Arm CPU 架构:隨處運算的基礎

架构層級圖

Arm 架构是一系列適用於電腦處理器的精簡指令集運算 (RISC) 架构。它是世界上最普及的處理器架构,我們的合作伙伴在過去 30 年已出貨超過 3,100 億個 Arm 架构晶片,产物範圍從感測器、穿戴式装置及智慧型手机到超級電腦。Arm CPU 架构的優勢包括:

  • 整合式安全性
  • 高效能与节能
  • 全球支援的大型生态系统
  • 遍及各个市场和地点

Arm CPU 架构由各種微架构進行实作,以提供各種功耗、效能以及面積組合的軟體相容性。

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  • CPU 架构定義基本指令集,以及作業系統和虛擬機管理器倚賴的例外處理和記憶體模型。
  • CPU 微架构藉由定義處理器的設計並涵蓋以下內容以決定实作如何滿足架构合約:功耗、效能、面積、管道長度及快取等級。

Arm 架构的最新版本

Arm 與合作伙伴共同發展其架构並滿足未來的需求。Armv9-A 是 Armv8-A 架构的一組延伸,也是對未來幾年即將部署的架构進行實質性增強的推展計畫中的一部分。這些增強功能的目標是協助增加數位訊號處理 (DSP) 與機器學習 (ML) 等領域的運算能力,以及持續改進我們系統的安全性和穩固性。

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R 系列和 M 系列的最新架构分別為 Armv8-R 和 Armv8-M。

Armv9 - 下一代的 Arm 架构

全新 Armv9 架构將形成下一波 3,150 億個 Arm 架构晶片的領先優勢。A 系列架构的最新版本 Armv9-A 提供前所未有的最高效能,以及更高的安全性。主要特色包括:

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  • 進階 SIMD 與可擴展向量延伸指令集 2 (SVE2)
  • AArch32 與 AArch64
  • 机密领域管理扩充

弹性及可扩展的方式

雖然 Arm 藉由 Cortex 和 Neoserve 系列的處理器 IP 提供其自有 Arm 架构的实作,其全球生態系內的許多公司也開發了自己的实作方式。

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有三種架构系列:






CPU 架构系列
A 系列 (應用)
提供所有架构系列的最高效能

R 系列 (即時)
针对具有即时需求的系统进行最佳化

M 系列 (微控制器)
专為小型、低功耗、高效节能装置而设计

实作 Arm 處理器 IP 範圍:
Cortex-A
NeoverseCortex-X
Arm 處理器 IP 範圍:
Cortex-R
Arm 處理器 IP 範圍:
Cortex-M
Features
  • 提供所有架构系列的最高效能
  • 高效节能
  • 針對執行 Rich OS 進行最佳化
  • 针对具有即时需求的系统进行最佳化
  • 专為小型、低功耗、高效节能装置而设计
最新版本 Armv9-A 和 Armv8-A Armv8-R Armv8-M
使用场景 複雜的運算應用領域,例如 PC、笔记型电脑、智慧電視、伺服器、連網設備、智慧型手机、車用資訊娛樂系統、雲端儲存設備和超級電腦。 需要即时回应需求的安全关键应用或需要决定性回应的应用,例如医疗设备、车辆驾驶、煞车与警示、网路和储存设备,以及嵌入式控制系统。 能源效率、功耗及尺寸優先。安全性處理器、物联网以及像是穿戴式装置、小型感測器、通訊模組和智慧家庭产物等嵌入式裝置。

 

每一種系列代表架构可針對不同的環境和使用场景進行最佳化。系統晶片 (SoC) 通常設計為可推動某一特定類別的产物,並包含多種處理器,可建置不同架构系列,以符合产物的能耗、效能與安全性需求。

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