Arm計算平臺加速定制芯片開發！
2023-12-07 11:31:32 NancyZHOU，EETOPAI 是當今時代最重要的技術之一，目前有 70% 的機器學習應用已經運行在 Arm 平臺之上。而中國是 Arm 非常重要的市場之一。在11月29日剛剛結束的Arm Tech Symposia 年度技術大會（北京場）上，Arm 高級副總裁兼基礎設施事業部總經理分享說：“中國是Arm增長最快的市場之一。如今，中國合作伙伴基于 Arm 架構芯片的總出貨量已累計達 300 億顆。此外，技術授權客戶有近 400 家，這個數字每個月還在不斷攀升。”
作為全球最普及的計算平臺，Arm 平臺的問世得益于計算和軟件相結合所實現的出色性能與能效表現。 Mohamed Awad 表示：“從人工智能 (AI) 到 5G，再到云數據中心以及邊緣，打造新一代計算基礎設施的技術先行者都在轉向尋求定制芯片，以實現規模化所需的專用處理能力。Arm將軟硬件相結合，致力于打造出專用解決方案，使他們能夠在物聯網 (IoT)、個人設備、汽車和數據中心等領域實現專用化。”
Arm 高級副總裁兼基礎設施事業部總經理 Mohamed Awad
近年來，Arm 已轉型為一家計算平臺公司，在致力于 IP 授權業務的同時，也專注于通過完整且全面的解決方案，為合作伙伴帶來選擇的靈活性，幫助他們更快地將產品推向市場。Arm 全面計算解決方案 (Arm? Total Compute Solutions)、Arm Neoverse? 平臺、Arm Corstone? 、SOAFEE 等解決方案，是 Arm 計算平臺分別在移動、基礎設施、物聯網與汽車等市場當中得以廣泛應用的例證。
Arm Neoverse CSS 驅動定制芯片變革
AI 為數據與計算帶來更龐大的需求。而在不斷增長的數據量以及越來越具挑戰的功耗限制等雙重因素影響之下，全球的數據中心與網絡基礎設施正面臨著巨大壓力。5G 移動通信用戶數已達10億、物聯網設備連接數接近150億個，連網設備與數據數量正持續增長。而這一切都需要更多的電量與更高的性能。
為了緩解未來基礎設施的壓力，行業需要依賴強大的軟件生態系統，在高效、可擴展的多核計算基礎上，打造專用處理的能力。Arm 為此推出了 Arm Neoverse 計算子系統 (CSS)。
Arm Neoverse CSS 是一個集成的計算子系統，可配置多個多核的 CPU，并通過互連驗證連接起來。開發人員可以在 CSS 的基礎上增在 I/O、接口、加速等方面的許多其他功能，滿足不同創新需求。此外，作為 Arm CSS 第一代產品，Arm CSS N2 集成了 Neoverse N2 平臺，并通過驗證配置且優化了功耗、性能與面積 (PPA)。CSS N2 可發揮 Neoverse N2 平臺的每瓦性能與效率，基于先進的 5 納米工藝進行優化，并通過可定制化的計算子系統形式交付給合作伙伴，達到加速上市時間的成效。
相較于獨立的 IP，CSS將促使 Arm 生態系統通過更低的成本、更少的風險以及更短的時間，打造出專用芯片。據 Mohamed Awad 介紹，在一家合作伙伴的案例中，CSS 已經助力他們的項目從概念到落實（在超過 100 個核心的系統上啟動 Linux）僅耗時 13 個月。另一家合作伙伴通過CSS 節省了超過 80 人/年的工程師時間。CSS N2 同時還賦能包括 AI 在內的特定領域專用加速器的集成，并為云原生工作負載帶來市場領先的每瓦性能表現。近期，微軟發布的Cobalt 100 CPU，便是基于 Neoverse CSS。
Arm 生態系統的獨特之處在于驅動定制芯片變革的能力。若要充分利用專用處理帶來的效益，所采用的架構必須能提供靈活性，以便進行創新，并實現多樣化且差異化的解決方案，同時還要能持續獲取強大的軟件生態系統。靈活性與專用化一向是 Arm 的核心宗旨，也是 Arm Neoverse 的設計理念，這些都與 Arm 數十年的軟件投資以及 Arm 架構的精心研發相匹配。
Arm 全面設計：聚生態系統之力，加速芯片開發
要想構建完整的 SoC 和定制芯片，Arm深知還需要第三方 IP、固件支持、代工廠資源以及優秀的設計人才。基于此，在 Neoverse CSS 的基礎之上，Arm又發布了 Arm 全面設計 (Arm Total Design) 生態項目。進一步結合生態系統的力量，包括專用集成電路 (ASIC) 設計公司、IP 供應商、EDA 工具提供商、代工廠和固件開發廠商等，共同助力簡化定制芯片的開發流程，并且讓交付變得更加容易、便捷。
據介紹，通過 Arm 全面設計，Arm 在芯片開發的各個階段都引入了生態系統的關鍵專業知識，從而讓基于 Arm Neoverse 的專用解決方案能夠廣泛地覆蓋 AI、云、網絡、邊緣等各種基礎設施領域。Arm 全面設計生態項目目前提供的服務包括：
l來自楷登電子 (Cadence)、Rambus 和新思科技 (Synopsys) 等合作伙伴的預集成、經過驗證的 IP 和 EDA 工具，可助力加速芯片設計，以及內存、安全和外設等功能的集成；
l來自 ADTechnology、Alphawave Semi、博通 (Broadcom)、凱捷 (Capgemini)、智原科技、Socionext 和 Sondrel 等合作伙伴的設計服務，他們可提供關于 Neoverse CSS，以及其他 Arm IP 和方法的專業知識，為生態系統提供支持；
l來自英特爾代工服務 (IFS) 和臺積公司 (TSMC) 等代工廠合作伙伴的技術，專為領先工藝節點和先進封裝技術進行優化；
l來自 AMI 等基礎設施固件提供商，針對 Neoverse CSS 提供商業軟件和固件支持。
Arm 全面設計的推出意味著，ASIC 設計公司可以快速啟動設計項目，并隨時可將其設計方案提供給所需的客戶；IP 供應商可以針對 Neoverse CSS，進行預先集成、預先驗證和預先優化高級 IP；EDA 合作伙伴可以無縫支持最先進的工具和流程，以簡化 SoC 設計；商業固件解決方案可早于芯片流片之前便開始開發；與此同時，Neoverse CSS 的設計將經過專門優化，充分發揮領先的工藝節點的優勢。
從軟硬件合作伙伴到代工廠和 EDA 技術的先行者，Arm 全面設計生態項目匯集了半導體設計和制造行業的專業知識，加快了針對工作負載優化的定制芯片的開發速度。Mohamed Awad 表示：“通過 Arm全面設計，將更廣泛的半導體行業凝聚在一起，圍繞 Arm 基礎計算子系統進行創新。該生態系統在加速上市時間，并降低打造高性能、高效率定制芯片的成本等方面所做出的努力，沒有其他生態系統可與之比擬。”
Arm Corstone：走出物聯網開發設計的困境
物聯網不再只是談論一種只能負責開關的設備，當下的物聯網，還能聽取和篩選數據，利用 AI 快速解決各種復雜問題。為了滿足 AI 時代人們對物聯網日漸增長的需求，Arm在物聯網領域的投資遠不止于 IP，還圍繞平臺展開。
Arm Corstone 是一套經過驗證且預先集成的IP子系統，可將關鍵 IP 集成配置，滿足一系列性能點的需求，且能夠在性能和外設的靈活性之間達到平衡，同時降低風險，使系統的核心計算組件能夠更快地推向市場。
Mohamed Awad介紹說：“除了滿足計算性能的需求，我們還需要解決阻礙擴展的碎片化問題。Arm 生態系統組成極為豐富，可針對合作伙伴想要構建的設備制定合適的標準、開發合適的工具，并為其數據保駕護航。”
SOAFEE：軟件定義汽車時代已經到來
如今，我們與汽車的關系正在發生翻天覆地的變化。如今的汽車朝向軟件定義發展。一輛高端汽車可能包含多達五億行代碼，而這一數字在未來將達到十億。隨著對汽車軟件價值的深入挖掘，以軟件為核心，將人的需求置于首位，注重提供集辦公、娛樂、支付、社交等功能于一體的優質服務，并滿足個性化需求，成為當下汽車設計的重點。
Arm 的 IP 產品組合為軟件定義汽車帶來可擴展性
顯然，軟件定義汽車已經成為行業的共識。為此，2021年，Arm與生態伙伴共同發起面向嵌入式邊緣的可擴展開放架構 SOAFEE (Scalable Open Architecture For the Embedded Edge)，旨在通過全行業的攜手合作，共同解決三大挑戰——軟件可移植性、加速軟件開發和軟件可升級性。同年，由Arm和其他創始成員共同宣布成立SOAFEE特別興趣小組（SIG）。據了解，SOAFEE 的推出旨在解決三大問題：實現軟件在不同芯片解決方案中的復用，輕松實現從云到邊緣的軟件部署，以及將開發流程往前提，使得開發者能夠更早開始軟件開發并在汽車上市后部署軟件更新。
據Mohamed Awad介紹，SOAFEE 成立至今已有兩年時間，來自車廠、芯片供應商、一級供應商和軟件等合作伙伴現已超過 100 名成員。Mohamed Awad分享說：“今年，我們的工作重點聚焦 SOAFEE 藍圖的實施，助力合作伙伴能夠安全、快速地啟動應用，順利開發出互聯汽車、自動駕駛汽車或車載信息娛樂 (IVI) 系統。”
此外，Arm 的 AE IP（Automotive Enhanced，汽車增強）可針對汽車應用最為關鍵的功能安全，帶來解決方案。無論合作伙伴是在規劃設計下一款電動汽車，還是正在努力實現 Level 5 的自動駕駛，Arm IP 以及全球最大的開發者生態系統都可以為其提供全方位的安全和性能。
總結
多年來，Arm一直致力于助力合作伙伴加速開發、部署和創新，持續協助合作伙伴構建未來的計算解決方案。其中基礎設施一直都是Arm 多年來投資的重點領域之一。五年前，大家去構建基礎設施時，通常都會通過購買通用的預配置好的現成芯片來打造服務器。而今天，大模型更需要定制化芯片。
Mohamed Awad介紹說：“我們看到像阿里巴巴、AWS、微軟這樣的超大規模云服務商都開始自研芯片，他們最主要的目的就是為了能夠把每一顆芯片的性能、效率都發揮到極致，做到最佳優化，他們會根據自己的用例、工作負載，圍繞服務器、機架甚至是自己的數據中心來進行個性化定制。”
當前，人工智能 (AI) 正處于快速發展中。市場孕育著巨大機會的同時，挑戰和困難也相伴而生。其中內存帶寬，以及其能否為設備提供更好的支持，便是目前面臨的極大挑戰之一。隨著 GPTs 等技術的發展，數據量和計算量只會越來越大，而芯片的定制化，可以通過優化，支持不斷激增的數據量和計算量。
定制化芯片的時代，已經來了！
