介紹Armv9.5-A中Arm架構的最新特性

隨著人工智能（AI）的崛起和安全威脅加劇，計算的需求持續加強。因此，世界上各種設備核心的基礎計算架構的持續演進顯得尤為重要。這就是為什么我們的工程團隊向Arm架構中添加新的功能和技術，然后軟件團隊確保軟件盡可能無縫地利用這些未來的功能和技術。

Arm架構是怎樣開發的

Arm每年發布對Arm指令集架構（ISA）的更新，這些更新是與Arm生態系統的多樣化合作伙伴共同創建的。該過程涉及芯片合作伙伴、操作系統供應商和OEMs、Arm的內部工程團隊和標準制定機構。

經過嚴格規劃的ISA可以確保軟件在新舊硬件上繼續工作很多年。Arm與Linaro以及其他眾多合作伙伴緊密合作，以便最廣泛使用的軟件上游社區（例如Linux內核和發行版）可以利用Arm ISA，以幫助提供全球最廣泛的開發者生態系統。

每年九月，我們發布一篇博客，討論當年A-Profile架構的關鍵更新。然后我們通過開發者網頁發布完整的指令集和系統寄存器文檔。

完整的Arm架構參考手冊（Arm ARM）也每年更新一次。預計將在2024年初發布包含2023擴展的更新。在2023年和2024年，“Learn the Architecture”頁面也將更新。

發布博客和文檔只是部署新架構的第一步。下一步我們將和生態系統伙伴合作，確保一旦硬件可用，開源軟件就能立即利用這一功能。

2023年，Arm引入新功能，以支持我們持續關注的人工智能（AI）、機器學習（ML）和安全性。讓安全的AI無處不在是Arm架構的關鍵優先任務，神經網絡（NNs）的訓練對AI的持續發展和進步至關重要。這就是為什么2023年的架構擴展包括FP8的新8位浮點格式的支持，此格式已在NNs中迅速被采納。在安全性方面，我們正在添加Checked Pointer Arithmetic，該功能基于Arm Memory Tagging Extension (MTE)，允許開發人員快速檢測內存安全性違規，從而在應用開發過程中節省成本和時間。

之前對A-Profile架構的更新的詳細信息可以在這里找到：2014、2015、2016、2017、2018、2019、2020、2021和2022。

讓我們看看今年增加了哪些新功能。

Floating Point 8 (FP8)

2022年，Arm、Intel 和 Nvidia 宣布了他們在FP8上的合作，這是一個交換格式，允許軟件生態系統輕松地共享NN模型，并支持AI計算能力的持續進步。作為2023年擴展的一部分，SME2、SVE2 和 Advanced SIMD (Neon) 增加了對FP8的支持。

FP8支持兩種數據格式：E5M2 和 E4M3。這兩種格式在精度和范圍之間提供了不同的權衡。

由FPMR寄存器控制選擇使用那種格式?？梢詾橐粭l指令的不同輸入選擇不同的格式，從而有效地處理不同格式的數據集。我們堅信，行業共創的FP8帶來的好處，使開發者能夠集中精力在真正重要的創新和差異化上。我們很興奮地看到FP8如何推動未來的AI發展.

實時遷移

實時遷移是將虛擬機（VM）從一個主機移動到另一個主機的過程，同時保留其可用性和狀態。高效的實時遷移支持是大規模數據中心管理的重要工具。

為了實現實時遷移，hypervisor需要在VM仍在舊主機上運行時將頁面復制到新主機。這通常需要一個迭代過程，因為VM可能會“弄臟”已經被復制的頁面。解決這個問題有不同的方法，但它們都必須面對三個挑戰：

記錄（Recording)：創建VM寫入（弄臟）的頁面的記錄。
調查(Surveying)：處理記錄,以確定哪些頁面需要重新復制。
清理(Cleaning)：在每次迭代上重置記錄機制。

2023年的擴展引入了新特性，幫助優化這三個過程。

FEAT_HDBSS增加了記錄被弄臟的stage 2頁面或塊日志的能力。這種機制減少了記錄成本，因為內存管理單元（MMU）可以有效地創建日志，而不中斷VM的執行。該日志還減少了調查成本，因為生成的數據是hypervisor可以高效使用的格式。

為了解決清理成本，FEAT_HACDBS為清理 stage 2頁表中的臟狀態增加了一個加速器。該引擎使用臟頁面的日志來定位需要更新的stage 2頁表描述符。

這些特性一起為實時遷移帶來顯著的性能和效率提升。

Checked Pointer Arithmetic 檢驗過的指針運算

AArch64支持的特性可以重新利用保存地址的寄存器的高位。例如，Armv8.0-A中引入的Tagged Pointers和Armv8.5-A中引入的MTE。

軟件經常需要操作指針，例如給基址加上一個偏移量。這通常使用常規的算術操作來完成，如加或減。地址計算上的溢出可能導致非地址位被損壞。例如，如果正在使用MTE，地址操作可能導致存儲在指針中的MTE Tag被更改。損壞的MTE Tag可能導致處理器無法檢測到內存安全違規，如下所示：

2023年的擴展引入了專門用于操作指針的新指令。這些指令包含多個指針特定的檢查，包括檢查bits[63:56]是否被修改，并防止溢出。尋址模式的加載和存儲指令也可以被配置為保留bits[63:56]。

取之前的MTE例子，新的特性允許處理器檢測指針的前8位是否已經被修改。這意味著，如果MTE標簽被損壞，它將被報告回到軟件中。

其他功能

2023年擴展部分引入的其他增強功能包括：

• 支持使用PC（程序計數器）和SP（當前選擇的堆棧指針）的組合作為生成或檢查指針認證代碼時的modifier 。
• 支持具備Realm Management Extension (RME) 的設計，在Granule Protection Tables中支持non secure only，并具有禁用某些Physical Address Spaces (PAS)的能力。
• EL3配置寫入陷阱。
• 斷點支持地址范圍和mismatch觸發，而無需鏈接。
• 支持從EL3有效地將SErrors委托給EL2或EL1。