وقبل بضعة أسابيع، ARM قدم الجيل التاسع من مجموعة السجلات والتعليمات المستخدمة في المعالجات التي تحمل نفس الاسم. ARMv9 هو الاسم الذي تم بموجبه تعميد الإصدار الجديد من ISA ، والذي سيتم استخدامه في SoCs المستقبلية لأجهزة PostPC. ما هو ARMv9 وما الجديد في الإصدارات السابقة ، كيف ستبدو وحدات المعالجة المركزية ARM المستقبلية؟
إن ISA ليست أكثر من لغة مفهومة من قبل المعالجات المختلفة ، وبالتالي فهي تحدد ما تعنيه مجموعة الآحاد والأصفار في الكود الذي يقومون بتنفيذه. الملف الثنائي لـ x86 وحدة المعالجة المركزية: ليس له نفس المعنى كالثنائي لوحدة المعالجة المركزية ARM على سبيل المثال.
ومع ذلك ، فإن تقدم التكنولوجيا يجعل من الضروري إضافة تعليمات جديدة إلى معايير التدقيق الدولية ، مما يمنحها القدرة على إضافة وظائف جديدة لزيادة أدائها وأمانها عند معالجة البيانات أو مواجهة التحديات الجديدة التي يتم تقديمها لهم.
في هذه المقالة سوف نتحدث عن الجيل التاسع من ISA ARM ، والتي بعد سنوات تهدف إلى انخفاض استهلاك وحدات المعالجة المركزية ووحدات التحكم الدقيقة قررت أن تكون أكثر طموحًا ودخول السوق الذي يتطلب أعلى أداء ، وهو أداء مراكز البيانات والأداء العالي الحوسبة أو HPC.
ملحقات ناقلات قابلة للتحجيم 2
ابتكرت شركة Fujitsu اليابانية لنواة ARM الخاصة بها سلسلة من الامتدادات المسجلة الملكية تسمى SVE ، والتي تعني ملحقات Scalable Vector Extensions. ربما خمنت من اسمها أننا نتحدث عن مجموعة من تعليمات SIMD. دعونا لا ننسى أنه في وحدات المعالجة المركزية (CPU) مع ISA ARM لسنوات ، تم استخدام تعليمات Neon. والتي سيتم استبدالها بتعليمات SVE2 في ARMv9.
تم إنشاء SVE بواسطة Fujitsu لحاسوبها الفائق Fugaku ، والذي يستخدم نوى A64-FX الخاصة به. النية؟ استفد من توازي البيانات الذي تتطلبه الحوسبة العلمية ، والتي تستخدم أرقامًا عالية الدقة. هذا يترجم إلى وحدات SIMD أكبر بكثير وبالتالي المزيد من البتات.
نظرًا لأن اهتمام ARM هو جلب نوىهم إلى سوق الحوسبة عالية الأداء والخوادم ، فقد قرروا اعتماد SVE ودمجها مع Neon لإنشاء SVE2. أكبر ميزة تضيفها SVE إلى نيون؟ هذه إرشادات لا تحدد الحجم ، لذلك ليس من الضروري أن يكون لديك نسخة من كل تعليمة بأحجام مختلفة كما هو الحال مع تعليمات AVX على x86.
عوالم الذاكرة في ARMv9
المفهوم المثير للاهتمام الذي يضيفه ISA ARMv9 إلى المعادلة هو مفهوم العوالم ، والذي يتكون من القدرة على المشاركة في معالجة الذاكرة وجعل الكود الذي يتم تنفيذه فيه لا يؤثر على بقية النظام ، لذلك فهو كذلك منعزل تماما. وهو مثالي لتنفيذ الأجهزة الافتراضية حيث يعمل نظام تشغيل واحد في نفس الوقت مع نظام آخر على نفس وحدة المعالجة المركزية.
عادةً ما تتمتع وحدات المعالجة المركزية (CPU) بمستويات مختلفة من الامتياز ، ولكن مع مفهوم العوالم الذي تمت إضافته في ARMv9 ، سيكون من الممكن تشغيل الأجهزة الافتراضية بسهولة أكبر على وحدة المعالجة المركزية باستخدام ARM ISA ، لكن مزايا هذا لا تقتصر على الأجهزة الافتراضية فقط ، ولكن يمكن استخدامها أيضًا في تطبيقات محددة.
لذا يبدو أن ARMv9 هو امتداد لمعيار ISA أكثر استعدادًا لمراكز البيانات وأنواع أخرى من أجهزة الكمبيوتر حيث تكون المحاكاة الافتراضية والأمان أكثر أهمية من الوظائف الأخرى. ليس من المستغرب أن جيش أرمينيا يشن حربا ضد إنتل و AMD في سوق وحدة المعالجة المركزية للخوادم ، حيث سيطرت معالجات x86 على السوق حتى الآن.
ملحقات توصيف الذاكرة
إنها ليست جديدة على ARMv9 ، بل على الإصدار 8.5. فائدتها؟ إنها آلية مسؤولة عن تتبع جميع عمليات الوصول غير القانونية إلى الذاكرة التي تقوم بها البرامج. لا يعد الوصول غير القانوني أكثر من وصول إلى عنوان ذاكرة لا يمتلك البرنامج إذنًا للوصول إليه. ما هي الفائدة من هذا؟ نظرًا لأنه يعمل على تجنب تجاوز سعة المخزن المؤقت ، وهي مشكلة أمنية شائعة في جميع المعالجات تحدث عندما يتجاوز حجم البيانات المنسوخة احتياطي الذاكرة ، مما يؤدي إلى كتابة رمز غير متوقع في عناوين الذاكرة المجاورة.
إذا نجح تجاوز سعة الذاكرة ، فسيتم استبدال الرمز الأصلي برمز جديد في الذاكرة ، والذي سيتم تنفيذه بواسطة وحدة المعالجة المركزية بمجرد وصولها إلى الذاكرة. لذلك من المهم تجنب ذلك ، خاصة إذا كنا نتحدث عن مراكز البيانات التي تميل إلى خدمة ملايين المستخدمين في نفس الوقت وحيث يمكن استخدام تجاوز سعة المخزن المؤقت لسرقة بيانات المستخدم المخترقة.
لا تعد MTE جزءًا من ISA نفسها ، ولكنها آلية مطبقة في Northbridge لوحدات المعالجة المركزية ARMv9 التي تتعقب جميع عمليات الوصول إلى الذاكرة والتي تتمثل وظيفتها في تجنب فائض الذاكرة بطريقة شفافة.
ARMv9 فقط لمراكز البيانات والخوادم؟
تتميز مستجدات ISA ARMv9 التي وصفناها في الأقسام السابقة بشخصية محددة مميزة وليس لها علاقة بالاستخدام في الأجهزة الكلاسيكية التي يُرى فيها عادةً ISA ARM. من بينها جميعًا ، تستدعي SVE بقوة ، نظرًا لأن أحد الأسباب التي تجعلك لا ترى عادةً وحدات SIMD كبيرة في وحدات المعالجة المركزية لأجهزة PostPC هو استهلاك الطاقة الهائل الذي يفترضه استخدامها.
في الوقت الحالي ، المركزان الوحيدان اللذان أعلنت عنه ARM هما اثنان من عائلة Neoverse. من ناحية ، NeoVerse V1 تحت الاسم الرمزي "Zeus" ومن ناحية أخرى NeoVerse N2 تحت الاسم الرمزي "Perseus". هذه ليست نوى ستراها في أي هاتف ذكي في المستقبل ، ولكن في مراكز البيانات والخوادم الخاصة بالحوسبة عالية الأداء لشركات مثل Amazon AWS و Oracle و Tencent و Google وما إلى ذلك.
لم تعلن ARM بعد عن أي نواة لأجهزة PostPC مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية. على الرغم من أننا لا نستطيع أن ننسى أن هدف ARM هو استبدال x86 في الأسواق المختلفة ، ليس فقط على الخوادم ، ولكن أيضًا على أجهزة الكمبيوتر. الشراء عن طريق NVIDIA وقد يؤدي تأثيرها الكبير على سوق ألعاب الفيديو على أجهزة الكمبيوتر إلى وصول أجهزة كمبيوتر الألعاب المزودة بوحدات ARM و NVIDIA GPU ، على الرغم من أنه المستقبل الذي سيحتاج إلى الكثير من الدعم من مطوري ألعاب الفيديو وليس NVIDIA-ARM نفسه.
