Arm在下一轮新技术中将有哪些革新？

前言

在科技成为世界主要生产力之一的时代，云计算已经是全球重要的基础设施之一；5G（甚至下一代6G）移动通信依然驱动着以消费为中心并带动着其相关领域的生态；新能源电动汽车成为下一个十年最重要的经济增长点之一，在这黄金十年中，软件定义汽车的时代已经成熟并到来，电动化和自动化成为这个领域的颠覆性变革；物联网已经从最初的纯IoT经历了半智能A’IoT之后，到现在已经全面演变成真正的智能物联网（AIoT），万物互联已经在芯片与科技之上无处不在，而其中可以给我们带来可信、高画质、交互式体验的视觉计算和实时3D也从最开始的游戏等消费领域深入应用到了汽车、医疗保健、工业、制造、建筑等行业。所有的这些技术依然在不断并迅猛的发展，驱动着整个科技行业进入一个新的时代，而这一切都离不开构建在移动计算的底层芯片架构之上。这方面，占有移动计算芯片市场近70%的Arm已经成为最重要的基石之一，那么，在未来十年甚至更久远的科技发展中，下一轮新技术将会有哪些革新呢？

2022年12月，Arm 高级副总裁兼基础设施事业部总经理 Mohamed Awad在Arm Tech Symposia 年度技术大会上对此进行了深入探讨和展望。

“在新任首席执行官 Rene Haas 的带领下，我们正在开启 Arm 及生态系统的新篇章。Rene 对于我们将如何一起合作定义计算的未来有一个清晰的愿景。我们现在比以往任何时候都更加看重 30 多年前 Arm 成立时的重要原则，并将其映射到今天不断变化的市场环境中。正是这些原则将赋能我们所有人，再次改变世界。通过构建低功耗、高性能架构的基础，我们正在向生态系统中的所有人提供业界领先的计算力，如此一来，我们能够一同打造基于 Arm 技术的新一轮伟大的技术革新。” Mohamed介绍道。

新一轮技术是什么？

如前所述，在科技发展中，新一轮技术将：

• 为全球计算基础设施的新开端提供动力
• 加速5G部署，促进通信和消费市场的发展升级
• 改变汽车行业​
• 释放和促成物联网经济的繁荣
• 为移动领域的下一步发展提供动力

云计算：为全球计算基础设施的新开端提供动力

当今的基础设施在新冠疫情期间对所有人都发挥了重要作用，越来越多的产品和服务被转移到线上，随着即将由 5G 带来的数据爆炸，以及对数据中心能耗的担忧，全球云服务基础设施革新的时候已经到来。

这场即将到来的基础设施革新的基本原则和技术有三个方面： ​

• 可扩展效率
• 技术领先地位
• 以及快速的创新步伐 

云计算和高性能计算工作负载需要极高的性能，Arm的基础设施路线图提供了从云到边缘的可扩展效率和高性能，这也是Arm Neoverse V 系列所提供的。Arm的 Neoverse V2 CPU 核心在云计算和高性能计算方面的性能居于领先地位。

5G 和云网络需要最大的性能功耗比，这也是Arm的 Neoverse N 系列的特点。

这个始终在线的云服务基础设施能为您想要最小化能耗和运行成本时提供助力。这也是 Arm 的传统优势——以最小的能耗实现卓越的性能。如果您想要在最小的面积内获得最佳的数据吞吐量，可以采用Arm的 Neoverse E 系列。

正是这种 V、N 和 E 系列的专用化，结合来自Arm合作伙伴的定制加速和独特配置，使 Arm 技术成为推动基础设施未来发展的优秀选择。

市场在演变，工作负载也日益复杂。在高性能、高效率的计算基础上，构建专用的工作负载加速器。这是由基于行业标准和协议的总线解决方案所实现，其中的核心是 AMBA CHI。可以通过以下两种方式之一集成加速器。

通过 CXL，能够分解并共享数据中心中的最后一个主要组件——内存。CXL 将让云服务提供商通过池化内存来降低总拥有成本 (TCO)。或者可以将 AMBA CHI 桥接到 UCIe，以高速率和低延迟的方式来连接加速器 chiplet。UCIe 在控制成本的同时，将助力实现新一代工作负载加速器。这些功能已经内置到Arm新的 CMN mesh 互连 IP 中，并在同一个协议下。

这实现了边缘、5G、云和 HPC 领域的芯片多样性的广度，以及快速创新步伐，而这些领域均通过专用处理加速发展。

目前，大部分云服务提供商都在为他们的客户提供基于 Arm Neoverse 平台的服务器，并积极在软件生态系统中投资。

事实上，每个主要的云原生开源软件项目都已经运行在 Arm 架构上。Arm 软件生态系统不仅规模庞大，而且正在加速发展。

近期，Arm宣布，通过Works on Arm 计划，软件开发者可以免费访问所有主要云供应商基于 Arm Neoverse 的云实例进行开发。这意味着数以百万计的云原生开发者现在可以轻松地免费访问 Arm 实例，以确保他们的工作负载能够在 Arm 架构上以最好状态运行。

无论选择哪家公有云服务或使用哪种工作负载，获取由 Neoverse 提供的资源都不再有任何障碍。

5G：加速部署，促进通信和消费市场的发展升级

现在的网络能支持通畅的流媒体视频、顺畅的视频通话和下载小型应用程序。但是我们需要现代化的基础设施来实现对未来的期望。这也是 5G 的用武之地。

5G 的部署速度更胜以往，仅在2021年，5G 的部署数量就增加了一倍多。迄今为止，已有超过 210 家运营商在运营 5G，在全世界部署了 11.5 万多个蜂窝基站。但这对于未来大量的数据需求还远远不够。

Arm与马衡达 (Tech Mahindra) 合作，通过 Arm 5G 解决方案实验室加速 5G 的部署和使用。这个实验室可提供轻松访问基于 Arm 架构的硬件和软件生态系统，在这里可以构建和测试端到端 5G 解决方案，完成基准测试，并访问运营商用例和部署的蓝图。

事实上，仅在过去一年里就有 120 多家企业签署加入该实验室。11月，Arm从 NTT DOCOMO 和 NEC 看到了非常有前景的成果。通过在 Arm Neoverse 赋能的 AWS Graviton2 实例上运行核心 5G 网络功能，他们发现与传统实例相比，功耗降低了 72%。

2021年，Dish Wireless 就宣布了利用 AWS 和基于 Graviton 的处理器进行网络部署。

未来的基础设施，包括 5G 和云，或将都建立在 Arm 架构之上，这得益于Arm的可扩展效率、技术领先地位和生态系统内的快速创新步伐，也来自于庞大且快速增长的开发者生态系统所提供的支持。

Arm 的5G解决方案实验室将大大提高5G在全球的部署速度，促进通信和消费市场的快速发展和升级。

软件定义汽车时代

在新能源电动汽车领域的下一轮革新，是已经到来的软件定义汽车时代。

​近一百年来，汽车最复杂的组件一直是内燃机。如今，一辆新车包含数百颗芯片，用来控制从车载信息娱乐系统到后视摄像头以及ADAS 等一切。这项技术正在彻底改变汽车，并重新定义消费者与汽车的关系。

Arm在云端启用了在汽车领域进行这种变革。

如今，一辆汽车已经有一亿行代码，而自动驾驶汽车的代码达到其五倍之多。汽车厂商正在重新思考他们使用软件的方式，以便使他们与硬件的关系智能化。为此，将会有比以往更多的开发者为汽车应用程序编写代码。据麦肯锡估计，目前汽车软件开发者有三万名，到2030 年这一数字将增长至25 万。

那么所有这些开发者将采用什么技术来支持新一代汽车呢？

​答案是 Arm。

Arm 在新能源现代化汽车中已无处不在。Arm正在与顶尖汽车半导体和生态系统伙伴合作，在车辆的功耗、成本和散热等要求下，提供所需的计算性能。

Arm 技术正被应用于安全气囊系统、发动机控制器、数据通信模块、电动助力转向系统和车身应用，包括座椅、后视镜、天窗和温度控制等各个方面。

Arm 生态系统在车载信息娱乐系统领域占有 85% 以上的市场份额，在大多数高端仪表处于领先地位，在中低端仪表的市场份额也在不断增加。有 55% 的 ADAS 采用了 Arm 架构 。如今，每秒钟就有 50 多个基于 Arm 架构的处理器被安装到汽车上。

两大新兴机遇：电动化和自动化

在软件定义汽车的时代，有两大新兴机遇，它们将推动这一领域的颠覆性变革：电动化和自动化。

首先从汽车对更环保的需求和电动化的需求开始说起。德勤预计到 2030 年电动汽车年复合增长率将达到 29%。这是一个巨大的机会。整车厂商正在重新设计整个汽车的架构以实现电动化，这需要根本性地重现思考系统的构建和管理方式。

这些新的精密功能都增加了复杂性。而复杂性的增加就需要一个解决方案，能够将所有这些新功能精简到专用处理系统中。

对此问题的行业解决方案被称为分区处理，瑞萨电子、恩智浦和意法半导体等合作伙伴正在开发产品，以实现基于Arm Cortex-R52 与 R52+ 的电动化架构的改变。这增加了区域控制器的安全性，甚至扩展到几乎所有的车辆控制器，包括基于Arm的 Cortex-M 处理器的微控制器。

如果我们期望汽车更加安全，甚至可能实现自动驾驶，或者在我们分心时阻止我们的危险行为，就需要提供一套异构计算，它具有验证解决方案所需的一切特性。它需要包括汽车增强型 CPU、ISP 和 GPU。但所有这些先进的芯片都会产生一个软件问题。而解决这个问题的答案是：SOAFEE标准架构。

​SOAFEE标准架构

SOAFEE携手来自整个汽车供应链的 50 多名成员，共同开发一个标准化架构，利用一套开放标准来开发软件定义汽车中的汽车应用程序。

它解决了两个大问题——对可复用、可更新软件的需求，和对敏捷软件开发的需求。

SOAFEE 是实现这一目标的解决方案，它在一个通用的标准化平台上，通过云原生方法开发和部署软件，是成功创建软件定义汽车的优秀途径。在 SOAFEE 标准化架构的架构之下，汽车开发者更容易在这个极具挑战性的领域为基于 Arm 架构的新一代计算创建和部署应用程序。

物联网：释放和促成物联网经济的繁荣

物联网的革新与它自身具备的经济体量密切相关。

物联网经济可与智能手机应用程序经济的形态和规模相媲美。麦肯锡估计，物联网经济的价值（包括硬件、软件和服务）将从现在的约 1.5 万亿美元增长到 2030 年的近 13 万亿美元。

​从智慧城市，到工业自动化和智能家居，物联网将改变我们生活的方方面面，价值链的所有参与者都将从中受益。

Arm 生态系统处于高达70%占有率的独特地位，推动并受益于这种增长，原因有三个：

• 首先，Arm生态系统正在部署的计算覆盖范围相当庞大；
• 其次，Arm 的软件开发者生态系统的广度是业界首屈一指的；
• 第三，通过Arm生态系统，把各种软硬件应用聚集在一起，从而可以把精力集中在真正的差异化上，可以消弭扼杀规模的碎片化。

Arm 架构已成为物联网的基石，服务了 70% 的市场，2021 年有近 300 亿颗基于 Arm 架构的芯片出货量，其中有三分之二被用于物联网或嵌入式应用领域。

但物联网不仅仅是硬件；它也包括软件和服务。为了使物联网发挥其潜力，工作负载将需要跨多个计算层协作，从边缘移动到云，然后再返回。开发者需要走出传统的开发环境，以便他们能够使用新技术。嵌入式开发者将需要欣然接纳现代化的云原生 DevOps 流程和机器学习等事物。Arm 的独特性是因为扩展物联网所需的所有专业知识和技术都已存在于Arm的生态系统中。

譬如Arm 虚拟硬件 (AVH)，就是一个很好的例子，它说明了如何从一个软件开发社区汲取经验，促成另一个软件开发社区。

AVH 使嵌入式开发者能够大规模地进行持续集成等工作。这一直是云原生开发的一部分，但对于大多数嵌入式开发者来说是无法实现的，因为构建和管理一个硬件集群太复杂了。由于不必担心实体硬件的问题，AVH 使数百万希望在边缘侧利用基于 Arm 架构计算的云原生开发者更容易使用嵌入式开发。​​

Arm将云原生和嵌入式开发社区结合在一起。结合在一起，这就是解决物联网中最大挑战所需要的，这将带领物联网开发者解决最高难度的挑战——碎片化。在物联网中，产业终将通过采用关键标准化来消弭扼杀规模的碎片化。

Matter 协议是物联网行业就物联网解决方案如何快速扩展进行协作的一个很好的例子。它是一种标准，Matter 1.0 已经发布，用于无缝连接智能家居设备，并确保开机即用的互操作性。由于 Arm 的基础技术和这一生态系统的规模，现在在 Arm 架构上开发和测试新协议的速度比以往任何时候都要快。目前已有 400 多家公司正在与 Matter 合作，先使用 Arm 的技术和工具为他们的创新产品制作原型，然后再进行硬件开发，这既加快了开发速度，也可以加快产品上市时间。

实现视觉计算和实时 3D：Arm 全面计算解决方案TCS

移动领域的革新有一个新的要求，那就是可提供可信的、高画质的、交互式的体验，从移动设备，到物理世界，到元宇宙，都能被随处部署。这个新的“必须拥有的东西”是Arm Immortalis GPU 带来的实时 3D，它诞生于游戏领域，但也转而应用在汽车、医疗保健、工业、制造、建筑等行业。

随着对视觉计算需求的增长，视觉计算和实时3D将成为新变革的中心，这需要为用户打造最优质的视觉体验。

实现这个激动人心的未来需要以不同的方式来思考如何部署在各处的底层工具、服务和技术。它必须能够使开发者更容易、更快速地利用整个系统的计算算力。

实现这一目标的关键是 Arm 全面计算解决方案 (Total Compute Solutions, TCS)。

Arm 全面计算解决方案 TCS

TCS解决方案建立在 Cortex CPU 的基础上，再加上 Arm 互连技术和 Arm GPU。它将工具、软件生态系统、物理 IP 和通用标准结合在一起，将系统视为一个整体，而不仅仅是单一组件，以解决现代工作负载的复杂性。最终提供的是高性能的专用计算能力，它能够解锁更优异的性能，实现更长的电池寿命，以及沉浸式图形。

Arm TCS的合作伙伴 MediaTek 及其领先的产品天玑芯片展示了其优异的性能。

今年推出的 TCS22 在典型的游戏工作负载下，相较于TCS21平均提高了 28% 的性能，并且降低了 16% 的功耗。

Immortalis 是针对高端设备的新旗舰 GPU，它将提供更高的性能和新功能，包括基于硬件的光线追踪、可变速率着色和更多的机器学习等功能。开发者和创作者已经可以使用这项技术，其性能的可及性也同样套用在最新的 Armv9 CPU 集群（包括 Cortex-X3, A715 和 A510）上，它获得了连续三年两位数的 IPC 增长，这是 Arm 工程团队非常了不起的一项成就。随着这个集群的推出，Arm已经完全过渡到 64 位的世界；因此，开发者现在已经可以利用 64 位带来的性能和安全优势。

Project Cassini & Project Centauri：为整个生态系统实现软件利用和规模

Arm 目前正在推动的另外两个行业标准：Project Cassini 和 Project Centauri。这是 Arm的两项计划，专注于为整个生态系统实现软件利用和规模。

通过 Project Cassini，基于 Cortex-A 进行边缘和物联网设备开发的合作伙伴们可以为他们的工作选择合适的硬件，而不必担心必须为每个新平台都移植和维护一堆软件。​

而针对 Cortex-M，Arm最近推出了 Project Centauri。这使得每个软件供应商和各种开发环境都可以利用软件打包格式。

在Windows on Arm 方面，微软不断在开发者访问方面进行投资，扩展 Windows on Arm 开发者生态系统。Project Volterra 就是最新的例子。有了 Windows Dev Kit 2023 开发套件，开发者们现在可以在基于 Arm 架构的 Windows 生态系统中进行开发。

所有这些项目，包括 AVH、Project Cassini、Project Centauri 等，Arm 在物联网领域所做的一切都专注于同一件事：为Arm生态系统优化、简化和加速设计过程。

专用处理：建立在三个关键原则的基础之上

从上面的介绍看到，基于Arm移动计算之上的下一轮新技术的脉络已经清晰。在现代世界中，随着各种计算需求的增加，工作负载已变得更为复杂，在性能和效率需求之间的权衡也是如此。平衡这些权重和满足这些需求的最佳解决方案是专用处理。通过专用处理能力的赋能，可以在每一个应用市场中提供最佳的解决方案。  ​但是，专用处理有三个关键的原则基础。

第一个原则：计算

人们对计算有着永不满足的渴望，Arm致力于满足这些需求。Arm并非是把 CPU、GPU、NPU 和机器学习看成是一系列单独的组件，而是采取一种整体的方法，使它们能够结合在一起，以降低复杂性，并确保无缝的和优化的集成。这将能够更容易、更快速地实现全局计算。

第二个原则：性能

Arm 所做的工作核心和其 DNA 的基石，是低能耗、高性能计算。在过去的十年中，手机的性能提升了 110 倍！正是有了这一基础，所有人都能把超级计算机装入口袋，而且它对于提供节能技术至关重要，这将在计算发生的任何地方为新一轮革新提供动力。

第三个原则：软件

硬件的好坏取决于为硬件提供驱动的软件，Arm持续在全球最大的软件开发生态系统之一进行大量投资。通过构建和优化的框架、工具和支持，全球数百万 Arm 软件开发者能够释放硬件的真正潜力。专用处理所提供的工作负载优化将决定新技术的潜力和未来。

Arm在下一轮新技术的革新中从底层贯彻了专用处理的理念和原则，使得专用处理计算成为新技术革新的强大动力。

结语

“现在，Arm的解决方案发展的速度更胜以往：具有跨完整子系统的通用工具链，无缝的开发者体验，以及全面的支持，以加速您产品的上市进程。我们继续提供量身定制的解决方案，使从传感器到智能手机，到超级计算机的所有产品的打造变得更容易、更快速。但仅仅有这些是不够的，我们还需要做更多。我们已经清楚地听到了您的声音：各位需要 Arm 做得更多，从而帮助您解决这些日益复杂的问题。解决方案需要以市场为导向，这样您才能随时了解客户的需求。为了解决这些挑战，我们需要展示我们的 IP 将如何响应多个计算要件和软件之间增加交互的组合，从而在复杂工作负载下提供更高的性能，同时保持我们一流的计算效率，以在基于 Arm 架构的 IP 上提供最佳的计算系统。” Mohamed总结道，

“所以，我们对基于系统的方法进行了加倍的投入。我们专注于提供计算解决方案，这样当您在 Arm 架构上工作时，就等同于在 Arm 的整体上工作。这意味着您可以从 Arm平台、工具、软件生态系统、支持、处理器（如 Neoverse 和 Immortalis）、通用标准（如 SOAFEE）以及所有解决方案（如全面计算、Arm Flexible Access 和 AVH）中获得一切，而这一切都可以在同一处：Arm，即可取得。这将使您能够在 Arm 架构上完成最出色的工作，而这只是新篇章的开始。我们计划做的还有更多，以帮助您解决新的挑战，这些挑战是由摩尔定律的变缓、在先进工艺节点上为先进工艺节点进行开发的复杂性、向 2.5D 和 3D 封装的转变等因素共同驱动的。我们迫不及待地想在未来与您分享更多的成果。”

下一代计算已经到来，下一轮新技术的革新已经开始，Arm 架构已经成为这轮新技术革新的基石和核心。