Arm Introduz Suporte a Instruções Customizadas para Núcleos Cortex-M, Expandindo Flexibilidade

SAN JOSE, Califórnia — Em um anúncio histórico na Arm TechCon, o CEO da Arm, Simon Segars, revelou que a empresa agora permitirá que licenciados incorporem instruções customizadas dentro de seus núcleos Cortex-M, marcando uma mudança significativa em relação à sua arquitetura de conjunto de instruções (ISA) historicamente rígida.

Após décadas mantendo uma ISA rigidamente controlada, a Arm está abrindo sua arquitetura para permitir que usuários criem instruções especializadas que aceleram cargas de trabalho de nicho.

Enquanto outras firmas de propriedade intelectual — como Tensilica (agora parte da Cadence), ARC (agora parte da Synopsys) e a legada ISA MIPS — há muito oferecem instruções definidas pelo usuário, a Arm resistiu a essa tendência para preservar um modelo de programação consistente.

Com o surgimento da ISA open-source RISC-V e sua configurabilidade, a Arm finalmente cedeu, abordando duas preocupações-chave que levaram clientes ao RISC-V: flexibilidade e custo.

Primeiro no Cortex-M, depois no Cortex-R, a Arm lançará suporte a instruções customizáveis para o Cortex-M33, a primeira peça a receber essa capacidade. Futuros núcleos Cortex-M também a suportarão.

A Arm fornecerá este recurso sem custo adicional para o Cortex-M33. Segundo o Fellow da Arm Peter Greenhalgh, a empresa planeja estender suporte a instruções customizadas para núcleos Cortex-R de tempo real — e pode eventualmente adicioná-lo a processadores de aplicação Cortex-A.

Instruções customizadas no Cortex-R podem acelerar dramaticamente aplicações de controle em tempo real incorporando operações especializadas para tarefas computacionalmente pesadas ou de movimento de dados. Se e quando a Arm trará essa capacidade para núcleos Cortex-A, usados em smartphones e servidores, permanece incerto.

O toolchain da Arm agora suporta estas instruções de usuário na ISA Armv8-M enquanto preserva os padrões de confiabilidade e verificação que o ecossistema espera. A nova capacidade também é totalmente compatível com Arm TrustZone, permitindo que o framework de segurança monitore operações customizadas.

Embora a Arm tenha entrado na arena de instruções customizadas depois de seus pares, o movimento responde a demanda antiga de clientes. Mesmo uma única instrução especializada pode entregar ganhos mensuráveis em desempenho, reduzindo ciclos de clock e consumo de energia — ainda que com trade-offs modestos de área de die e tempo de design.

Instruções customizadas serão intercaladas com opcodes padrão da Arm. Para evitar fragmentação de software e manter um ambiente de desenvolvimento coerente, a Arm recomenda que clientes as empreguem principalmente dentro de funções de biblioteca.

Casos de uso iniciais alvos pela Arm incluem controladores de armazenamento e modems. O recurso de instrução customizada estará disponível como upgrade gratuito para o Cortex-M33 em 2020.

Para núcleos Cortex-A, a Arm ainda está a vários anos de oferecer instruções customizadas, mas está desenvolvendo novas instruções e extensões de segurança para o futuro núcleo Matterhorn, sucessor do Hercules. Matterhorn deve acelerar multiplicação de matrizes — crítica para inferência de redes neurais — com melhoria projetada de 10x no desempenho de General Matrix Multiply (GEMM).

Além de ganhos de desempenho, Matterhorn introduzirá pointer-authorization, branch-target identifiers e extensões de memory-tagging, pavimentando o caminho para conformidade com Platform Security Architecture (PSA) EL2.

No início deste ano, a Arm revelou seu programa de licenciamento Flexible Access, reduzindo custos upfront. Sob o programa, clientes pagam apenas $75.000 por ano para um único chip e $200.000 para chips ilimitados, eliminando a necessidade de um acordo de licenciamento completo até que o design seja tapeado.

Esta estratégia de preços flexíveis reduz a barreira financeira para desenvolvedores e sinaliza a resposta competitiva da Arm ao RISC-V.

A Arm também está remodelando sua cultura corporativa para fomentar colaboração mais profunda. Por exemplo, a empresa abriu a governança do Mbed OS open-source para parceiros de silício — incluindo Analog Devices, Cypress, Maxim Integrated, Nuvoton, NXP, Renesas, Realtek, Samsung, Silicon Labs e u-blox — permitindo que influenciem decisões futuras de roadmap.

O IP da Arm já foi enviado em 150 bilhões de chips e a empresa projeta que esse número dobrará nos próximos dois anos, sublinhando seu papel crítico no ecossistema global de semicondutores.