Arm以前所未见的方式响应市场需求，应对RISC-V阵营

在上周于美国硅谷举行的年度Arm Techcon大会上，一个重大的新讯息是该公司宣布针对 Armv8-M 架构推出Arm客制化指令(Custom Instructions)，将于2020 年上半年开始首先在 Cortex-M33处理核心上实施，不会对新的或既有授权厂商收取额外费用，让SoC设计工程师“在没有软件碎裂风险下，得以针对特定嵌入式与IoT应用加入自己的指令”。

上述讯息是Arm首席技术官Simon Segars在大会开幕演说中亲自宣布；在经过数十年对指令集架构(ISA)的严密控制之后，Arm终于决定让授权厂商能打造自己的客制化指令集，这通常对于加速特定的工作负载非常有用。

在过去，Arm很抗拒这样的举动，专心致志维持一致性的编程模型。在此同时，其他的IP供货商则从客制化指令集捞到不错的商机，例如Tensilica (现已隶属于Cadence)以及ARC (已被Synopsys收购)；老牌MIPS指令集也支持用户定义的选项。

现在，随着开放源码RISC-V ISA的崛起以及其用户可配置性，显然Arm终究还是屈服了，决定开放支持客制化指令集，这种新的客制化功能搭配Arm Flexible Access授权项目，确实解决了两个被许多人视为是让Arm客户别抱RISC-V的大问题。

Arm的客制化指令集将从Cortex-M核心开始，主要是为了支持较大SoC设计项目中的微控制器核心；第一个支持客制化指令集的会是Cortex-M33核心，未来其他Cortex-M核心也会支持客制化功能，而好消息是Arm不会对此收取额外费用。

在大会的另一场演说中，该公司院士Peter Greenhalgh (文章上方大图)表示，Arm将会对实时性Cortex-R核心提供客制化指令集支持，最终可能也会对应用处理器所采用的Cortex-A核心提供此功能。

为Cortex-R添加客制化指令集，对于实时性控制应用会非常有帮助，能加速特定的运算或是数据移动。至于Arm将如何以及在何时为通常布署于智能型手机与服务器等主流应用的Cortex-A核心提供客制化指令集支持，会是有点复杂的问题，而该公司也并没有正式承诺一定会这么做。

维持可靠度与安全性

Arm已经让其工具链在Armv8-M架构下支持新的客制化指令集，并仍维持使用者一直期望的可靠度与安全性，让客制化指令兼容于Arm TrustZone技术。尽管Arm较晚加入提供客制化指令的行列，其实该公司是在对已经要求此功能好一段时间的客户做出回应。

在某些情况下，就算是只有一条特制指令都能显著提升性能与效率，此外频率周期更少，整体能源消耗也降低。新的指令集会使用相同的缓存器(registers)，但需要额外的逻辑，这带来在额外芯片面积与设计时间上的投资。

新的客制化指令集会与标准Arm指令集交错，为避免软件碎片化(fragmentation)并维持一致性的软件开发环境，Arm期望客户主要在所谓的library functions使用客制化指令集。此外Arm预期客户一开始会在储存控制器与调制解调器等应用上，使用Cortex-M33的客制化指令集。

Arm的Armv8-M客制化指令集配置空间。
（来源：Arm）

而对于Arm来说要在Cortex-A核心提供任何客制化指令集，会有很长一段路要走，但该公司正在准备未来的新指令集以及安全性扩展。Arm发表了新一代继Hercules之后的Cortex-A核心代号：Matterhorn，这个处理器核心将添加新指令集，以加快通常应用于机器学习神经网络的矩阵乘法(matrix multiplies)。

Arm预期新的Matterhorn核心能让神经网络的通用矩阵乘法(General Matrix Multiply，GEMM)指令周期提高10倍，此外Arm也会为整个CPU核心以及高速缓存添加新的安全措施，这些安全性扩展将能控制指向授权(pointer authorization)，并提供分支目标标识符(branch target identifier)以及内存标记扩展(memory tagging extensions)。Arm还打算推出符合这些新功能的另一个平台安全性架构(Platform Security Architecture，PSA) EL2。

降低授权费

7月，Arm宣布了一种新的合约模式Arm Flexible Access项目，让客户能以较低的价格取得部分最热门的IP，而且在设计投片之前不需要签署授权协议；在这个专案下，客户可选择为单一款芯片支付7万5000美元的年费，或者为无数量限制的芯片支付20万美元年费。这项项目降低了采用Arm核心的金额门坎。

这些改变被视为是Arm为了与RISC-V竞争的回应，但前者正在更进一步对自家企业文化做了基础性的变革，在其生态系统中采取了更协作的模式。另一个例子是Arm对芯片产业伙伴开放了Mbed操作系统的管理，让伙伴们能对该操作系统的未来发展有更多直接的影响力；包括ADI、Cypress、Maxim、新唐(Nuvoton)、恩智浦(NXP)、瑞萨(Renesas)、瑞昱(Realtek)、三星(Samsung)、Silicon Labs与u-blox等公司都是活跃的参与者。

Arm正以前所未见的方式响应市场与客户的需求，而尽管该公司仍面临像是RISC-V阵营的竞争威胁，其IP迄今已进驻1,500亿颗芯片，该数量在两年内预期将加倍。Arm仍在每天出货的大多数组件之中扮演关键的IP供货商角色，而且为因应市场与客户不断变化的需求做出重要的改变。

另外，Arm还成立了全新自驾汽车计算协会(AVCC)，创始会员包括Arm、博世(Bosch)、德国大陆(Continental)、Denso、通用汽车(General Motors)、NVIDIA、恩智浦半导体(NXP Semiconductors)与丰田汽车(Toyota)，协会致力于解决大规模部署自驾汽车所面临的一些最严峻的挑战。

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编译：Judith Cheng   责编：Yvonne Geng

(参考原文： Arm Responds to RISC-V, and More ，by Kevin Krewell)