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深入分析ARM最新DynamIQ多核微架構

2021/12/25

今天，ARM在北京舉辦盛大媒體發布會，邀請大陸、台灣地區以及日本媒體參加，隆重發布了全新的DynamIQ微架構。估計很多人已經在朋友圈看到了這個新聞（新聞還是稱DynamIQ技術），不過可能80%的人看完之後都會有個疑問？這是個啥技術？腫么沒看懂？結合現場老張和其他媒體的提問以及和ARM發言人ARM計算產品事業部總經理Nandan Nayampally的私下交流，我分析下這個新技術。

這個自然是跟客戶有關，目前半導體市場已經佔據全球半導體市場近乎2/3的市場，而且大陸IC設計業蓬勃發展，IC設計公司數量超過1400家，這比全球其他地區IC設計公司總數還多！此外，IC Insights數據顯示，大陸地區純IC設計業者合計銷售額佔比已由2010年的5%，大幅攀升為2016年的10%。2009年大陸僅有深圳海思半導體一家業者名列全球前50大純IC設計業者之列。但2016年名列前50大的大陸業者，已有包括如海思、展訊、中興微電子等11家公司了！

對比大陸純IC設計公司的顯著成長，目前美國業者銷售額佔比是53%但比2010年的69%已經大幅下滑了16個百分點(主要是受到博通被安華高收購的影響)。而歐洲地區由於CSR、Lantiq和NXP的收購，佔比由2010年的4%下滑為2016年的1%！目前歐洲地區名列全球前50大純IC設計業者僅剩英國Dialog一家。

日本地區主要純IC設計業者也僅剩MegaChips一家。雖然2016年該公司銷售額年增20%，但整體日本地區業者銷售額佔比，還是由2010年的1%，下滑為不到1%。

另根據「半導體行業協會」(CSIA)與「台灣半導體產業協會」(TSIA)最新數據，2016年大陸IC設計業銷售額為人民幣1,644.3億元(約合239.1億美元)，已高於同期台灣IC設計業整體產值的新台幣6,531億元(約合202.1億美元)。所以大陸IC蓬勃發展也是ARM厚望未來1000億出貨的主力軍。

因此，抓住客戶是根本，這也是在首發新技術的主因。Nandan Nayampally公開表示按照慣例，大陸客戶會在一年後推出採用ARM新技術的產品，而且大陸主要智能手機客戶會將率先採用ARM的新技術，所以，毫無懸念的是海思將率先採用這個技術用於麒麟系列處理器，由於支持DynamIQ微架構的ARM Cortex-A系列處理器預計2018年推出，所以，2019年的麒麟990將採用這個新技術！

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DynamIQ微架構到底是什麼技術？

按照Nandan Nayampally的原話來所，DynamIQ多核微架構重新定義了多核設計，代表了多核處理設計行業的轉折點，而且其靈活多樣性將重新定義更多類別設備的多核體驗，覆蓋從端到雲的安全、通用平台。

我們看到12年前ARM推出了多核的ARM11，第一次實現了單一集群中支持4核的處理器，6年前ARM推出了大小核架構，大核和小核兩個集群實現了異構計算集合，兩個集群的架構釋放了更多計算能力。

到了DynamIQ 單集群微架構，它其實是一個全新架構，可以最多搭配8個不同內核，把晶元級可配置性推上了新的台階，可以說DynamIQ微架構的推出是ARM big.LITTLE技術的重要演進。自2011年推出以來，ARM big.LITTLE技術為主要計算設備的多核特性帶來了革新。DynamIQ微架構也可以繼續是使用big.LITTLE架構，以「根據不同的任務選擇最合適的處理器」的方式來推動高效、智能的多核計算創新。所不同的是DynamIQ big.LITTLE能夠允許對單一計算集群上的大小核進行配置，而這在過去是不可能的。例如，1+3或者1+7的SoC設計配置, 現在因為DynamIQ big.LITTLE使其得以實現,尤其在異構計算和具有人工智慧的設備上都是需要優先考慮的。這是一個很大的進步。

Nayampally認為在智能手機領域，8核已經可以實現很好的性能，不用更多核。

反而是在企業級應用領域，可以利用Corelink等技術形成3個集群、4個集群、8個集群的多核設計，而且它表示DynamIQ 微架構適合用在企業級應用。

「有了ARM DynamIQ 多核微架構，每個核每個頻率可以實現細顆粒度的控制，這意味著我們可以快速讓各個處理器實現從開、關到休眠的狀態切換，還有內存子系統也做了仔細優化設計只有使用的時候才激活。所以可以對性能功耗比做很好的優化。」他表示。

DynamIQ微架構將用在下一代ARM Cortex-A系列處理器上，這個處理器預計2018年發布！下一代多核處理器就可以採用這個架構了。

毫無疑問，是搶奪人工智慧處理器市場！

從今年開始，人工智慧將大放異彩深入我們生活的方方面面，Nayampally指出未來5年基於ARM架構的晶元出貨將超過1000億！要實現這樣大的出貨量，ARM必須卡位人工智慧處理器市場。

在演講中，Nayampally指出過去22年，ARM已經出貨了500億顆基於ARM架構的晶元；

2005年，ARM全年實現了10億的出貨量

到2010年，ARM實現10億成為季度數字

到2013年達到每個月10億出貨量

到了2017年的時候，ARM用了4年時間實現了過去了22年的出貨量---500億！四年實現了翻一番的出貨量，所以下個5年實現1000億的出貨量不是夢想！

所以ARM預計其合作夥伴將在2021年完成下一個1000億顆基於ARM的晶元出貨，在很大程度上這將歸功於人工智慧（AI）在人們日常生活中的廣泛應用。

Nayampally強調：「ARM是當今行業的架構首選，我們已解決無所不在的計算需求為己任，推動人工智慧、自動控制系統的發展，並加速虛擬世界與混合現實體驗的整合。為此，我們推出全新的ARM DynamIQ多核微架構，幫助我們的合作夥伴在不犧牲效率的同時實現較以往任何時候都更高的性能表現。」

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DynamIQ技術如何支持人工智慧計算？

提起人工智慧，人們很容易聯想到NV、賽靈思、英特爾的FPGA，不過Nayampally表示，人工智慧其實就是執行一些演算法，而DynamIQ微架構支持的V8指令集支持神經網路卷積運算，可以大大提升人工智慧和機器學習效率。

他表示第一代採用DynamIQ微架構的Cortex-A系列處理器在優化應用后，可實現比基於Cortex-A73的設備高50倍的人工智慧性能，並最多可提升10倍CPU與SoC上指定硬體加速器之間的響應速度。

「因為目前很多公司開發了特定的人工智慧加速器，所以DynamIQ多核微架構有針對加速器的介面，可以大大提升響應速度。」他解釋說。「SoC設計者可以在單個群集中最多部署8個核，每一個核都可以有各自不同的性能特性。這些先進的能力會為機器學習和人工智慧應用帶來更快的響應速度。全新設計的內存子系統也將實現更快的數據讀取和全新的節能特性。」

另外，他也特彆強調了安全----DynamIQ微架構為ADAS解決方案帶來更快的響應速度，並能增強安全性，確保合作夥伴能夠設計ASIL-D合規系統，即使在故障情況下仍可以快速恢復並能夠安全運行。