Новый Armv9 берет на себя безопасность и AI

Компания Arm запустила свою первую новую архитектуру за десятилетие, Armv9, которая обеспечивает безопасность за счет новой архитектуры конфиденциальных вычислений (CCA) и постоянно растущих рабочих нагрузок искусственного интеллекта (AI) с новой технологией масштабируемого векторного расширения (SVE).

Armv9-A - это набор расширений архитектуры Armv8-A и часть непрерывной программы существенных улучшений архитектуры, которая будет развернута в течение следующих нескольких лет.

Новая архитектура представляет собой дорожную карту, которая представляет архитектуру конфиденциальных вычислений (CCA) Arm, разработанную в тесном сотрудничестве с Microsoft. Конфиденциальные вычисления защищают части кода и данных от доступа или модификации во время использования, даже из привилегированного программного обеспечения, путем выполнения вычислений в аппаратной защищенной среде. Он основан на концепции динамически создаваемых областей, используемых всеми приложениями, в регионе, который отделен как от безопасных, так и от незащищенных миров.

Например, в бизнес-приложениях Realms может защищать коммерчески важные данные и код от остальной части системы, пока она используется, находится в состоянии покоя и в пути. В недавнем опросе руководителей предприятий Pulse более 90% респондентов считают, что если бы конфиденциальные вычисления были доступны, стоимость безопасности могла бы снизиться, что позволило бы им резко увеличить свои инвестиции в инженерные инновации.

Генри Сандерс из Microsoft объяснил контекст:«Растущую сложность сценариев использования от периферии к облаку невозможно решить с помощью универсального решения». Сандерс, корпоративный вице-президент и главный технический директор по Azure Edge и платформам, добавил:«В результате гетерогенные вычисления становятся все более распространенными, что требует большей синергии между разработчиками оборудования и программного обеспечения. Хорошим примером этой синергии между аппаратным и программным обеспечением являются функции конфиденциальных вычислений ArmV9, которые были разработаны в тесном сотрудничестве с Microsoft. Arm находится в уникальном положении для ускорения гетерогенных вычислений в основе экосистемы, стимулируя открытые инновации в архитектуре, на которой работают миллиарды устройств ».

Arm CCA строится на основе Arm TrustZone, которая обеспечивает аппаратную изоляцию для доверенного программного обеспечения в масштабе всей системы. Конфиденциальные вычисления важны для клиентских устройств, но они также имеют универсальное значение, поскольку они хранят данные в зашифрованном виде во время передачи, в состоянии покоя и изолированы оборудованием во время использования. В облаке это также может означать защиту физических процессоров, а также виртуализированных процессоров, работающих рядом со сторонним кодом.

Еще одним аспектом безопасности в новой архитектуре является расширение Arm memory tagging extension (MTE), которое станет неотъемлемой частью процессоров на базе Armv9-A первого поколения. Повреждение памяти является одним из основных инструментов в инвентаре хакера:многие широко известные нарушения безопасности данных за последние 30 лет стали результатом эксплуатации уязвимостей в том, как компьютеры хранят и извлекают данные из памяти. Если хакеру известно расположение важной строки данных, он может перезаписать ее вредоносным кодом.

MTE позволяет разработчикам блокировать строки данных с помощью «тега». Затем к этим данным можно будет получить доступ только с помощью правой клавиши, удерживаемой «указателем» - кодом, которому поручено вызывать данные из памяти. Арм сказал, что внедрение доступа с замком и ключом - огромный шаг в обеспечении безопасности не только кода, но и данных, которые он обрабатывает.

Технология SVE является результатом сотрудничества с Fujitsu

Другой ключевой аспект новой архитектуры - необходимость повсеместно решать все больше и больше рабочих нагрузок ИИ. Например, согласно исследованию Statista, к середине 2020-х годов предполагается, что к середине 2020-х годов будет использоваться более восьми миллиардов устройств с голосовой поддержкой с поддержкой ИИ, и 90 или более процентов приложений на устройствах будут содержать элементы ИИ вместе с Интерфейсы на основе ИИ, такие как зрение или голос.

Чтобы удовлетворить эту потребность, Arm в партнерстве с Fujitsu создала технологию масштабируемого векторного расширения (SVE), которая лежит в основе Fugaku, самого быстрого суперкомпьютера в мире. Основываясь на этой работе, Arm разработала SVE2 для Armv9, чтобы обеспечить расширенные возможности машинного обучения (ML) и цифровой обработки сигналов (DSP) в более широком спектре приложений.

Векторы, которые представляют собой одномерные массивы данных, сыграли фундаментальную роль в высокопроизводительных и энергоэффективных вычислениях. Чем больше векторов может обрабатывать компьютер параллельно и чем длиннее эти векторы, тем мощнее будет компьютер. В Armv8-A по умолчанию векторы имеют длину 128 бит. С обновлением SVE2 от Armv9 разработчики микросхем могут выбрать длину вектора, кратную 128, до 2048 бит, что обеспечивает значительные возможности параллельных вычислений. Хотя SVE изначально был разработан для области высокопроизводительных вычислений (HPC), SVE2 в Armv9 расширяет поддержку SVE для ряда специализированных рабочих нагрузок DSP и XR (дополненная и виртуальная реальность), от геномики до компьютерного зрения.

SVE2 расширяет возможности обработки систем 5G, виртуальной и дополненной реальности, а также рабочих нагрузок машинного обучения, выполняемых локально на процессорах, таких как обработка изображений и приложения для умного дома. В течение следующих нескольких лет Arm продолжит расширять возможности искусственного интеллекта в своей технологии, существенно улучшив умножение матриц в центральном процессоре, в дополнение к постоянным инновациям в области искусственного интеллекта в своих графических процессорах Mali и NPU Ethos.

Главный исполнительный директор Arm Саймон Сегарс сказал:«По мере развития Armv9 будут доступны профили v9-M, и они позволят использовать новую волну приложений. Тем временем мы готовим мир разработчиков, предоставляя расширенную поддержку инструментов и платформу разработки на основе моделей, чтобы не было отставания между появлением устройств на базе v9 и возможностью разработчиков программного обеспечения воспользоваться преимуществами ».

Это включает в себя запуск виртуальных прототипов, поддерживающих SVE2 на платформе разработчика в этом году, и апстриминговую поддержку компилятора SVE2 для GCC и LLVM. Arm также предоставляет разнообразную поддержку компилятора C ++ для встроенных функций и автоматической векторизации. Эти инструменты позволят быстро и легко переносить рабочие нагрузки, чтобы заставить их работать с виртуальными целями на основе v9.

Ричард Гризентуэйт из Arm, старший вице-президент, главный архитектор и научный сотрудник компании, сказал:«Удовлетворение спроса на более сложные рабочие нагрузки на основе ИИ вызывает потребность в более безопасной и специализированной обработке, которая станет ключом к открытию новых рынков и возможностей. . Armv9 позволит разработчикам создавать и программировать надежные вычислительные платформы завтрашнего дня, устраняя критические пробелы между аппаратным и программным обеспечением, обеспечивая при этом стандартизацию, чтобы помочь нашим партнерам уравновесить более быстрое время вывода на рынок и контроль затрат с возможностью создавать свои собственные уникальные решения. . »

Компания Arm представила множество предложений партнеров по поддержке новой архитектуры.

Cadence сказал, что Armv9 имеет хорошие возможности для обеспечения постоянно растущих уровней производительности, безопасности и специализации, необходимых для продуктов завтрашнего дня, а его оптимизированные цифровые потоки продемонстрировали первые успехи, демонстрируя преимущества архитектуры Armv9 в мощности и производительности. Google рассказала об изучении MTE для устранения уязвимостей, связанных с памятью, что, по словам компании, чрезвычайно важно для повышения безопасности на широком спектре подключенных устройств.

Samsung Electronics заявила, что новая архитектура предлагает существенное улучшение безопасности и машинного обучения - двух областей, которым будет уделяться особое внимание в устройствах мобильной связи завтрашнего дня. Компания добавила, что ожидает увидеть, что новая архитектура откроет более широкий спектр инноваций для следующего поколения мобильных процессоров Exynos от Samsung.

Synopsys заявляет, что эта архитектура открывает множество новых возможностей для целого ряда рынков, поскольку она учитывает проблемы следующего поколения, включая проектирование трехмерных ИС, машинное обучение и интеллектуальные процессы, мониторинг напряжения и температуры.

VMware рассмотрела вопрос о том, как архитектура Armv9 поможет еще больше повысить безопасность и производительность в гибридном облаке. Его клиенты переходят на SmartNIC на базе Arm, чтобы сделать свою инфраструктуру более эффективной и безопасной. Он объявил о поддержке SmartNIC с помощью VMware Project Monterey, который предназначен для оптимизации производительности, внедрения модели безопасности с нулевым доверием, практического применения распределенных межсетевых экранов и расширения возможностей управления VMware для сред без операционной системы.