armv9架构什么时候出（从SoC芯片设计视角看ARM演进）

：暂无数据 2026-09-07 02:10:01 ：0

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本文目录

从SoC芯片设计视角看ARM演进
安卓13是v9架构吗
国外最新手机都用的armv9处理器吗

从SoC芯片设计视角看ARM演进

从ARM V8到ARM V9.2，ARM指令集的演进历史以及ARM最重要的Cortex-A系列处理器（CPU Core）的演进过程如下：

ARM V8/V9架构演进

ARMv8架构在2011年10月份推出，至今已经有12年的时间，目前ARM架构已经演进到了v9.2，今年6月份ARM 官方release了ARMv9.2指令集对应的移动端（手机/笔记本）CPU核，分别是超大核Cortex-X4，大核A720，以及小核A520。从V8推出到今天，ARM架构的演进过程如下：

ARMv8

发布于2010年10月，主要升级包括：ARMv8引入了全新的架构AArch64以及对应的指令集A64。A64指令集采用32bit定长指令，31个64bit通用寄存器。

相对V7，AArch64架构和A64指令集的引入一方面提升了计算性能，另一方面扩展了寻址能力，支持原生的64bit寻址。当然在实际的使用中，64bit的寻址能力存在浪费，为了减少地址管理的硬件开销，ARM定义了多种虚拟地址位宽，包括36/39/42/47/48/49/52bit。

为了兼容之前的V7架构，除了新引入的AArch64架构以及A64指令集，V8中还把V7兼容架构被定义为AArch32，对应的指令集称为A32和T32，其中T32是对V7时代的Thumb指令的简称，关于Thumb指令请参考ARM官网：ARM7TDMI Technical Reference Manual r4p1

从今天回看历史，ARMv8架构具有划时代的意义，在引入64位架构后，ARM架构具备进入高性能计算领域的基础。伴随着智能手机的快速发展，ARMv8架构不断演进，产生了多个小版本（v8.1~v8.5），每个小版本都引入了一些重要的feature，不断完善着ARM架构，随着近些年来云计算的高速发展，ARM的应用领域也从移动端延伸到服务器领域，让ARM变得无处不在（ARM is Everywhere）。

ARMv8.1

发布于2015年，v8.1架构引入的主要更新如下：

ISA的更新，包括：

引入了新的原子指令（atomic instruction），增强多核共享数据的操作性能；

引入了新的SIMD指令，即SIMD Instructions for Rounding Double Multiply Add/Substract；

引入LOR（Limited Ordering Regions）特性和新的load、store指令，这些指令基于LOR特性可以减小在大系统中维护Memory Ordering的代价；

改进了MRS，MSR指令，增加PSTATE.PAN state bit；

规定CRC32指令是v8.1必须实现的指令；

Memory Model更新，包括：

支持disable translation table中的APTable，PXNTable，UXNTable属性位；

支持硬件维护 translation table中的Access flag和 Dirty bit;

PSTATE引入了新的state bit，即PAN（Privileged Access Never）；

支持LOR（Limited Ordering Region），新引入的Load-Acquire，Store-Release指令在维护memory ordering时可以限定observer，不需要所有的observers都可见，降低维护的开销；

虚拟化更新，包括：

支持16bit-VMID，增加系统虚拟化的扩展能力；

虚拟化主机相关扩展，支持运行在Non-Secure State的Type 2 Hypervisor；

PMU（Performance Monitor Extension）更新，包括：

新增STALL_FRONTEND and STALL_BACKEND events ；

Event number位宽扩展到16 bits；

在MDCR_EL2寄存器中新增HPMD bit，用于disable PMU event counting in EL2；

ARMv8.2

发布于2017年4月，v8.2重点针对企业级市场引入了较多的特性更新，一方面改善CPU机器学习和数据处理的性能，另一方面提升大型系统的可靠性和可分析性，v8.2引入的主要更新如下：

引入对RAS（Reliability, Availability and Serviceability）和SPE（Statistical Profiling Extension）的支持；

增强了memory model，例如：对于64KB页面支持以及最大支持52bit地址位宽，更多详情请参考：Armv8-A Architecture Evolution

支持半精度浮点（half precision floating，float16），提升机器学习性能；

引入SVE（Scalable Vector Extension），提升机器学习性能；

ARMv8.3

发布于2017年7月，皆在改善安全性，完善虚拟化，增加对不同数据类型的支持，增强memory model等等，v8.3引入的主要更新如下：

引入Pointer Authentication，防范JOP（Jump-Orientated-Programming）和ROP（Return-Orientated-Programming）攻击；

引入了Nested Virtualization，让Guest Hypervisor可以透明的运行在Non-Secure EL1状态，改善用户基于租赁的云虚拟机（IaaS）运行用户虚拟机（Guest Hypervisor）的性能；

引入新的指令支持浮点复数乘累加；

引入新的指令支持双精度浮点到32bit有符号整型的转换，提升Javascript 性能；

改善memory model，提升原子操作性能；

增大表征cache sets和ways的ID的位宽，支持更大的cache；

ARMv8.4

发布于2017年底，ARM v8.4是ARM v8架构以来的重要一次更新，新引入的特性包括：

支持Secure Virtualization；

增强了Nested Virtualization；

支持small translation table；

放松对对齐的限制；

支持memory partition and monitoring（MPAM），实现共享缓存（L3、LLC）QoS管理；

额外的加解密支持；

支持generic counter scaling，通过设置scaling的倍数N，实现1个clock tick计数增加N，以降低功耗；

增加指令加速SHA运算；

ARMv8.5~v8.7

ARM官方并没有正式发布过ARMv8.5及之后的v8版本，ARM将从v8.5~8.8引入的更新合并到ARMv9。对应关系为：v8.5对应v9 v8.6对应v9.1 v8.7对应v9.2，具体参考：Armv8-x-and-Armv9-x-extensions-and-features

ARMv9

在2021年3月，ARM发布了最新一代的ARMv9架构和对应的CPU IP（X2，A715，A510），标志着ARM架构进了V9时代。实际上V9相对V8的更新并不像V8之于V7那么大，因为从V8第一个版本开始到V9正式发布的10年间ARM通过小版本演进的方式不断完善ARM架构的性能，安全，虚拟化和可靠性。不过有一点需要注意，从ARM V9开始，ARM A系列逐渐抛弃了对32位架构支持，这是一个比较显著的变化。

ARMv9架构的更新主要概括为以下几点：

改进安全性，包括：支持MTE（Memory Tagging Extension），支持CCA（Confidential Computing Architecture）并引入了realm概念；

改进机器学习性能，重点引入了SVE2（Scalable Vector Extensions）；

v9引入的具体更新包括：

支持MTE（Memory Tagging Extension），改善关键数据在内存中的存取安全性；

支持Branch Target Identification；

支持Random Number Generator指令；

支持新的CMO（Cache Maintenance Operation）指令即Cache Clean to Point of Deep Persistence；

ARMv9.1

v9.1引入的具体更新包括：

General Matrix Multiply (GEMM) instructions

Fine grained traps for virtualization

High precision Generic Timer

Data Gathering Hint

ARMv9.2

v9.2引入的具体更新包括：

Enhanced support for PCIe hot plug

Atomic 64-byte load and stores to accelerators

Wait For Instruction (WFI) and Wait For Event (WFE) with timeout

Branch-Record recording

ARM移动端CPU演进

ARM架构演进的载体是ARM几乎每年一代的Cortex-A系列CPU IP，下面列出了ARM发布过的Cortex-A系列处理器。注：ARM后续又开辟了X系列，这里一并列出。

big.LITTLE是ARM经典的核心组织架构，可以有效平衡功耗、面积、性能3个因素，曾应用于主流的手机芯片，而在2017年，ARM再一次升级了big.LITTLE架构，推出了DynamIQ架构，其差异主要在于：原先的big.LITTLE架构典型是两个cluster，每个cluster里面典型配置4个CPU核，这4个CPU核心必须运行在同一时钟源下，也就是说这4个CPU核必须工作在相同的电压和频率下。

而DynamIQ架构将每个CPU核都独立出来，可以运行在独立的电压和频率下，给芯片设计提供最大灵活度。不过实际系统设计上，考虑到芯片供电的复杂度和成本，一般不会给每个CPU核独立供电，而是根据任务等级划分成2~3个group。

每个group工作在相同的电压和频率下，例如：2big+2big+4little架构，1ultra+3big+4little架构，以及最新的高通骁龙8Gen2采用的1ultra（X3）+4big（A715）+3little（A510）的组合。下表展示了ARM的big.LITTLE以及DynamIQ big.LITTLE架构的经典CPU组合。

ARM数据中心CPU演进

得益于最近10年移动计算领域对于PPA的需求不断提升，ARM不断推出新的CPU核，同时不断演进核心的组织架构，从Cortex-A73到X4/A720，从A53到A520，从big.LITTLE到DynamIQ等等一系列的新产品，不断推动着移动计算设备性能快速增长。

移动计算的快速增长不断拓展ARM的性能边界，不断完善ARM架构，近些年，ARM携移动计算时代的累累硕果强势进军数据中心领域，希望能为数据中心提供更高能效比和更高性价比的通用算力，以此扩大ARM架构的市场占有率。

ARM从2019年开始正式发布面向数据中心的Neoverse系列CPU核，实际上Neoverse系列CPU核和移动端的CPU核是高度相似的，只是针对服务器端做了少量更新。

AMBA总线标准演进

ARM能成为移动计算领域的霸主，除了得益于ARM架构和ARM CPU核的不断演进外，另一个重要的推手就是ARM总线标准的不断演进，即AMBA总线标准。

总线标准是SoC的神经系统，所有模块之间的数据交互都需要通过总线来完成。ARM推出的AMBA总线标准充满活力，从AMBA到AMBA5已经演进到了第5代，ARM构建了ARM架构+ARM CPU核+AMBA总线为核心的ARM芯片生态系统。

所有的IP vendor以及SoC芯片设计者都以AMBA总线标准为规范，来构建自己的IP或SoC芯片，这使得AMBA总线成了最成功的总线标准。

ARM互联IP演进

如果说ARM架构落地的载体是CPU核，那么AMBA总线标准落地的载体就是ARM推出的一些列互联IP，即ARM的CoreLink Interconnect。ARM的Corelink Interconnect分为两大系列，即coherent和non-Coherent Interconnect。

Coherent Interconnect实现ARM CPU cluster之间的互联，实现cluster之间的fully-coherency，此外还可以支持IO Device和CPU cluster之间的IO Coherency；non-Coherent实现DMA/Ethernet/Multimedia/CPU等Master到DRAM以及模块配置寄存器等Slave的访问。