謎の多い「Armv9」について今分かっていることをまとめる：Arm最新動向報告（14）（1/3 ページ）

2021年3月末にArmが発表した最新命令セット「Armv9」。このArmv9について、これまでに公開された技術文書などを基に、現時点（2021年4月中旬）で判明していることをまとめた。

[大原雄介，MONOist]

　既報の通り、英Armは2021年3月30日に「Armv9」の命令セットの存在を発表した。その発表内容は先の記事にまとまっているが、これまでに公開された技術文書などを基に、現時点で判明している内容をご紹介したい。

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「Armv8」とオーバーラップする「Armv9」

　まずはArmv9全体について。そもそも、Armの命令セット自体が、今までは極端なことを言えば「新しい機能が入るたびにバージョンが上がる」（図1）という感じだったので、現行の最新命令セット「Armv8」にはサブバージョンがたくさんある。

図1　従来の命令セットの変遷。こうしてみると「Armv8」は本当にいろんな命令が加わった格好だ。ちなみにここでの議論は「Cortex-Aシリーズ」向けの話である（クリックで拡大）

　これはArmv9になっても同じように見えるが（図2）、実際は既に「Armv9.2」まで定義されていることが明らかになっており、しかもちょっと複雑な状況になっている。

図2　「Armv9」のこれらの機能が全部一度に入るかどうか、はまた別の話（クリックで拡大）

　ArmがWebサイトで公開している“Armv8.x and Armv9.x extensions and features”によれば、Armv9のサブバージョンは以下のような形での実装になるらしい（なお、アプリケーションプロセッサ向けの「Aプロファイル」について言えば、引き続き32bitのAAach32のサポートもArmv9世代では行われるとしていた）。

• Armv9.0＝Armv8.5＋CCA（Confidential Compute Architecture）＋SVE（Scalable Vector Extension）2
• Armv9.1＝Armv8.6＋CCA＋SVE2
• Armv9.2＝Armv8.7＋CCA＋SVE2＋Branch-Record recording

　それぞれの命令セットの違いを、Armv8のサブバージョンと併せてもう少し分かりやすく書くと以下のようになる。

• v8.0-A：Armv8世代のベース。AArch64（64bitのサポート）追加
• v8.1-A：Atomics命令／VHE（Virtualization Host Extensions）を追加
• v8.2-A：半精度（FP16）のサポート、Stat Profiling、RAS（Reliability、Availability、Serviceability）機能、SVEを追加
• v8.3-A：ネストされた仮想化（Nested Virtualization）、RCpc（Release Consistent processor consistent）、ポインタ認証（Pointer Authentification）の追加
• v8.4-A：Crypto命令の強化とSHA512／SHA3対応命令の追加、Secure EL2、MPAM（Memory Partitioning and Monitoring）の追加
• v8.5-A／v9.0-A：RNG（乱数発生命令）、BTI（Branch Target Identifier）、メモリタギング（Memory Tagging）の追加
• v8.6-A／v9.1-A：MatMul命令の実装、bfloat16サポート、仮想化強化、ポインタ認証強化（Enhanced PAC2およびFPAC実装）、高精度タイマ搭載
• v8.7-A／v9.2-A：PCIe Hot plugのサポート、Atomic 64Bytes load/storeのサポート、WFI（Wait for Instruction）／WFE（Wait For Event）（どちらもTimeout付）のサポート、Branch-Record recordingのサポート（v9.2-Aのみ）

　これらとは別に、v9.0-A〜v9.2-AはCCAとSVE2のサポートが追加されている「らしい」。らしい、というのはこれらがv9.0-Aから実装されているのか、それとも将来のバージョン（v9.3-A以降？）で実装されるか、は現時点で明示されていないからだ。先に挙げた“Armv8.x and Armv9.x extensions and features”に、この2つがないあたりはちょっと怪しい感じである。

　ちなみに、先の速報記事で出てきたメモリタギング拡張機能（図3）は、正確に言えばv8.5-A／v9.0-Aで追加された機能であり、必ずしもArmv9だけの機能ではない。実はこれは以前から発表されていた機能でもあり、その意味ではあまり新しいわけではないのだが。

図3　メモリタギング拡張機能の概要（クリックで拡大）