Arm帶來AI基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)，新一代Neoverse CSS N3和CSS V3

近年來，隨著第四次科技革命浪潮的驅(qū)動，基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域不再局限于芯片、服務(wù)器或機(jī)架，而是牽系著整個數(shù)據(jù)中心，它正在轉(zhuǎn)向更復(fù)雜的倉庫級計(jì)算。如今全球正邁入一個新的階段，即生成式人工智能（GenAI）時代，Arm認(rèn)為2024年及未來，預(yù)計(jì)將出現(xiàn)大規(guī)模的創(chuàng)新應(yīng)用。作為基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域技術(shù)變革的基石，Arm再次帶來創(chuàng)新。

2024年2月22日，Arm召開技術(shù)媒體溝通會，宣布推出兩款基于全新第三代Neoverse IP構(gòu)建的新的Arm? Neoverse?計(jì)算子系統(tǒng) (CSS)，主要包括Arm Neoverse CSS V3以及Arm Neoverse CSS N3。

打造協(xié)同設(shè)計(jì)新模式，滿足計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施需求

Arm基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)部產(chǎn)品解決方案副總裁Dermot O’Driscoll表示，從兩個將推動未來基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的重要顛覆性趨勢來看，人們希望對支持云計(jì)算關(guān)鍵工作負(fù)載的計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化，以及頭部企業(yè)正在打造定制芯片，并需要一種行之有效的方式來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。而軟件和硬件在過去分別由不同的公司負(fù)責(zé)開發(fā)，這樣老舊的模式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在客戶對性能的需求，也無法適配軟件或硬件的復(fù)雜性?？蛻粝Ｍ洳渴鸬挠布踔潦俏⒓軜?gòu)層面，都能被優(yōu)化，以便順利運(yùn)行其軟件工作負(fù)載。此類聯(lián)合優(yōu)化很難實(shí)現(xiàn)，需要軟硬件雙方做出巨大的投入才能夠完成。

在這樣的背景下，Arm的合作式IP業(yè)務(wù)模式和計(jì)算子系統(tǒng)在其中可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。據(jù)Dermot O’Driscoll表示，“通過與Arm的協(xié)作模式，合作伙伴可以在我們IP的開發(fā)過程中，在對應(yīng)IP的典型系統(tǒng)上運(yùn)行其工作負(fù)載。這種協(xié)作模式直接影響Arm架構(gòu)的發(fā)展方向，以及我們在IP產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)微架構(gòu)的方式。在交付IP之后，我們也將為合作伙伴提供貫穿整個芯片開發(fā)周期的支持。通過模擬和仿真，我們幫助他們評估由Arm提供的設(shè)計(jì)選擇，并在開發(fā)與配置的全流程中提供支持，從而縮短產(chǎn)品上市進(jìn)程?！?/p>

Dermot O’Driscoll認(rèn)為，“我們與合作伙伴通力協(xié)作為定制計(jì)算開辟了一條獨(dú)特路徑，以滿足當(dāng)今計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的需求，這種協(xié)同設(shè)計(jì)并不局限于 CPU。為了深入優(yōu)化TCO，就必須著眼于整個平臺。而只有Arm能夠在平臺級別上調(diào)優(yōu)內(nèi)存和I/O，并添加自定義工作負(fù)載加速器。”

Arm于去年推出了Neoverse CSS，有助于更快地開發(fā)芯片或小芯片。在Neoverse CSS中，Arm負(fù)責(zé)配置、優(yōu)化和驗(yàn)證一套完整的計(jì)算子系統(tǒng)，并針對基礎(chǔ)設(shè)施市場的各種關(guān)鍵用例進(jìn)行配置，使其合作伙伴能夠?qū)Ｗ⒂卺槍μ囟ㄏ到y(tǒng)級工作負(fù)載塑造差異化競爭優(yōu)勢，比如軟件調(diào)優(yōu)、定制加速等。此外，客戶還能從CSS中額外獲得選購優(yōu)勢，他們能夠加速產(chǎn)品上市時間、降低工程成本，同時還能夠善用前沿的處理器技術(shù)。

值得一提的是，以Neoverse CSS為基礎(chǔ)的Arm全面設(shè)計(jì)（Arm Total Design）生態(tài)項(xiàng)目也在去年下半年推出。Arm 基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)部營銷副總裁 Eddie Ramirez表示，Arm全面設(shè)計(jì)（Arm Total Design）生態(tài)項(xiàng)目在推出后四個月內(nèi)，已經(jīng)有20多家成員加入。其中包括新的EDA和配套IP提供商，以及來自包括韓國、中國臺灣、中國大陸和印度等戰(zhàn)略市場的芯片設(shè)計(jì)合作伙伴，這些市場存在巨大的發(fā)展?jié)摿?。Arm正在與三家主要代工廠合作，以確保其CSS產(chǎn)品能在其先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行優(yōu)化。

CSS定制芯片強(qiáng)力輔助，新一代Arm Neoverse技術(shù)功能深度優(yōu)化

Arm發(fā)布的新一代Neoverse技術(shù)包括通過性能效率更優(yōu)異的 N 系列新 IP 擴(kuò)展Arm Neoverse CSS產(chǎn)品路線圖，即Neoverse CSS N3；以及首次將計(jì)算子系統(tǒng)引入性能優(yōu)先的V系列產(chǎn)品線，即新的Neoverse CSS V3。

01.Arm Neoverse CSS N3每瓦性能提高20%

本次Arm推出了N系列新的CSS產(chǎn)品——Neoverse CSS N3，新產(chǎn)品在N2的基礎(chǔ)之上更新了許多功能。據(jù)Arm介紹，CSS N3是基于新的Neoverse N3 IP平臺打造，為新的N系列產(chǎn)品引入了Armv9.2功能，能為每個核心提供2MB的專用L2緩存，并支持最新的PCIe和CXLI/O標(biāo)準(zhǔn)以及UCIe芯粒標(biāo)準(zhǔn)。

性能方面，與CSS N2相比，CSS N3每核心的每瓦性能可提高20%，單芯片可支持8到32核。此外，CSS N3的首個實(shí)例可提供 32 核，熱設(shè)計(jì)功耗(TDP)低至40W，可擴(kuò)展性非常強(qiáng)，可覆蓋電信、網(wǎng)絡(luò)和DPU等一系列應(yīng)用。在AI 數(shù)據(jù)分析工作負(fù)載方面，通過有效的微架構(gòu)調(diào)整，N3的性能提升高達(dá) 196%。

合作方面，Arm透露，智原科技正在構(gòu)建基于芯粒的服務(wù)器芯片，該芯片將搭載64顆N系列核心，并基于英特爾代工服務(wù)的18A工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行生產(chǎn)制造。同時，ADTechnology將提供高性價(jià)比的16核CSS N系列邊緣服務(wù)器平臺，他們將與三星代工廠合作，為邊緣計(jì)算釋放更強(qiáng)大的算力。

02. Arm Neoverse CSS V3單芯片性能提高了 50%

Arm Neoverse CSS V3是Arm首次針對Neoverse V系列CPU內(nèi)核提供該IP的現(xiàn)成CSS版本。

Arm Neoverse CSS V3是基于新的Neoverse V3核心打造，是Arm目前單線程性能最高的Neoverse核心，并為Arm機(jī)密計(jì)算架構(gòu)（CCA）提供硬件支持。與N3核心一樣，V3也可提供業(yè)界領(lǐng)先的專用L2緩存大小，顯著改善性能表現(xiàn)。

從性能上看，與CSS N2產(chǎn)品相比，Arm Neoverse CSS V3單芯片性能可提高50%，在單芯片上最多可擴(kuò)展至128核，同時還支持最新的高速內(nèi)存和I/O標(biāo)準(zhǔn)。在AI 數(shù)據(jù)分析工作負(fù)載方面，相較于V2，V3的性能提升了84%。不過至于功耗方面，Arm并未提及更多內(nèi)容。

從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，Arm Neoverse CSS V3每個集群擁有64個核心，每個插槽最多有128個核心，支持PCIe Gen5、CXL 3.0甚至HBM3等現(xiàn)代功能。此外，據(jù)Arm透露，Socionext正在設(shè)計(jì)一款32核Neoverse CSS V3小芯片，將在臺積電(TSMC)生產(chǎn)。

Dermot O’Driscoll表示，新產(chǎn)品全方位地實(shí)現(xiàn)了非常良好的提升，從視頻處理到 SQL 數(shù)據(jù)庫的性能均有所躍進(jìn)。N系列在壓縮方面取得了性能優(yōu)勢，可降低云服務(wù)運(yùn)營商的成本，并最終降低云服務(wù)客戶的成本，同樣地V系列顯著提高了協(xié)議緩沖區(qū)的性能，這是在數(shù)據(jù)中心內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的一項(xiàng)關(guān)鍵功能。以下是基于Neoverse N系列和V系列打造的芯片在一些關(guān)鍵工作負(fù)載下的性能數(shù)據(jù)。

Arm指出，憑借兩款全新的Neoverse CSS產(chǎn)品CSS N3和CSS V3，Arm專注于釋放芯粒等新技術(shù)的潛力，并更大限度地優(yōu)化實(shí)際工作負(fù)載的TCO，這對于整個生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要，其中包括AI、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等。

這次的發(fā)布會中，Arm還向業(yè)界披露了其下一代CSS V系列（代號：CSS Vega）和N系列（代號：CSS Ranger）平臺的代號，其中，Dionysus將是下一個N系列核心，Adonis將是下一個V系列核心。而Lycius將是下一個Neoverse E系列核心。但Arm只是公布了下一代產(chǎn)品代號，并未介紹更多技術(shù)細(xì)節(jié)。

“隨著越來越多的AI工作負(fù)載被采用，并貫穿于整個計(jì)算流程，涵蓋從大型數(shù)據(jù)中心到網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器以及計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的方方面面。Arm Neoverse V3和N3提供了支撐這一轉(zhuǎn)型所需的計(jì)算性能和效率，而在Arm全面設(shè)計(jì)生態(tài)項(xiàng)目的支持下，我們的計(jì)算子系統(tǒng)能夠加速產(chǎn)品上市時間，并加大對創(chuàng)新的投資力度。”Arm高級副總裁兼基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)部總經(jīng)理Mohamed Awad在會上表示。

此外，基于 Arm 全面設(shè)計(jì)生態(tài)伙伴的反饋意見，Arm 近期發(fā)布芯粒系統(tǒng)架構(gòu) （Chiplet System Architecture，CSA）。CSA 旨在定義一個功能強(qiáng)大、支持通用的芯粒生態(tài)系統(tǒng)，以提高多個供應(yīng)商之間的組件（包括物理設(shè)計(jì) IP、軟 IP 等）復(fù)用率。