AI、セキュリティ、用途特化型コンピューティングの未来を切り拓く、Armの最新アーキテクチャv9を発表

2021年3月30日、英国ケンブリッジ発 – 英Arm（本社：英国ケンブリッジ、日本法人：神奈川県横浜市、以下Arm）は本日、優れたセキュリティや人工知能（AI）の能力を備えた、ユビキタスな用途特化型プロセッシングを求める世界的な需要に対する回答として、「Arm®v9」アーキテクチャを発表(*1)しました。現行アーキテクチャのArmv8は、演算処理が行われるあらゆる場面で、最高のワットあたり性能を実現しています。こうした成功を継承し、10年ぶりに発表された最新のArmアーキテクチャがArmv9です。
*1) https://www.arm.com/campaigns/arm-vision

発表の概要：

• 次の3,000億個の最先端Armベースチップを支える基盤として、新しいArmv9アーキテクチャを発表
• 汎用コンピューティングの経済性、設計の自由度、入手の容易さといった優位性を活かした、用途特化型プロセッシングを実現
• さらなる演算性能、強化されたセキュリティ、デジタル信号処理（DSP）および機械学習（ML）向けの優れた性能を提供

Armの最高経営責任者（CEO）であるサイモン・シガース（Simon Segars）は、次のように述べています。「AIの形作る未来を見据えた上で、私たちは最先端のコンピューティング基盤を構築し、今後訪れるであろう類を見ない課題に備える必要があります。そして、その回答となるのがArmv9です。Armv9は、今後出荷される3,000億個のArmベースチップの中核として、汎用コンピューティングの持つ経済性、設計の自由度、入手の容易さを兼ね備えながら、広範に普及し、セキュリティにも優れ、パワフルな用途特化型プロセッシングへの需要に応えていきます」

Armベースチップの出荷個数は急増を続けており、過去5年間のデバイス出荷数は1,000億個を上回っています。現行のペースで算定すると、近い将来、エンドポイント、データネットワーク、クラウドのいずれかの環境で、世界の共有データの100%がArm上で処理されることになる見通しです。こうした高い普及状況を背景として、ArmはArmv9の数々の新機能とともに、より強化されたセキュリティや性能を提供する責務があります。AIやIoT、5Gが世界的に本格化する中、Armv9の新機能は、あらゆるアプリケーションにおいて汎用コンピューティングから用途特化型コンピューティングに移行するのを加速します。

セキュリティ：コンピューティングにおける最大の課題
世界中のデータをセキュアに保護するという、今日のテクノロジーにおける最大の課題を解決するため、Armv9のロードマップでは、Arm Confidential Compute Architecture（CCA: コンフィデンシャル・コンピュート・アーキテクチャ）が導入されます。コンフィデンシャル・コンピューティングは、ハードウェアベースのセキュアな環境で演算を実行することで、使用中の一部のコードやデータへのアクセス・変更を、たとえ特権ソフトウェアであっても阻止できます。

Arm CCAでは、セキュアワールドからもノンセキュアワールドからも分離された領域での、あらゆるプログラムが利用可能なRealms（レルム）の動的作成というコンセプトが導入されます。例えば業務アプリケーションの場合、レルムによって、使用中あるいは待機中、移動中の機密データやコードを他のシステムから保護できます。大手企業幹部を対象にPulseが実施した最近の調査(*2)によると、回答者の90%以上は、コンフィデンシャル・コンピューティングの利用によってセキュリティコストが低減し、それによってエンジニアリングによるイノベーションへの投資を劇的に増加させることができると考えています。
*2) https://www.arm.com/-/media/Files/pdf/graphics-and-multimedia/confidential-computing-pulse-survey.pdf

MicrosoftのAzure Edge/プラットフォーム部門コーポレート・バイスプレジデント兼最高技術責任者であるHenry Sanders氏は、次のように述べています。「エッジからクラウドまで、ユースケースが複雑化することに伴い、万能型のソリューションで対応することはもはや不可能です。その結果、ヘテロジニアス・コンピューティングは、ますます至るところで見られるようになり、ハードウェアおよびソフトウェア開発者の間では、さらなる相乗効果の発揮が求められています。こうしたハードウェア・ソフトウェア間の優れたシナジーの例として、Microsoftとの緊密なコラボレーションによって開発された、Armv9のコンフィデンシャル・コンピュート機能が挙げられます。Armは現在、独自のポジションを確立し、エコシステムの中心でヘテロジニアス・コンピューティングを推し進めており、数十億個のデバイスの基盤となるアーキテクチャを通じてオープンなイノベーションを育んでいます」

場所を問わないAIに求められるのは、用途特化型のスケーラブルなソリューション
AIワークロードが至るところで広範に実行される中、現在ではより多様で用途特化型のソリューションが求められています。例えば、2020年代半ばには、AI対応音声アシスタント機器の利用状況は80億個を突破し(*3)、オンデバイス・アプリケーションの90%以上には、視覚・音声などのAIベースのインターフェイスとともに、AIの要素が含まれると予想されます(*4)。
*3) 出典：Statistaリサーチ部門、2021年1月22日
https://www.statista.com/statistics/973815/worldwide-digital-voice-assistant-in-use/
*4) 出典：IDC FutureScape Outlines the Impact "Digital Supremacy" Will Have on Enterprise Transformation and the IT Industry
https://www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=prUS45613519

こうしたニーズに応えるため、Armは富士通との協業のもとScalable Vector Extension（SVE）テクノロジーを開発し、世界最速のスーパーコンピュータである「富岳」の中核を支えています。これをベースにArmv9向けに開発したSVE2(*5)により、より幅広い用途に対応する機械学習（ML）やデジタル信号処理（DSP）向けの優れた性能を実現します。
*5) https://developer.arm.com/tools-and-software/server-and-hpc/compile/arm-instruction-emulator/resources/tutorials/sve/sve-vs-sve2/introduction-to-sve2

SVE2は、画像処理やスマートホーム・アプリケーションなどCPUがローカルで実行する5Gシステム、仮想現実（VR）、拡張現実（AR）、MLワークロードの処理能力を強化するものです。今後数年間では、Mali™ GPUとEthos™ NPUで現在進行中のAI向けの技術革新に加えて、CPU内の行列乗算機能を大幅に強化することで、ArmテクノロジーのAI機能をさらに拡大していきます。

システム設計を通じてパフォーマンスを最大化
過去5年間を通じて、Arm設計のCPUのパフォーマンスは、毎年業界を上回るペースで進化してきました。Armv9世代でもこの勢いを継続させ、次の2世代のモバイルおよびインフラストラクチャCPUでは、CPU性能を30%以上向上させる予定です。

しかしながら、業界のトレンドが汎用コンピューティングからユビキタスな用途特化型プロセッシングへと向かう中、CPUパフォーマンスの年間2桁台の成長だけでは不十分です。用途特化型プロセッシングの強化を図るともに、Armでは「Total Compute」(*6)の設計手法を推進しています。これにより、ハードウェアとソフトウェアのシステムレベルの最適化を通じて全体的な演算性能が加速し、実際のユースケースにおける性能向上が実現します。
*6) https://www.arm.com/why-arm/total-compute

自動車、クライアント、インフラストラクチャ、IoT向けソリューションのIPポートフォリオ全体を通じて、Total Computeの設計原則を導入することで、Armv9のシステムレベルのテクノロジーは、ArmのIPソリューション全体から個々のIPまでを支える基盤となります。さらにArmは、周波数、帯域幅、そしてキャッシュサイズの向上とメモリレイテンシーの低減を通じて、Armv9ベースCPUのパフォーマンスを最大限に高めるために、さまざまな技術の開発に取り組んでいます。

今後10年間のコンピューティングに向けたArm独自のビジョン
Armのシニア・バイスプレジデント、チーフアーキテクト兼フェローであるリチャード・グリセンスウェイト（Richard Grisenthwaite）は、次のように述べています。「AIベースのより複雑なワークロードの需要に取り組む中、新たな市場や機会を解き放つ上での重要な要素として、よりセキュアな用途特化型プロセッシングが必要とされています。Armv9によってハードウェア・ソフトウェア間の溝が埋まることで、開発者にとっては、将来に向けた信頼できる演算プラットフォームの構築とプログラミングが可能になります。一方、標準化を活用することで、Armのパートナー各社は、市場投入期間の短縮やコスト管理と、独自ソリューションの開発能力向上を両立させることができます」

今後10年間のコンピューティングを見据えたArmのビジョンについては、こちら(*7)をご覧ください。同サイトでは、Armv9の詳細に関するオンデマンド動画を複数公開しています。
*7) https://www.arm.com/campaigns/arm-vision

パートナー各社からの賛同コメント
パートナー各社からのコメントは、次のリンク先（英文）をご参照ください。
www.arm.com/company/news/2021/03/arms-answer-to-the-future-of-ai-armv9-architecture

Armについて
Armのテクノロジーは、コンピューティングとデータによる革命の中心として、人々の暮らしや企業経営のあり方に変革を及ぼしています。そのエネルギー効率に優れたプロセッサ設計とソフトウェアプラットフォームは、1,800億個以上のチップを通じて高度なコンピューティングを実現し、センサーからスマートフォン、スーパーコンピュータまで、あらゆる製品をセキュアにサポートしています。Armは1,000社以上のパートナーとともに、チップからクラウドまで、AI駆動のコネクテッド社会の中核となるコンピューティングのあらゆる分野において、設計、セキュリティ、管理を支えるテクノロジーの最先端を担っています。

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