ARM计算架构迈一小步，却是人工智能产业的一大步

Posted 2020-09-06

2017年3月21日，ARM在北京召开了新闻发布会，推了针对其Cortex A系列CPU芯片的新计算架构DynamIQ技术。本质上说，DynamIQ并不是新的芯片技术，而是一种新的多计算核集群方式。这种新的集群方式，让ARM的Cortex A系列能够更好的适应多种人工智能计算任务。尽管这只是ARM芯片技术的一小步，但对于推动人工智能产业来说却是一大步。

在理解DynamIQ的意义之前，先了解一些基础知识。ARM的芯片设计产品目前分为Cortex A、Cortex R和Cortex M三大系列，这是自ARM第7代处理器版本ARMv7才开始的产品划分方式。其中Cortex A主要是面向具有复杂操作系统的软件环境（需要虚拟内存），而Cortex R主要面向实时嵌入式计算环境，Cortex M主要面向工业控制系统、家用电器等需要低成本和低功耗的计算环境。

现在ARM芯片设计已经到了第8代即ARMv8。Cortex A/R/M三大系列也都陆续升级到v8版本，ARMv8的主要特点是支持64位指令集同时兼容32位指令集。基于ARMv8的Cortex A被广泛用于智能手机、移动计算平台、数字电视、服务器等复杂计算环境。

2016年5月，ARM推出了Cortex A73芯片，这是迄今为止最高性能的v8处理器，还在设计上针对移动设备和消费设备进行了优化。Cortex-A73是专门为下一代智能手机而设计的高性能处理器，采用了目前最先进的10nm技术制造，提供比上一代Cortex-A72高出30%的持续处理能力，同时芯片面积降低了40%。

除了ARM自己最底层最基础的芯片设计外，CPU设计还有一个路线就是单核（SMP）与多核（CMP），基于SMP架构的设备又称为单片机，而基于CMP架构的设备就是大家所熟知的PC、智能手机等可执行复杂计算的机器。现在大家所熟知的大多数CPU都是多核CPU，也就是在一块基板上集成多个单核CPU形成集群。

所以在过去若干年内，有多种架构实现了对多核CPU集群的调度与管理，其中也包括ARM的大小内核big.Little。ARM big.Little设计允许把高性能与低功耗的计算内核组织在一起，根据工作任务用软件来调度计算高峰与计算低谷里对计算内核的需求，从而达到总体高性能、低功耗、良好散热等综合性能。

这一次ARM推出的DynamIQ其实就是针对big.Little多核集群管理技术的改进。自2011年推出以来，ARM big.LITTLE技术为主要计算设备的多核特性带来了革新。DynamIQ big.LITTLE将通过“根据不同的任务选择最合适的处理器”的方式来推动高效、智能的多核计算创新，DynamIQ big.LITTLE能够允许对单一计算集群上的大小核进行配置，而这在过去是不可能的。

简单理解，DynamIQ big.LITTLE就是增强了多核CPU的管理细粒度，可更为精细化的调用和分析计算内核资源，这样的设计对异构计算和人工智能设备来说非常有价值。ARM称第一代采用DynamIQ技术的Cortex-A系列处理器在优化应用后，可实现比基于Cortex-A73的设备高50倍的人工智能性能，并最多可提升10倍CPU与SoC上指定硬件加速器之间的反应速度。

此外，DynamIQ技术让SoC设计者可以在单个群集中最多部署8个核，每一个核都可以有各自不同的性能特性，这会为机器学习和人工智能应用带来更快的响应速度，而全新设计的内存子系统也将实现更快的数据读取和全新的节能特性。

DynamIQ的其它好处还包括在严苛的热限制下实现更高的性能，通过对每一个处理器进行独立的频率控制，高效地在不同任务间切换最合适的处理器，以及更安全的自动控制系统，为ADAS解决方案带来更快的响应速度，并能增强安全性。

这样看来，DynamIQ并不是革命性的技术，也不是ARM的第9代芯片设计。准确的说，DynamIQ是用今天的技术来解决明天的问题——人工智能，由于DynamIQ能够更好的调配最底层的计算内核资源，这就为需要低功耗的人工智能设备带来了更好的性能与良好的散热等。

ARM计算产品事业部总经理Nandan Nayampally表示，在已经出货的1000亿颗基于ARM的芯片中，有500亿颗是由ARM的合作伙伴从2013年到2017年出货，ARM预计合作伙伴将在2021年完成下一个1000亿颗基于ARM芯片的出货，而这些芯片都将有可能基于DynamIQ技术。这样一来，这下1000亿颗芯片显然将带来更好的处理人工智能技术的能力，这无疑是人工智能产业的一大步。

然而，在另一方面，ARM是否在暗示其下一代芯片设计v9将无望在2021年推出？如果说到真正的下一代计算革命，可能v9才是能够带来颠覆性变革的“核武器”，或许有可能是真正意义上的人工智能芯片。而这一天的到来，或许要等到2021年以后了。(文/宁川）

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