Arm Memperkenalkan Dukungan Instruksi Kustom untuk Core Cortex-M, Memperluas Fleksibilitas

SAN JOSE, Calif. — Dalam pengumuman landmark di Arm TechCon, CEO Arm Simon Segars mengungkapkan bahwa perusahaan kini akan mengizinkan lisensi untuk menyematkan instruksi kustom dalam inti Cortex-M, menandai pergeseran signifikan dari arsitektur instruksi (ISA) yang historisch kaku.

Setelah dekades menjaga ISA yang terkendali erat, Arm kini membuka arsitekturnya untuk memungkinkan pengguna menciptakan instruksi khusus yang mempercepat beban kerja niche.

Sementara perusahaan kekayaan intelektual lain—seperti Tensilica (sekarang bagian dari Cadence), ARC (sekarang bagian dari Synopsys), dan ISA MIPS warisan—lama menawarkan instruksi yang ditentukan pengguna, Arm telah menolak tren ini untuk mempertahankan model pemrograman yang konsisten.

Dengan munculnya ISA RISC-V yang open-source dan konfigurasinya, Akhirnya Arm telah menyerah, menanggapi dua kekhawatiran utama yang telah mendorong pelanggan menuju RISC-V: fleksibilitas dan biaya.

Pertama pada Cortex-M, lalu pada Cortex-R, Arm akan merilis dukungan instruksi yang dapat disesuaikan untuk Cortex-M33, bagian pertama yang menerima kemampuan ini. Inti Cortex-M masa depan juga akan mendukungnya.

Arm akan menyediakan fitur ini tanpa biaya tambahan untuk Cortex-M33. Menurut Arm Fellow Peter Greenhalgh, perusahaan berencana untuk memperluas dukungan instruksi kustom ke inti Cortex-R real-time—dan mungkin akhirnya menambahkannya ke prosesor aplikasi Cortex-A.

Arm Fellow Peter Greenhalgh di Arm TechCon 2019 (Gambar: Kevin Krewell)

Instruksi kustom pada Cortex-R dapat secara dramatis mempercepat aplikasi kontrol real-time dengan menyematkan operasi khusus untuk tugas komputasi berat atau perpindahan data. Apakah dan kapan Arm akan membawa kemampuan ini ke inti Cortex-A, yang digunakan di smartphone dan server, masih tidak pasti.

Toolchain Arm sekarang mendukung instruksi pengguna ini dalam ISA Armv8-M sambil mempertahankan standar keandalan dan verifikasi yang diharapkan ekosistem. Kemampuan baru ini juga sepenuhnya kompatibel dengan Arm TrustZone, yang memungkinkan kerangka keamanan untuk memantau operasi kustom.

Meskipun Arm memasuki arena instruksi kustom lebih tardi dari rekan-rekannya, langkah ini menanggapi permintaan pelanggan yang berkelanjutan. Bahkan satu instruksi khusus dapat memberikan pengukuran keuntungan performa, mengurangi siklus jam dan konsumsi daya—meskipun dengan trade-off luas die dan waktu desain yang modest.

Instruksi kustom akan diinterleave dengan opcode Arm standar. Untuk menghindari fragmentasi perangkat lunak dan mempertahankan lingkungan pengembangan yang koheren, Arm merekomendasikan pelanggan untuk menggunakan mereka terutama dalam fungsi library.

Konfigurasi ruang Instruksi Kustom Arm untuk Armv8-M (Sumber: white paper Arm)

Kasus penggunaan awal yang ditargetkan oleh Arm termasuk kontroler penyimpanan dan modem. Fitur instruksi kustom akan tersedia sebagai upgrade gratis untuk Cortex-M33 pada 2020.

Untuk inti Cortex-A, Arm masih beberapa tahun jauh dari menawarkan instruksi kustom tetapi sedang mengembangkan instruksi baru dan ekstensi keamanan untuk inti Matterhorn mendatang, pengganti Hercules. Matterhorn dijadwalkan untuk mempercepat perkalian matriks—kritikal untuk inferensi jaringan saraf—dengan perkiraan peningkatan 10× pada performa General Matrix Multiply (GEMM).

Selain penguatan performa, Matterhorn akan memperkenalkan pointer-authorization, branch-target identifiers, dan memory-tagging extensions, membuka jalan untuk kepatuhan Platform Security Architecture (PSA) EL2.

Awal tahun ini, Arm meluncurkan program lisensi Flexible Access, menurunkan biaya awal. Di bawah program ini, pelanggan membayar hanya $75.000 per tahun untuk satu chip dan $200.000 untuk chip yang tidak terbatas, menghilangkan kebutuhan akan perjanjian lisensi penuh sampai desain tape-out.

Strategi harga fleksibel ini menurunkan hambatan finansial bagi pengembang dan menandai respons kompetitif Arm terhadap RISC-V.

Arm juga sedang membentuk ulang budaya korporatnya untuk memfasilitasi kolaborasi yang lebih dalam. Misalnya, perusahaan telah membuka tata kelola open-source Mbed OS kepada partner silikon—termasuk Analog Devices, Cypress, Maxim Integrated, Nuvoton, NXP, Renesas, Realtek, Samsung, Silicon Labs, dan u-blox—memungkinkan mereka untuk mempengaruhi keputusan roadmap masa depan.

IP Arm telah terkirim pada 150 miliar chip dan perusahaan meramalkan angka itu akan melipat ganda dalam dua tahun mendatang, menekankan peran krusialnya dalam ekosistem semikonduktor global.