对于RISC-V，Arm终于妥协

小飞飞

今年Arm Techcon的一大新闻是Arm将其指令集开放给客户针对Cortex M内核的定制指令。

Arm首席执行官Simon Segars在Arm TechCon的开幕主题演讲中表示，经过数十年对Arm指令集体系结构（ISA）的严格控制，Arm终于决定允许其授权方构建自己的定制指令，这通常有助于加速专门的工作负载。

过去，Arm抵制这种做法，专注于维护一致的编程模型。同时，许多其他知识产权（IP）公司利用可自定义的指令集成了一笔不错的生意。它们包括Tensilica（现在是Cadence的一部分）和ARC（现在是Synopsys的一部分）。古老的MIPS指令集还支持用户定义的指令。

现在，随着开源的RISC-V ISA及其用户可配置性的兴起，Arm似乎终于软化了态度，为定制指令打开了它的指令集。这种新的可定制功能和Arm的灵活访问许可计划确实解决了两个主要问题，许多人认为这是促使客户使用RISC-V的因素。

首先应用在Cortex M内核，然后是Cortex-R

对可定制指令的首次尝试将用于Cortex-M核心。这一举动主要是为微控制器和大型soc中的控制器核心设计的。

支持可定制指令的第一个Cortex-M部分是Cortex-M33。未来的Cortex-M内核将支持这种定制级别。

还有一个好消息是，Arm不会对M33皮质定制新指令的能力收取额外费用。Arm的同事Peter Greenhalgh在稍后的会议上表示，Arm将为实时Cortex-R内核提供定制化的指令支持，并可能最终在Cortex-A处理器上提供这一功能。

向Cortex-R添加自定义指令对于实时控制应用程序非常有用，他们可以使用专门的指令来加快专门的计算或数据移动。Arm将在何时何地向在智能手机和服务器等主流应用中部署的Cortex-A内核添加自定义指令支持是一项复杂的工程，并且她们并未正式承诺这样做。

可靠性和安全性

Arm已经设计了它的工具链来支持Armv8-M指令集中的这些新的用户指令，并且仍然保持用户一直期望从Arm得到的可靠性和验证。为了维护核心安全，该公司已经使新功能与Arm TrustZone兼容，其中的自定义指令将被监控。

虽然Arm在定制指令派对上迟到了，但该公司还是在回应那些一段时间以来一直要求这种能力的客户。在某些情况下，即使是一条专门的指令，也可以在性能和效率上获得显著的提高，从而减少时钟周期，并降低总能量。新的指令使用相同的寄存器，但需要额外的逻辑，这需要在额外的模具面积和设计时间的投资。

新指令与标准Arm指令交织在一起。为了避免软件碎片化和维护一个一致的软件开发环境，Arm希望客户使用定制的指令，这些指令主要是在所谓的库函数中。

Arm希望使用Cortex-M33上的自定义说明的最初应用是存储控制器和调制解调器。这项新功能将于2020年免费升级为Cortex-M33。

对于Cortex-A内核，Arm距离提供任何可自定义的指令还有很长的路要走，但它正在为将来准备新的指令和安全性扩展。该公司在Hercules之后公开了下一代Cortex-A内核的代号：即Matterhorn。该处理器内核将添加新指令以加速矩阵乘法，这通常用于机器学习神经网络。

Arm预计新的Matterhorn内核将使神经网络的通用矩阵乘（GEMM）计算提高10倍。 Arm还将在整个CPU内核和缓存中添加新的安全措施。这些安全扩展将能够控制指针授权，并提供分支目标标识符和内存标记扩展。 Arm计划提供另一种符合这些新功能的平台安全架构（PSA）EL2。

降低许可费用

该公司在7月初宣布了一项新的许可计划，该计划以较低的价格为客户提供了一些最受欢迎的IP的访问权限。客户可以这样做，而无需签署许可协议，直到贴出芯片。在Arm灵活访问计划下，客户每年仅需为单个芯片支付$ 75,000，就可以为无限数量的芯片支付$ 200,000。该程序降低了开始使用Arm内核的财务障碍。

这些变化被视为Arm对RISC-V的竞争性反应。但是Arm正在采取进一步措施，以对其自身的企业文化进行根本性的改变。

Arm经历了文化变革，并在其生态系统中采用了更具协作性的模式。作为这些变化的另一个例子，该公司向其硅伙伴开放了开源Mbed OS的治理。这将使那些合作伙伴能够更直接地影响Mbed的未来发展。

目前，ADI公司，赛普拉斯，Maxim Integrated，Nuvoton，恩智浦，瑞萨，瑞昱，三星，Silicon Labs和u-blox都是积极的参与者。

Arm以前所未有的方式响应市场和客户需求，像RISC-V这样的公司仍然存在生存威胁。

但迄今为止，该公司的IP出货量已达到1500亿个芯片，预计两年内将翻一番。

Arm是每年出货的绝大多数设备的关键IP供应商，并且它正在做出重大更改以适应不断变化的市场和客户需求。

本篇完