Arm發表全新Armv9架構，除了效能也強調資安防護

Arm於Vision Day活動中介紹了全新Armv9處理器架構，不但帶來更佳的電力效率，也滿足大眾對安全性日俱增的需求。

疫情時代的重大轉機

Arm台灣總裁曾志光在Vision Day活動開幕致詞中提到，在武漢肺炎疫情時代，電腦與AI扮演了相當重要的角色，無論是透過超級電腦、高效能運算加速研發，利用各種科技裝置協助檢疫、病例追蹤，或是在封城、隔離期間利用視訊方式遠距工作以及進行線上教學，盡可能幫助人們維持正常生活。

根據Arm的調查，過去10年間Arm架構晶片的出貨量高達1,800億顆，而未來10年的出貨量估計將成長至3,000億顆，另一方面依目前的趨勢推估，不管是在終端裝置、數據網路內，或是雲端上，全球100%的共享數據很快的都將藉由Arm的技術來處理。

有鑑於此，Arm需要推出具備更高安全性、更佳效能的Armv9架構，並推出對應的A系列應用處理器、R系列即時處理器、M系列微控制處理器，以滿足AI、物聯網與5G在全球的強勁發展。

▲ Arm台灣總裁曾志光與應用工程總監徐達勇在會議中說明許多Armv9架構的特點。

▲ Arm推出的處理器（CPU，藍色）、繪圖處理器（GPU，橘色）、神經處理器（NPU，綠色）可以在不同應用中自由搭配，發揮最佳效益。

▲ Arm預估未來全球100%的共享數據都將藉由Arm的技術來處理。。

安全、安全、安全

處理器的效能隨架構推進而提升是天經地義的事，但Armv9架構更強調的是安全性的改善，並隨著生態系統的完善以及開發經驗的累積，Arm也在標準化的規劃取得絕佳的平衡，以在軟體開發彈性與維護成本達到折衷。

為了面對當今最大的科技挑戰－亦即保護全世界的數據，Armv9 架構藍圖推出 Arm 機密運算架構（CCA）。機密運算是在硬體架構的安全環境中執行運算，以協助保護部份使用中的程式碼與數據不被存取或修改，甚至特殊權限軟體也無法如此。

Arm CCA 將導入動態設置機密領域的概念，讓所有應用程式皆能在非安全與安全世界中使用。例如，在商業應用裡，機密領域可以在系統中保護使用中、閒置與傳輸中的具商業敏感性的數據與程式碼。Pulse 近期的調查顯示，超過 90% 的企業決策者表示，若企業具備機密運算，將能降低在安全方面投入的成本，轉而大幅提高對工程創新研發的資源。

相較於先前Arm推出的TrustZone的概念為硬體、韌體、作業系統、軟體層層相互信任，並假設作業系統是安全的，來達到資安防護的效果，但如果其中有某個環節被植入惡意程式，整個信任鏈可能就被攻破。

為了面對日新月異的資安挑戰，Armv9架構推出全新的Arm機密運算架構（Confidential Compute Architecture，CCA），將每個應用程式以及虛擬機器所存取的資源，劃分到隔離的機密領域（Realm）內，並且假設其他程式都不該存取這份資源，就算具有特殊權限的軟體與作業系統都無法存取機密領域，以保護使用中的程式碼與資料不被惡意程式存取或修改。

CCA的機密領域可以依需求動態產生，並由系統進行最佳化管理，只需硬體與軟體都升級到Armv9架構就能啟用這個功能，根據Pulse 近期的調查顯示，超過90%的企業決策者表示，若企業具備機密運算，將能降低在安全方面投入的成本，轉而大幅提高對工程創新研發的資源。

另一方面，根據Arm的調查，有70%的資安風險源自記憶體攻擊，其中不乏緩衝區溢位（Buffer Overflow）與使用已釋放記憶體（Use-After-Free）等漏洞，因此保護記憶體也相當重要。

新推出的Memory Tagging Extensions技術會將分配給每個程式的記憶體位置加密，唯有具備對應金鑰的程式能夠存取該記憶體區塊，以防夾帶惡習程式或資料遭竊取，該功能將整合於Android 11與OpenSUSE等作業系統。

另一方面Arm也提到CHERI（PDF）與Morello等資安防護措施，更多細節有代日後發表。

▲ 標準化取得絕佳平衡的好處就是可以兼顧軟體開發彈性與維護成本。

▲ CCA是Armv9的一大重點，可以確保應用程式的資料不被惡意軟體或攻擊者竊取。

▲ 在CCA的應用案例中，可以看到將不同階層的程式轉移至機密領域，以確保資料不會外洩。

▲ 根據Arm的調查，有70%的資安風險源自記憶體攻擊，其中包含相當「古典」的緩衝區溢位與使用已釋放記憶體等漏洞。

▲ Memroy Tagging技術可以將記憶體位置鎖定給特定程式，讓其他程式無法存取。

▲ CHERI也是避免記憶體攻擊的防護措施。

▲ Morello能防止程式存取所有資源，避免機密資料外洩。

效能當然要繼續成長

Armv9架構包含先前世代架構的特點，並在強化安全之餘增加運算、ML（機器學習）、DSP（數位訊號處理）等效能。

除此之外，為了對應龐大的AI與ML效能需求，Arm先前與Fujitsu合作並研發可擴展的向量延伸指令集（Scalable Vector Extension，SVE），成為全球速度最快的超級電腦富岳的技術核心。Armv9在先前的基礎上開發了進階版本SVE2，以便在廣泛的應用情境中，帶來更強悍的ML與DSP效能。

另一方面Arm架構在過去5年間，每年為都帶來高於業界平均的處理器效能成長幅度，並預計於Armv9世代維持相同速率，未來2代的行動與基礎架構處理器都能有超過30%的效能提升。

▲ 歷代Arm架構轉換都帶來更強的效能與更多功能。