arm多重計(jì)算架構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)建未來人工智能需求

　　計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展重新構(gòu)建了我們的生活，由計(jì)算產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)被收集、存儲和處理，然后又被分析和探究，這些龐大數(shù)據(jù)也因此引領(lǐng)了一個(gè)人工智能的世界。展望未來，Arm將從尖端技術(shù)，開放生態(tài)，產(chǎn)業(yè)資本三個(gè)方面加大戰(zhàn)略部署和投資力度，協(xié)同兩百多個(gè)國內(nèi)合作伙伴打造了涵蓋幾乎所有電子信息產(chǎn)品的開放式創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。那么最近arm在計(jì)算架構(gòu)上有哪些創(chuàng)新和舉措，來開拓更智能的生活體驗(yàn)?

　　人工智能時(shí)代，PSA平臺用“芯”守護(hù)安全

　　未來是人工智能的時(shí)代，據(jù)調(diào)查顯示，50%的人認(rèn)為無人駕駛更安全，47%的人更傾向于AI醫(yī)生，那么安全則是重中之重，為此，arm近期推出了首個(gè)行業(yè)通用框架——平臺安全架構(gòu)PSA，打造安全的互聯(lián)設(shè)備，用“芯”守護(hù)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)安全。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至目前為止arm生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴已經(jīng)出貨超過1,000億顆基于arm的芯片，預(yù)期從現(xiàn)在到2021年將出貨另外1,000億顆基于arm的芯片。這也意味著arm和arm生態(tài)系統(tǒng)所肩負(fù)的重任，共同確保日益多樣化的互聯(lián)設(shè)備能夠基于通用的安全基礎(chǔ)。arm認(rèn)為從端到云的整個(gè)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈，安全都不應(yīng)該是事后彌補(bǔ)措施。

　　雖然如此，越來越多接入互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備在追求安全性的同時(shí)，希望仍能保留使它們極富創(chuàng)新精神且獨(dú)一無二的多樣性。對此arm推出首個(gè)行業(yè)通用框架——平臺安全架構(gòu)(PSA，Platform Security Architecture)，用以打造安全的互聯(lián)設(shè)備。該舉措旨在為萬物互聯(lián)奠定可信基礎(chǔ)，從而加速實(shí)現(xiàn)“2035年全球一萬億設(shè)備互聯(lián)”的宏偉愿景。實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)愿景，不僅需要人們具備更多保護(hù)設(shè)備安全方面的知識，還需要人們信任科技行業(yè)正在竭盡所能地保護(hù)數(shù)據(jù)。這并非易事，因?yàn)檫@需要與黑客不斷較量，而他們正無休止地尋找漏洞，并將其作為切入點(diǎn)侵入我們的生活。

　　PSA可提供具有代表性的物聯(lián)網(wǎng)威脅模型和安全分析;基于關(guān)鍵安全原則的硬件和固件架構(gòu)規(guī)范，為設(shè)計(jì)端點(diǎn)設(shè)備定義了最佳實(shí)踐方法;Trusted Firmware-M，符合固件規(guī)范的開源參考。目前中國業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)已經(jīng)支持PSA。arm正積極行動讓其合作伙伴們能夠全面地進(jìn)行PSA架構(gòu)測試，希望能在2018年第一季度正式推出規(guī)格及軟件的公開版本前使其更加完善。arm及其生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴以及整個(gè)產(chǎn)業(yè)都要加快腳步，所有產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中的各個(gè)環(huán)節(jié)都需要遵循指導(dǎo)準(zhǔn)則，安全不再是可有可無的選項(xiàng)。

　　邊緣計(jì)算漸熱，Mbed Edge實(shí)現(xiàn)邊緣側(cè)網(wǎng)關(guān)管理

　　在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，我們看到商務(wù)樓宇、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和互聯(lián)廠址、智能家居等應(yīng)用有很大的發(fā)展機(jī)遇。與此對應(yīng)的，邊緣計(jì)算逐漸走入人們視野。邊緣計(jì)算是管理云計(jì)算系統(tǒng)的更新方式，數(shù)據(jù)處理在更接近于數(shù)據(jù)源的網(wǎng)絡(luò)“邊緣”完成。使用本地處理器和存儲作為應(yīng)用的主要計(jì)算設(shè)備，減少了從中央遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心來回傳遞所有信息的時(shí)間。隨著計(jì)算越來越復(fù)雜并且需要處理更多數(shù)據(jù)，使用本地計(jì)算能力可以幫助降低延遲。例如，人工智能程序中，算法可以在一秒內(nèi)作出數(shù)百個(gè)決策。在工業(yè)生產(chǎn)中，多個(gè)處理器同時(shí)接收輸入并協(xié)調(diào)響應(yīng)。在AR系統(tǒng)中，程序?qū)崟r(shí)合成高清圖形和地理空間數(shù)據(jù)。

　　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)獲得本地計(jì)算資源有兩大好處。首先，它使得網(wǎng)關(guān)無需接收云端的指令就可以驅(qū)動簡單的應(yīng)用程序。例如一條監(jiān)控生產(chǎn)線上壓力水平的簡單規(guī)則，如果氣壓達(dá)到某個(gè)閾值，它可以切斷整條生產(chǎn)線，無論云端是否可用，這條規(guī)則都應(yīng)該處于工作狀態(tài)。其次，在很多情況下，原始數(shù)據(jù)流如果運(yùn)行正常，就不必都通過云端，而可以在邊緣被處理，尤其是當(dāng)通過按流量計(jì)費(fèi)的網(wǎng)絡(luò) (比如蜂窩網(wǎng)絡(luò)) 連接到云端時(shí)。

　　為此，arm將Mbed Cloud的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理功能擴(kuò)展，支持配置 Mbed Edge的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的接入、控制和管理。Mbed Edge具備三大重要功能：支持非IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，邊緣計(jì)算和網(wǎng)關(guān)管理。

　　協(xié)議轉(zhuǎn)換：許多傳統(tǒng)連網(wǎng)設(shè)備使用的通信協(xié)議與IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不兼容，比如 Modbus和BACnet，Mbed Edge可以轉(zhuǎn)換這些協(xié)議，使得這些設(shè)備與基于IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)備一樣由Mbed Cloud管理起來。

　　網(wǎng)關(guān)管理：Mbed Edge的一系列新特性可以提升物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的持續(xù)服務(wù)能力，最大程度縮短代價(jià)高昂的停機(jī)時(shí)間。關(guān)鍵性能包括預(yù)警通知，流程、資源和接口管理，還有詳細(xì)本地診斷能力。

　　邊緣計(jì)算：Mbed Edge將提供本地應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境以及相關(guān)的計(jì)算資源，從而在網(wǎng)關(guān)上即可進(jìn)行規(guī)則運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。如此，即使本地網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)斷開連接，本地業(yè)務(wù)仍然可以持續(xù)進(jìn)行，降低對生產(chǎn)力的影響。

　　關(guān)于今后的規(guī)劃，arm表示Mbed Edge主要計(jì)劃實(shí)現(xiàn)兩塊能力發(fā)展，一個(gè)就是涉及設(shè)備，另一個(gè)是涉及云端，尤其針對身份識別，訪問路徑管理，以及其他相關(guān)能力，arm將再添一個(gè)管理層到設(shè)備之上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的網(wǎng)關(guān)管理和通信。

　　四大顛覆性技術(shù)推動顯示技術(shù)的創(chuàng)新

　　隨著智能手機(jī)上日常所播放的內(nèi)容日益復(fù)雜，因此能在室內(nèi)和戶外的各種環(huán)境下瀏覽手機(jī)內(nèi)容成為我們所面臨的挑戰(zhàn)。從虛擬現(xiàn)實(shí)游戲到 HDR 視頻回放，高品質(zhì)的內(nèi)容呈現(xiàn)對于實(shí)現(xiàn)出色的用戶體驗(yàn)而言至關(guān)重要。畢竟移動顯示技術(shù)所帶來的絕妙視覺體驗(yàn)是新設(shè)備的一大重要賣點(diǎn)。Arm觀察到幾項(xiàng)顛覆性趨勢正推動顯示技術(shù)的創(chuàng)新:

　　VR頭戴式設(shè)備必須讓屏幕靠近雙眼，因此為了確保觀看影像的質(zhì)量，必須在相同面積的屏幕中呈現(xiàn)更多像素。此外，為了降低整體延遲以及在LCD VR面板上達(dá)到更低的殘影，就需要每秒高達(dá)120幀率的高幀率。相較于非VR應(yīng)用，VR應(yīng)用對于像素的要求可說是前所未見的倍數(shù)成長，這就促使設(shè)計(jì)復(fù)雜度和系統(tǒng)帶寬的顯著增加。這對移動設(shè)備的能效和單位面積成本提出了重大挑戰(zhàn)。

　　高動態(tài)范圍 (High Dynamic Range) 對于提高影像保真度來說是關(guān)鍵步驟，HDR能夠賦予影像更為飽滿的色彩以及亮度等功能，從而更貼近使用者的真實(shí)體驗(yàn)。由于顯示終端的面板功能不盡相同，若想要同時(shí)在HDR以及SDR顯示屏幕上都能瀏覽HDR內(nèi)容將會對顯示子系統(tǒng)造成挑戰(zhàn)。

　　多重窗口模式 ，之前僅能在桌面計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，它允許多個(gè)執(zhí)行任務(wù)能在屏幕上同時(shí)呈現(xiàn)。窗口大小的調(diào)整與設(shè)定，取決于應(yīng)用程序與系統(tǒng)控制所定義的限制。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面來說，啟動多重窗口功能非常重要，高級顯示解決方案中所具備的增強(qiáng)Android 窗口迭加功能(Android Window Composition)允許用戶在其移動設(shè)備上執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，并實(shí)現(xiàn)與臺式機(jī)一般無二的效率體驗(yàn)。

　　種類多樣的面板與接口的類型，需要顯示技術(shù)持續(xù)成長以獲得支持，特別是當(dāng)日益復(fù)雜的內(nèi)容越來越多，同時(shí)必須在應(yīng)用處理器及面板的顯示驅(qū)動互連間達(dá)到功能優(yōu)化。從HDR到SDR，如果媒體要能夠呈現(xiàn)我們所期待的飽滿色彩以及清晰影像，顯示流水線必須依照面板效能將內(nèi)容正確輸出，并聰明地避免無謂的帶寬浪費(fèi)。

　　上述這些趨勢不僅增加了吞吐量的需求，更對整體系統(tǒng)效能形成嚴(yán)苛的考驗(yàn)，也為采取整合策略的arm顯示解決方案創(chuàng)造了市場機(jī)會。

　VR設(shè)備興起4K需求，全新顯示IP帶來用戶體驗(yàn)新境界

　　在上述四大趨勢推動下，有鑒于VR帶動市場對高端移動設(shè)備屏幕的需求逐漸上升，4K以上分辨率以及更高的幀率，衍生出不少系統(tǒng)效能方面的難題。市場對優(yōu)質(zhì)移動顯示的需求日漸增長。然而，4K以上分辨率以及更高的幀率也衍生出不少系統(tǒng)效能方面的挑戰(zhàn)，因此業(yè)界急需一款優(yōu)化的顯示處理器。

　　為此arm推出全新顯示解決方案，其中包含Mali-D71顯示處理器、CoreLink MMU-600和Assertive Display 5。新顯示解決方案以arm IP為開發(fā)基礎(chǔ)，提升設(shè)備效能，并采用智能解決方案應(yīng)對所有來自顯示技術(shù)的挑戰(zhàn)。arm計(jì)算產(chǎn)品事業(yè)群營銷總監(jiān)Ian Hutchinson表示，“arm在顯示技術(shù)領(lǐng)域有著豐富的發(fā)展歷史。2013年，arm通過并購成立了現(xiàn)在的顯示IP產(chǎn)品線，隨后，第一代顯示處理器IP接踵而至。2016年，我們發(fā)布了Mali-DP650并完成了Apical的并購，將Assertive Display納入產(chǎn)品陣營。為了應(yīng)對顯示技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí), 高動態(tài)范圍, 多窗口模式以及眾多面板與接口上所帶來的挑戰(zhàn)1，我們推出了全新架構(gòu)——Komeda以應(yīng)對這些趨勢。Komeda為我們?nèi)?、真正的集成顯示解決方案奠定了基礎(chǔ)，該解決方案包含了Mali-D71顯示處理器、CoreLink MMU-600 和 Assertive Display 5。”

　　據(jù)介紹，Mali-D71的優(yōu)勢包括：

　　降低30%的系統(tǒng)功耗： Mali-D71使用固定功能的硬件組件實(shí)現(xiàn)迭加、旋轉(zhuǎn)、高質(zhì)量縮放、以及其他圖像處理功能，降低GPU的工作負(fù)荷。這些操作會在流水線的最后階段進(jìn)行，也就是在傳送最后輸出訊號到屏幕，這意味著GPU完全不需要參與這些運(yùn)作。

　　2倍的面積利用效率：相同面積情況下，Mali-D71比前一代Mali-DP650擁有更出色的表現(xiàn)。在只驅(qū)動一個(gè)顯示屏的時(shí)候，Mali-D71可以重復(fù)使用第二個(gè)顯示核心的資源，從而處理更多圖層，實(shí)現(xiàn)性能翻倍。

　　4倍的延遲容忍度： 相較于前一代的Mali-DP650，Mali-D71能在處理相同資料吞吐量的情況下，容許系統(tǒng)總線上4倍的延遲，這要?dú)w功于對內(nèi)存子系統(tǒng)的大幅優(yōu)化。這對于呈現(xiàn)4K分辨率、輸出幀率多達(dá)120 fps的高性能的顯示處理來說十分重要。顯示處理器必須優(yōu)化它使用系統(tǒng)總線的時(shí)間，當(dāng)沒有顯示的時(shí)候，以毫秒方式預(yù)取像素，這樣在緩沖區(qū)才能一直保有足夠的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)更高的延遲容忍度。

　　2倍的像素吞吐量：在全新的并行模式(side-by-side)下運(yùn)行時(shí)，Mali-D71能夠在非常低的功率范圍內(nèi)，達(dá)到前所未有的2倍像素吞吐量，并呈現(xiàn)極致的VR 4K120高分辨率。

　　此外，CoreLink MMU-600可幫助實(shí)現(xiàn)安全, 高效的數(shù)據(jù)流，Assertive Display 5則可以在任何光線條件下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量HDR觀看體驗(yàn) 。這三個(gè)產(chǎn)品共同助力arm合作伙伴與OEM廠商開發(fā)創(chuàng)新解決方案，順應(yīng)現(xiàn)今顯示技術(shù)的顛覆式發(fā)展。得益于arm顯示解決方案，顯示IP現(xiàn)在能為設(shè)備制造商提供真正的競爭優(yōu)勢，不僅能改善用戶經(jīng)驗(yàn)，還能降低功耗并延長電池續(xù)航力。