mobile communications devices,” said Min Goo Kim, the executive vice president of SoC development at Samsung Electronics. “As we work together with Arm, we expect to see the new architecture usher in a wider range of innovations to the next generation of Samsung’s Exynos mobile processors.”

（文：Frederic Lardinois、翻訳：Hiroshi Iwatani）