Arm v9: Raytracing für Smartphones

Arm äußerte sich diese Woche, dass "Raytracing" und "Variable Rate Shading" als Teil von Armv9, der CPU-Architektur der nächsten Generation, vom PC auf ARM-betriebene Smartphone und Tablets migrieren wird. Chips, die auf der v9-Architektur basieren, werden bereits im Jahr 2021 auf den Markt kommen und geschätzt eine 30-prozentige Leistungssteigerung gegenüber den nächsten beiden Arm-Chip-Generationen bieten.

Arm v9 wird auch SVE2 hinzufügen, neue KI-spezifische Anweisungen, die wahrscheinlich für die KI-Bildverarbeitung auf Smartphones verwendet werden - wie den Porträtmodus. Arm v9 wird auch das enthalten, was Arm "Realms" nennt, eine Art Hardware-Container, der speziell zum Schutz von virtuellen Maschinen und sicheren Anwendungen entwickelt wurde.

Apples M1-Macs haben ARM ins Rampenlicht gerückt

Obwohl Arm schon seit einigen Jahren der Motor für Smartphones ist, hat Apples Veröffentlichung und Umstellung auf Arm-betriebene M1-Macs den Chip ins Rampenlicht katapultiert - und Apple wird vermutlich irgendwann auch die v9-Architektur einbauen. Arm durchläuft außerdem einen komplizierten Übernahmeprozess, bei dem das Unternehmen hofft, von Nvidia aufgekauft zu werden - ein Zeitplan, der sich mit der v9 überschneiden wird.

Die v9-Architektur von Arm wird sich 2021 mit "Matterhorn" überschneiden, dem Nachfolger der Cortex-X1/A78-Smartphone-CPU, die Arm 2020 eingeführt hat, und mit "Makalu", dem Kern, der 2022 auf Matterhorn folgt. Es ist der letztgenannte Kern, der die 30-prozentige Steigerung darstellen wird, so Arm. Arm bringt auch jedes Jahr eine neue Mali-GPU heraus, sagte ein Arm-Sprecher.

Die Neoverse-Prozessoren von Arm sind für Cloud-Server und Rechenzentren gedacht, während die Chips der Cortex-A-Serie in Smartphones und PCs mit Arm-Antrieb zum Einsatz kommen werden.

© ARM

Arm-Chef Simon Segars merkte an, dass sich die Schätzung der 30-prozentigen Leistungssteigerung auf Verbesserungen bei den Instruktionen pro Takt beschränkt. Wenn Samsung oder Apple die Taktrate oder das Design optimieren, könnte die Leistung weiter steigen.

"Das Tolle an dieser CPU- und Systemleistung ist, dass sie für Notebooks genauso gilt wie für mobile Geräte", fügte Peter Greenhalgh, Vice-President of Technology bei Arm, während einer Präsentation vor Reportern und Analysten hinzu.

Das ist keine triviale Behauptung. Arm ist das Herzstück sowohl des leistungsstärksten Supercomputers der Welt - des japanischen Fugaku mit 7.630.848 Arm A64FX-Kernen - als auch von Cortex-M-betriebenen Wearables von Sony, Huawei und anderen und allem, was dazwischen liegt. Arm v9 überspannt all das.

Allgemeine Verbesserungen

Einige der eher technischen Leistungsversprechen, die Arm im Zusammenhang mit der Armv9-Architektur gemacht hat.

© ARM

Die Behauptungen von Arm, dass sich die Gesamtleistung in den nächsten zwei Generationen um 30 Prozent verbessern wird, gibt uns vielleicht am ehesten ein Gefühl dafür, wie sich die v9-Kerne von Arm verbessern werden, zumindest im Moment.

Arm sagte, dass es mit Fujitsu und seinen Fugaku-Supercomputer-Konstrukteuren zusammengearbeitet hat, um einen neuen Satz von Anweisungen zu entwickeln, der Scalable Vector Extension 2 oder SVE2 genannt und als Grundlage für maschinelles Lernen und Anwendungen zur Verarbeitung digitaler Signale verwendet wird. ML kann verwendet werden, um die Verarbeitung von On-Device-Befehlen sowie Virtual-Reality-Anwendungen zu rationalisieren.

Arm sagte auch, dass es in den nächsten Jahren zusätzliche KI-Fähigkeiten zu seinen Mali-GPUs und Ethos-NPUs hinzufügen wird. KI ist die Magie hinter dem "Porträtmodus" und anderen computergestützten Fotografien, wie z.B. bei der Google Pixel-Reihe. Auch Nvidia wird irgendwann seine eigenen Fähigkeiten mit einbringen.

"Nvidia sieht enorme Möglichkeiten, die transformativen Kräfte der KI tiefer in Spiele, autonome Fahrzeuge, Unternehmensrechenzentren und eingebettete Geräte zu bringen", sagte Brian Kelleher, Senior Vice President of Hardware Engineering bei Nvidia, in einer Stellungnahme. "Durch unsere fortlaufende Zusammenarbeit mit Arm freuen wir uns darauf, Arm v9 zu nutzen, um eine breite Palette von einst unvorstellbaren Computing-Möglichkeiten zu ermöglichen."

Arm hat nicht viele Details angeboten, wann diese Funktionen ankommen werden. Dennoch bietet allein das Wissen, dass diese Technologien auf dem Weg sind, einen spannenden Einblick in die Zukunft von Smartphones und Arm-betriebenen PCs.

ARM baut keine eigenen Chips; das übernehmen Samsung, Apple & Co.

Als ein Unternehmen, das Lizenzen für geistiges Eigentum vergibt, genießt Arm eine einzigartige Position in der Computerbranche. Smartphones, Tablets und Server enthalten nie Chips, die direkt von Arm hergestellt wurden; stattdessen unterzeichnen Unternehmen wie Qualcomm, Samsung, Apple und andere Lizenzvereinbarungen mit Arm, die ihnen die Freiheit geben, von Arm entworfene Chips herzustellen oder sie zu optimieren, um ihre eigenen maßgeschneiderten Designs zu erstellen. Kevin Jou, der Chief Technology Officer von Mediatek - dessen Chips üblicherweise in Chromebooks und Low-End-Smartphones zum Einsatz kommen - sagte voraus, dass sein Unternehmen bis Ende 2021 einen Arm v9-Chip haben wird.

Vertrauliches Rechnen - fortschrittliche Verschlüsselung

Was Arm in v9 zu erreichen versucht, ist die "Arm Confidential Compute Architecture", die das Konzept der "Realms" beinhalten wird. Realms werden einen besseren Schutz für virtuelle Maschinen bieten, die alles von der Windows Sandbox auf Windows-PCs bis hin zu sicheren Banking-Anwendungen auf Smartphones umfassen können. Obwohl Hypervisoren die heutigen virtuellen Maschinen schützen, teilen sie sich immer noch den gleichen Speicherplatz. Ein Realm würde jede virtuelle Maschine mit dedizierter, vertrauenswürdiger Hardware unterstützen, obwohl Arm im Moment noch nicht genau sagt, wie.

Arm's Segars merkte an, dass Regierungen oder private Unternehmen digitale Nachweise von Covid-Impfungen anbieten oder verlangen könnten, die wir auf unseren Smartphones mit uns herumtragen können. "Es könnte Sinn ergeben, dass wir unsere medizinischen Informationen in digitaler Form mit uns herumtragen, einschließlich Dingen wie Allergie- oder Medikationsdaten ... aber damit ich mich mit so etwas wohlfühle, würde ich eine fortschrittliche Verschlüsselung auf meinem Gerät haben wollen, die über das hinausgeht, was heute möglich ist."

Richard Grisenthwaite, der Chefarchitekt von Arm, sagte, dass Realms die Daten auch dann schützen wird, wenn das Betriebssystem des Telefons kompromittiert wird, und dass Arbeitgeber deswegen keine eigenen Smartphones ausgeben müssen. Arm arbeitet auch mit Google zusammen, um den Speicher des Telefons mit speziellen Memory-Tagging-Erweiterungen zu sichern, fügte er hinzu.