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5月29日，Arm正式宣布推出2023全面計算解決方案（TCS23），該解決方案提供一整套針對特定工作負載而設計與優化的最新IP，可作為一個完整系統無縫地協同工作，從而滿足日益增長的移動用戶體驗需求。

【資料圖】

6月8－9日，Arm在北京舉辦為期兩天的媒體技術日活動，來自Arm總部的技術專家們親臨現場，深度解讀了TCS23，包括在CPU、GPU、安全及軟件方面的最新技術動態，并分享了Arm在終端設備領域的應用創新和市場洞見。本文也將整理匯總出各位技術專家的精彩觀點，以饗讀者。

TCS23：滿足未來計算復雜需求

在開場致辭中，Arm產品營銷副總裁Ian Smythe提到，Arm 2023全面計算解決方案在設計時充分考慮了智能手機的需求，它涵蓋了首屈一指的全新旗艦級Arm Immortalis GPU，帶來最佳的視覺體驗，它提供了全新的Armv9 CPU集群，延續了Arm在智能AI的領先性能地位，以及帶來新的提升和優化，使Arm開發者能夠更容易地訪問軟件，這些元素全部結合在Arm 2023全面計算解決方案中，為整個系統的關鍵工作負載帶來了顯著提升。

毫無疑問，Arm所發布的全新的TCS23是針對移動計算的最優選的計算平臺，它包括了最尖端的CPU 術和GPU 技術，能夠讓游戲開發者以及人工智能應用開發者實現沉浸式體驗的打造。它除了在硬件方面，還包括軟件以及安全保駕護航的一些技術。與此同時，Arm也給世界各地的開發者提供無縫的軟件開發體驗，并確保開發者能夠充分釋放其創造潛力，為現代工作負載充分發揮設計才能。

實際上，從2019年開始Arm就持續在以解決方案的角度進行技術產品的開發，并努力促成CPU、GPU、系統級IP元素的融合，通過方案式的開發滿足不同客戶共同的需求，真正實現“1＋1＞2”這樣的IP集合。這些IP合集除了能讓合作伙伴獲得更高的性能、效率以及水平之外，更重要的是這些解決方案能讓合作伙伴開發出針對新的工作負載和更新的計算類型的產品。

Arm為什么要采用這種全面計算解決方案的方法？據Arm終端事業部產品管理高級總監Kinjal Dave介紹，每一代新出來的終端設備，通常都是滿足最終用戶的非常復雜的期許，比如出現了人工智能方面的應用，就會收到來自開發者或OEM的反饋，基于這個反饋Arm會開發出新的IP從而提升性能和效率，接著會推動新的軟件能力、應用以及移動設備的創新誕生，就是這樣一個無限的循環周期，帶來每一年全面計算解決方案解決效率的雙提升。

Kinjal Dave進一步表示：“對于Arm來說，我們每年推出的TCS在性能跟效率方面都必須實現進步。所以我們要采取一種平衡。一方面，單獨的IP要不斷把它做強，另外一方面把這些單獨的IP集合在一起時，總體的系統級別也要實現性能效率的雙提升，這表示我們不光要考慮在實驗室里的這些基準測試數字的提高，同時還要考慮到在現實世界中的實際用例，從而為我們的合作伙伴提供融合了這些單獨IP的系統級解決方案所帶來的完整性能提升。”

Arm史上最強大CPU計算集群

據Arm終端事業部產品管理總監Saurabh Pradhan介紹，這次TCS23之下的三個大IP：Cortex－X4、Cortex－A720、Cortex－A520，可以被稱為Arm史上最強大，最具高效性，且最有能力的計算集群。

具體來看，Cortex－X4是Arm連續實現第四年雙位數性能提升的Cortex－X系列產品，在性能方面與上一代安卓旗艦產品相比較提升15％。除了性能之外，它也是最為高效的，面積效率比最高的Cortex核產品。同時它也具備更高的可伸縮性，最高可以支持每個核2M的2級緩存。

Cortex－A520則實現了最佳的電源效率，與Cortex－A510相比較，它在能效方面提高了22％。尤其針對于低密度背景任務而言，能延遲電池的續航時間。它也是封裝最小的一款Cortex產品，非常適用于入門級和終端的手機設備。

Cortex－A720是CPU集群產品中的主力產品，它是在持續性能方面的業界領先IP。對比于Cortex－A715，Cortex－A720在高效方面實現了20％的提升，可以讓合作伙伴的設備在更長時間內支持多線程的應用處理。除了針對高端機的手機時長， Cortex－A720在面積配置性方面還做了一個擴展，從而能滿足其他檔次的手機市場。

值得一提的是，以上三款 IP 都是基于全新的Armv9．2架構，也都是純64位IP產品。

除此之外，Arm今年還發布了DSU－120，不光可以把所有的IP很好地結合在一起，同時也是催化劑，能夠實現CPU集群最好的性能和效率。

據了解，今年的DSU實現了三方面的提升，第一是可伸縮性，在一個集群中可以支持高達14核的數量，同時它能夠支持24M或者最高達32M的3級緩存，這可以針對筆記本及筆記本以上的一些設備進行使用；第二個提升體現在新的PPA上，可以進一步降低漏電，同時支持更多新的電源模式，進一步提高電效，從而延長電池壽命；第三是全新的功能，基于最新的Armv9．2的架構，它可以去支持比如帶寬分區還有節點最大化和納入一些新的接口。

不難發現，在今年的集群中所有的IP都實現了極大的能效提升，能滿足合作伙伴的產品高性能以及低功耗的需求。除了性能與功耗之外，Armv9平臺架構一經推出就給市場帶來了新設備的浪潮，這些設備安全性、性能更高，而且有更好的技術開發者可接入性。所以今年這個架構更進一步，分別由 Armv9．1和Armv9．2所帶來一些新的功能，比如PMU方面的完善還有工具方面的新功能。所以這些架構的進步都是針對TCS23的三大支柱來做的：安全性、性能，以及開發者的體驗或者可及性。

Saurabh Pradhan總結表示：“總而言之，CPU集群是一個團隊作戰的任務，對于 Arm 而言我們一直承諾于不斷地提升我們產品的系統級的性能、功效。我們整個產品組合都在追求這些性能功效的提升，從而能夠接入新的市場，同時也讓低端和終端的市場使用到最新的創新技術?！?/p>

基于第五代全新架構的Immortalis－G720

在所有的旗艦級的SoC中，GPU對芯片面積預算的需求每年都在增加，Arm也不例外。去年，Arm推出了旗艦 GPU 產品 Immortalis－G715 ，它是基于第四代Valhall GPU構架，當時發布了Mali－G715和G615 GPU。今年，Arm再次帶來了三款全新的基于第五代架構的GPU產品，新GPU將繼續面向廣泛的市場，從高端的智能手機到筆記本電腦、汽車、電視、VR、機頂盒、手機等。

據Arm終端事業部產品管理高級總監Anand Patel介紹，第五代GPU架構延續了上一代Valhall GPU架構的成功，將專注于系統級的圖形性能，推動下一代視覺計算的交付。不僅GPU本身能夠提供最佳的性能，同時它與外部內存、CPU 系統級緩存在執行中也能實現最佳性能。

據悉，這是通過更為先進的渲染管線來實現的，這些管線能夠提高功效，并且帶來更具有沉浸感的游戲以及實時3D的應用程序，而且能讓這些程序有更長的運行時間?？梢哉f是為第五代GPU奠定了基礎，讓它能夠進一步完善游戲體驗新功能。

Anand Patel重點介紹了基于Arm第五代全新架構的Immortalis－G720。全新的G720帶來全面系統級的效率提升，使用內存帶寬最終減少40％，從GPU效率來說，每瓦特性能能夠平均節省15％。

此外，Immortalis－G720上還搭載了DVS（延遲頂點著色）技術，這是全新的渲染管線，徹底解決了集合數據流?！癉VS其實對很多現在常見的內容完善都是非常有增益的，它有助于在用到最復雜的場景時保持幀率的一致性，這也就非常好地驗證了下一代高幾何內容的未來。”Anand Patel展示了Immortalis－G720對比Immortalis－G715針對幾款流行游戲進行測試的數據，可以看到在使用更少內存帶寬的情況下，可以減少DRAM的功率并且同時還能提高性能。此外Immortalis－G720在寫入WRITE BW帶寬方面提高了31％，幫助用戶總體帶來20％性能的提升。

Arm還將為開發者在Arm Mobile Studio中提供開發GPU的工具，與去年不同的是現在所有的功能都是免費的，相信這些功能可以幫助開發者針對Arm GPU進行優化，從而實現開箱即用的出色性能。除了Immortalis－G720以外，Arm今年還帶來了Mali－G720和Mali－G620，其中Mali－G720支持6－9個內核，Mali－G620提供多達五個內核，能為開發者帶來顯著的效率性能的提升以及其他的益處。

攜手合作伙伴解讀安全技術

Arm終端事業部軟件戰略總監盧旻盛針對安全主題分享了Armv9的技術原理和對整個形態和計算的影響，其中重點強調了內存標記擴展（Memory Tagging Extension， MTE）特性。據了解，MTE可以幫助開發者在部署之前和之后檢測到內存安全問題，保證App內存穩定性提升用戶體驗，并減少安全漏洞降低受到攻擊的可能性。

“所以MTE是Armv9的基礎性能，它也是64位架構和應用未來的趨勢，Arm實現的MTE為兩階段系統，即‘鎖’和‘密鑰’。如果密鑰匹配，則允許訪問鎖內存；否則，訪問可能會被記錄下來或出錯。這樣就可以更輕松地檢測到難以捕獲的內存安全錯誤，也有助于進行常規調試。”

盧旻盛表示，在鎖和密鑰兩階段系統中，存在兩種類型的標記：一是地址標記，用作密鑰。這將在進程中每個指針的最高位增加四位。地址標記僅適用于64位應用，因為它使用了“高字節忽略”功能，這是 Arm 64位的一個功能；二是內存標記，用作鎖。內存標記也由四位組成，與應用內存空間中每個對齊的16字節區域相連接。Arm將這些16字節區域稱為標記顆粒。這四位并不用于應用數據，而且是分開存儲。

Arm的生態圈合作伙伴也分享了對于MTE技術的看法。MediaTek無線通信事業部資深總監章立表示，芯片級的安全是整個移動生態的基礎設施，沒有芯片級的安全就沒有今天移動生態的繁榮。MediaTek作為最早一批擁抱MTE的合作伙伴，在去年發布天璣9200時就已經支持MTE，未來還會繼續深入合作。

vivo芯片規劃和架構高級總監夏曉菲則表示，Armv9處理器也帶來了非常重要的安全特性MTE，在內存泄露以及保護上能減少設備的運行風險，同時這個技術通過硬件級的技術避免了內存的功耗。vivo作為一個重要的整機廠家，也通過和Arm與MediaTek的合作，給開發者提供了從X90和X80版本上提供了開發者的版本，這樣能讓軟件開發者有效把MTE利用起來。

榮耀公司MagicOS DFS架構師余亮指出了為什么要使用MTE，首先是在遇到“踩內存”問題時MTE能第一時間捕獲故障現場日志，提供更準確的定位信息，最后更低的內存開銷和更好的指令性能，相比ASan、HWASan 更接近用戶真實的性能環境。榮耀天網開放了基于MTE／ HWAsan踩內存檢測，和內存泄漏的檢測功能，無論對于有源代碼和無源代碼，應用或者服務無需重新編譯，安裝即可支持踩內存故障的檢測，同時天網也集成了類似泄露的檢測，提供了泄露站的聚合能力。

快手Android架構師李銳介紹，通過與Arm、Google、vivo、榮耀等公司合作，快手在大型Android工程項目中使用Arm MTE提高內存安全，90％的內存安全問題可以在App正式發布之前就在線下被檢測攔截，全面保障線上用戶的基礎體驗。

面向軟件及生態系統方面的工作

在軟件生態方面，Arm終端事業部生態系統及工程高級總監Geraint North分別以四個主題來介紹了Arm在軟件以及生態系統合作方面的工作。

第一個主題是將64位部署到移動領域，以及下一步的發展方向。眾所周知，多年以來64位應用比32位的應用都提供了更高的性能和安全性，但是安卓移動生態系統向64位的遷移卻是一個非常漫長的歷程，早在10多年前就已經推出第一款64位功能的Arm CPU，僅面世兩年安卓的生態系統就已經能很好地利用它的能力。隨著去年Pixel手機推出僅支持的64位的安卓配置，相信將64位部署到移動領域的這段旅程也快走完了。64位有哪些優勢？一個是提供了更高的安全性，其次是相較于32位IP帶來更高的性能提升，并且這個性能差別隨著時間的推移在不斷拉大。

但將64位部署到移動領域也有著不小的挑戰，一方面是安卓生態系統的多樣性造就了眾多不同的芯片合作伙伴、手機廠商和應用程序商店，所以遷移到64位需要產業鏈不同角色之間非常細致的協調。其次是在過去采用32位開發的應用無法輕易遷移到64位上，不管是驗證成本、芯片面積、操作系統庫以及持續維護的成本承擔等方面都存在著很多問題。因此其實整個正待系統完全對64位的應用支持并不是最快捷的應用路徑，所以Arm希望通過比較細心的協調在這兩方面做一些工作，比如幾年之前就開始從CPU和操作系統中去逐漸地剔除32位的歷史遺留問題，從而向應用開發者證明這種向64位的過渡是在真實發生的，并且為他們開始支持64位的平臺提供一些額外的助力。

在提及安全技術主題時，Geraint North表示，當前的軟件數量是有史以來最多的，而且世界上也有越來越多的數據會在它的生命周期某一個點上推動Arm這個 IP。隨著更多的軟件出現，以及更多的個人生活以數字方式進行，軟件的安全性和它的穩定性是至關重要的。這也是為什么Arm為什么要花時間和精力來去推動安全技術的研發。

Geraint North為大家介紹了Armv9架構上CPU引入安全技術的一些早期成功案例。除了前面演講提到的MTE技術以外，PAC和BTI也是Armv9內核中首次推出的功能。“PAC和BTI的聯合使用，令攻擊者很難將現有的代碼的片斷用于不法的手段，他們對于哪些代碼可以跳轉到哪里進行更嚴格的控制，攻擊者如果找到了覆蓋一個指針的方法，但是難以用它真正覆蓋任何的代碼，在執行完一個函數以后不會返回到錯誤的地方，每一個函數被調用的時候連接寄存器就會被清零，所以我們使用它從函數反饋之前會檢查簽名是否有效，如果有人以某種方式修改了地址，這個認證是通不過的?！?/p>

第三個分享的主題是如何推動性能進步，不僅僅要用到Arm最新的IP ，還要進行大量投資，比如在Armv8和Armv9系統之上進行進一步的架構優化?；仡櫼酝?，Armv8本身有很成熟的性能，但Arm仍然在尋找方法來提高LLVM編譯器的性能，安卓生態系統正是在此基礎之上來運轉的。

同時Arm也在關注一些新的東西，比如在LLVM的工作都是聚焦在SVE2的性能之上，它也是Armv9引入的全新的矢量架構?！拔覀冏龀龅呢暙I主要表現在兩個方面，第一我們要確保SVE2的代碼生成盡可能做好，這就意味著我們要保證LLVM能做矢量化的工作，同時又能確保LLVM能夠矢量化目前它不能做到的事情。SVE2本身是包括沒有預定的指令和散點結構操作的功能。第二我們意識到SVE2不會在一夜之間實現百分之百的市場普及，所以在LLVM 16中我們引入了函數多版本，讓開發者能夠更加容易確保其函數的利用和SVE2版本都能夠生成，并且在運行的時候自動選擇正確的版本，”Geraint North表示，“作為一個開發者你不必同時做兩個二進位文件，或者每一次都進行CPU的檢測，你只需要幾行代碼就可以讓編譯器的兩個指令集自動出代碼的矢量化，或者在自定義的匯編中掌握到你的應用程序確實能夠被指定給最合適最好的CPU，不管是被部署在哪個位置。”

最后，Geraint North介紹了Arm與Unity和Google在安卓動態性能框架之上的合作。根據過去幾年不少開發者的反饋，他們一直在努力開發適應性工具還有庫，以便于更好的了解和應對實時變化的性能、散熱以及用戶的需求。

這些適應性套件的關鍵組成部分有以下四個部分：（1）ADPF提示API，能夠幫助系統根據游戲中的情況提高或降低CPU的頻率；（2）ADPF散熱API ，它為開發者提供了數字信號，告訴他們離所謂的熱閥值還有多遠；（3）游戲模式API ，這是向開發者提供關于用戶性能或電池偏好的一些建議；（4）游戲狀態的API ，可以允許游戲告訴系統他們在做什么，以便可以調整以滿足游戲的性能需求。

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