ARM 出貨超過 1,500 億，殺入自訂指令集，劍指 RISC-V

一年一度的 ARM Techcon 2019 大會，ARM 宣布推出全新的功能 ARM Custom instructions，允許用戶在特定 CPU 核心加入自訂指令功能，加速特定用例、內嵌式和物聯網應用程式。

ARM 擁抱自訂指令集

據了解，Arm Custom Instructions 功能適用 Cortex-M33 核心及以後的 Cortex-M CPU 系列。從 2020 上半年起，所有使用上述 CPU 核心的 ARM 用戶都可免費使用自訂指令功能；也就是說，ARM 不會對新的或既有授權廠商收取額外費用，同時讓系統單晶片（SoC）設計人員在沒有軟體碎片風險下，得以針對特定內嵌式與物聯網應用加入自己的指令。

另外，透過修改 CPU 以啟用 ARM 自訂指令，為處理器保留編碼空間，以便設計人員輕鬆添加自訂資料路徑延伸，同時保持現有軟體生態系統的完整性。此功能與現有的輔助處理器介面一起，使 Cortex-M33 CPU 使用針對機器學習（ML）和人工智慧（AI）等邊緣計算最佳化和延伸各種類別的加速器。

（Source：AnandTech，下同）

Cortex-M 是 ARM 多種系列產品之一，是一系列可向上相容的高能效、易於使用的處理器，旨在幫助開發人員滿足未來內建式應用的需要，比如說以更低成本提供更多功能、不斷增加連線、改善程式碼重用和提高能效。ARM Cortex-M 系列針對成本和功耗敏感的 MCU 和終端機應用（如智慧測量、人機介面裝置、汽車和工業控制系統、大型家用電器、消費性產品和醫療器械）的混合訊號裝置最佳化，也可與智慧手機和 PC 應用程式的 Cortex-A 效能核心配合使用。

不過，ARM Cortex-M 處理器的核心主要還是用在低功耗內嵌式處理器（比如 IoT 終端機裝置的處理器），已許可給 40 個以上 ARM 合作夥伴，包括恩智浦、意法半導體、德儀和東芝等供應商，每年出貨量可達數億。

發表會時，ARM 宣布已與不少合作夥伴合作支援自訂指令集，包括 IAR-Systems、恩智浦、芯科科技、意法半導體等。

CEO Simon Segars 表示：

這將使你們所有人都能更快行動。添加此功能後，我們對如何支援工具流程思考了很多。ARM 於 7 月宣布靈活設計計畫，過去兩年簽署的 ARM 處理器許可中有 75％ 現在包括此計畫，開發人員可調整設計，不必不斷傳回 ARM 審批……隨著我們邁向第五波計算浪潮，我期待更多創造力。自訂說明更進一步，ARM 設計了一種方法，支援智慧整合和快速開發完全整合的自訂 CPU 指令，而不會產生軟體碎片。

ARM 表示，新增的 ARM Custom Instructions 功能，結合之前推出的 ARM Flexible Access 計畫，都是為了致力於增強晶片合作夥伴的彈性和差異化，以支援機器學習、人工智慧、自駕車、5G 與物聯網等全新邊緣運算的機會──為此，ARM Custom Instructions 在未來 ARM Cortex-M CPU 將變成標準功能，使這款 CPU 成為 ARM 歷來最成功的 CPU 之一。

ARM 顯然感受到壓力

在行動網路時代，ARM 顯然是絕對的主流；就在這次大會，Simon Segars 也表示，成立近 30 年來，在 1 千多個合作夥伴推動下，ARM 核心出貨量超過 1,500 億顆。

但顯然，隨著行動網路時代結束和 IoT 時代到來，ARM 感受到來自 RISC-V 的壓力。

RISC-V 是精簡指令集架構（ISA），源自加州大學柏克萊分校 2010 年的專案，架構簡單、完全開源，且可透過延伸指令自訂化。推出幾年後受到全球巨頭的支援，輝達、WD、Google、高通、微軟、華為、阿里巴巴等都加入 RISC-V 基金會。且在印度政府大力資助下，RISC-V 還成為印度國家指令集──中國市場也頗關注 RISC-V。

RISC-V 為新開源指令集架構引發全球關注，去年 ARM 設網站攻擊 RISC-V 的行為表明 ARM 的擔心，ARM 還質疑 RISC-V 可延伸指令集會帶來版本分裂的問題。

但顯然，RISC-V 的優勢讓 ARM 忌憚。採訪非營利性組織 RISC-V 基金會中國顧問委員會主席方之熙後，他表示讓 Arm 真正焦慮的，是 RISC-V 的彈性，這種彈效能更滿足未來市場的需求；基於 RISC-V 的彈性，能在 IoT、專屬晶片、資料中心、邊緣計算市場發揮效能、功耗、安全性的優勢。

ARM 加入自訂指令集的本質，正是為了增強自身核心架構的彈性，進而在 IoT 時代與和 RISC-V 正面競爭。

當然，RISC-V 發展確實有些問題，比如版本分裂風險，生態系統的建設還處於早期階段，同時，想要設計相對複雜的 RISC-V 晶片仍然需要工具鏈支援。反過來看，RISC-V 的劣勢也正是 ARM 的優勢──發表會，ARM 強調稱，ARM Custom Instructions 為整合用戶工作負載加速提供最低成本（和風險）途徑，因為它不會影響現有的 CPU 特徴，且仍允許用戶使用熟悉的現有標準工具。

對 ARM 的改變，用戶表達正面意見；如恩智浦進階副總裁兼 MICR 產品事業部總經理 Geoff Lees 就表示：

ARM 的新自訂指令功能，使像恩智浦這類晶片供應商能為用戶提供針對特定應用的全新指令最佳化，以提高效能、功耗和靜態程式碼大小，以適應新興的內建式應用程式……此外，所有這些改進都在廣泛的 Cortex－M 生態系統達成，因此用戶現有軟體投資得以最大化。

小結

除了宣布在 CPU 核心加入自訂指令，ARM 還在 TechCon 2019 大會宣布變更免費開源物聯網作業系統 Mbed OS 的合作夥伴管理模型，與諸多合作夥伴成立自駕車計算聯盟，還宣布與 Unity Technologies 合作支援各種 3D 內容創作──但總體來看，ARM 對自訂指令集的擁抱，成為本次大會的最大看點。

而從整個產業看來，ARM 擁抱自訂指令集，將增加 AI＋IoT 時代晶片架構發展的不確定性和變數──但對用戶來說，更激烈的競爭未必不是好事。

（本文由 雷鋒網 授權轉載；首圖來源：ARM）