Nowości w architekturze nowej generacji ARMv8.1-M

ARM ogłosiła pojawienie się nowej generacji architektury, jaką ma być ARMv8.1-M. Została opracowana, by stanowić jeden z elementów napędowych trendu w rozwoju bilionów urządzeń połączonych w zwartą całość i wspomagać pracę tego ekosystemu. Rozwój ten jest możliwy jedynie wtedy, gdy odnajdywane będą kolejne sposoby na efektywne rozszerzanie mocy obliczeniowych, nawet w tych najdalej wysuniętych końcówkach sieci (zgodnie z ideą „edge”). Zwiększone możliwości w tym zakresie otwierają nowe drzwi, szczególnie w zakresie aplikacji wykorzystujących machine-learning („ML” - uczenie maszynowe). Sprawi to, że urządzenia będą mogły więcej; uczyć się i podejmować skuteczne decyzje oraz działania, co ma poprawić efektywność całego systemu i aplikacji. Jednocześnie twórcy skupiają się na zapewnieniu najwyższego poziomu bezpieczeństwa w tym zakresie, redukcji obciążenia sieci, zmniejszeniu opóźnień i zwiększeniu efektywności przesyłowych. Aby sprostać tym wszystkim wymaganiom powstała technologia ARM Helium, MVE (wektorowe rozszerzenie M-Profilowe - „M-Profile Vector Extension”) dla procesorów serii Cortex-M. Pozwala ona na zwiększenie wydajności obliczeniowej w układach opartych na nowoczesnej architekturze ARMv8.1-M, w której jednym z głównych elementów jest wsparcie technologii ARM TrustZone. Technologia ARM Helium ma zapewniać nawet 15-krotny wzrost wydajności w ML Otwiera to nowe możliwości rynkowe dla układów serii Cortex-M, gdzie wydajność spotyka się z wymaganiami dotyczącymi niskich kosztów oraz konieczności zapewnienia jeszcze wyższej efektywności energetycznej. Warto też zwrócić uwagę na wspomniane wsparcie dla zaawansowanego przetwarzania sygnałów (DSP), które jest już oferowane za sprawą technologii ARM Neon, w bogatszych i droższych procesorach serii Cortex-A, zapewniając 5-krotny wzrost efektywności przypadku przetwarzania sygnałów. Wraz z nową architekturą, technologia Neon (a co za tym idzie wsparcie dla DSP) trafi też do serii M, do takich procesorów jak: M4, M7, M33 i M35P. Połączenie obu tych technologii, Neon i Helium, ma dawać tak dobre wyniki wydajnościowe. Korzyści z tego płynące objawiają się też na innych polach. Do tej pory, przy łączeniu funkcji DSP z głównym rdzeniem, tworzono wydajne energetycznie układy SoC, co zwiększało złożoność systemową, zarówno na poziomie sprzętowym, jak i programowym. Idąc dalej w kierunku ML, sytuacja ta się dodatkowo intensyfikowała. Wymagało to sporej pracy oraz wiedzy od projektantów i deweloperów. ARMv8.1-M ma wyeliminować te wyzwania, dostarczając w czasie rzeczywistym kod kontrolny i efektywne wykonywanie instrukcji ML i DSP, bez utraty na wydajności całego systemu. Możliwe też będzie bezpieczne skalowanie nowoczesnych, inteligentnych aplikacji, mogących wykorzystywać możliwości procesorów DSP w szerszym niż dotychczas zakresie. Przetwarzanie więc takich rzeczy jak: wibracje, ruch, głos, a nawet obraz, będzie dużo efektywniejsze. Wpłynie to na komfort pracy z nowoczesnymi, przyszłymi urządzeniami, takimi jak: koncentratory sensoryczne, urządzenia noszone, audio, aplikacje przemysłowe, itp. Budowa tego typu różnych aplikacji możliwa będzie z wykorzystaniem jednej rodziny procesorów; Cortex-M właśnie. Oprócz poprawy wydajności i obniżeniu kosztów w zakresie rozwoju, zespoły pracujące przy powstawaniu aplikacji dostrzegą też z pewnością jeszcze inne korzyści. Dzięki konsolidacji funkcjonalności koszty, moc oraz wysiłek zostaną zoptymalizowane. Wdrożenie TrustZone również nie będzie stanowić większego wyzwania, dzięki pełnej zgodności ze specyfikacją PSA. Twórcy otrzymują też jeden, spójny i ujednolicony zestaw narzędzi, obejmujący bogaty wybór modeli i bibliotek. W zestawie tym znajdziemy także ARM Development Studio z ARM Keil SDK, ARM Models, CMSIS-DSP oraz CMSIS-NN. Wysoki poziom zintegrowania DSP niweluje też jeszcze jeden poziom złożoności w tym zakresie, co z pewnością ucieszy projektantów i deweloperów.