Arm Neoverse S3 系统 IP 为打造机密计算和多芯粒基础设施 SoC 夯实根基

“Arm Neoverse S3 是 Arm 专门为基础设施设计的第三代系统 IP，应用范围涵盖高性能计算 (HPC)、机器学习 (ML)、边缘和显示处理单元是新一代基础设施系统级芯片 (SoC) 理想的技术基础。Neoverse S3 芯粒的设计实现了 (Chiplet) 与机密计算 (Confidential Compute) 为合作伙伴提供支持等关键创新 UCIe、DDR5、CXL 3.1 和 PCIe Gen5/Gen6 等行业标准的现成功能。 ” 作者：Arm 基础设施部高级产品经理 Mohit TanejaArm Neoverse S3 是 Arm 第三代系统专门针对基础设施 IP，应用范围涵盖高性能计算 (HPC)、机器学习 (ML)、边缘和显示处理单元是新一代基础设施系统级芯片 (SoC) 理想的技术基础。Neoverse S3 芯粒的设计实现了 (Chiplet) 与机密计算 (Confidential Compute) 为合作伙伴提供支持等关键创新 UCIe、DDR5、CXL 3.1 和 PCIe Gen5/Gen6 等行业标准的现成功能。Neoverse S3 提供了一套完整的系统 IP，它可以实现高度可组合性和高度可组合性 IO 吞吐量和增强的安全特性。其主要特点包括：• 支持设备分配机密计算 Arm 扩大机密管理 (Realm Management Extension, RME) 功能，符合行业标准 DPE，保护“使用中”的数据。• 支持 PCIe Gen6、CXL 3.1、DDR5 和 HBM3 的 IO 与内存系统。• 通过基于 UCIe 的 AMBA CHI C2C 标准化的芯粒接口可与定制的芯粒开发工具包相匹配 Arm CPU 配合使用。机密计算安全的实现涉及到各种类型 IP 的 SoC 系统问题。多年来，加密技术广泛应用于数据的安全存储和传输，即保护“静态”或“传输”数据。目前，基于硬件安全性的改进侧重于保护“使用中”的内存数据。“机密计算”是一个行业术语，表示加密内存中的数据。Armv9 硬件技术用于架构 RME 来为 Arm 机密计算架构 (CCA) 提供支持。Neoverse S3 率先支持 RME，使得 Arm Neoverse V3 核心可以支持完全加密的云虚拟机。通过 PCIe 和 CXL 网卡或加速器等 IO 外部设备将引入一些潜在的安全威胁。Neoverse S3 系统 IP 只有在不影响应用性能的情况下，外部连接的设备才能访问授权内存。这是通过“设备分配”技术实现的，允许外设通过直接内存访问 (DMA) 将数据传输到加密内存中。除了安全优势外，该技术还允许连接设备绕过复杂的软件层直接共享数据，大大增强 I/O 性能。这种将高效通用计算与高性能加速器相结合的能力，是新推出的 Arm Neoverse 计算子系统 (CSS) —— Neoverse CSS V3 和 Neoverse CSS N3 的核心。CSS 产品旨在帮助 Arm 合作伙伴以前所未有的方式为市场提供定制芯片，以更低的成本更快、更高效地优化工作负荷。Microsoft Azure Cobalt 100 便是基于 Neoverse CSS 共同开发软硬件的成果。这些 CSS 基于产品展示 Arm Neoverse 解决方案的未来，和 Arm 整个相关行业和生态系统都致力于建设成本更低、再利用性更强的基础 Arm 结构的芯粒。如果没有 Neoverse S3 系统 IP 所有这些“无名英雄”奠定的基础都将无法实现。支持PCIE的行业标准和芯粒 Gen5/Gen6、CXL 3.1、UCIe 和 DDR5 等行业标准为基础设施等级 SoC 的关键。但正确实现这些标准并不容易。支持这些标准，Arm Neoverse S3 许多复杂的工作已经完成，并与请求方和物理层合作 (PHY) 等待关键的第三方 IP 进行了互操作性测试。Neoverse 它为我们的合作伙伴提供了符合这些行业标准的现成功能，使他们更加注重创造差异化、定制化的产品。先进技术的成本不断飙升，但并非所有的芯片设计都能同样扩展。换句话说，只有特定的系统组件(例如 CPU 核心)能有效利用工艺进步的成果。可以使用芯粒技术 SoC 分解到系统级封装 (SoaP) 为了更经济地利用不同的工艺节点来构建系统。SoaP 支持模块化解决方案，从而将芯粒开发的成本分摊到不同的解决方案中。但是，这种模块化设计并不能增加架构和软件设计的复杂性。Arm Neoverse 解决方案下的芯粒采用标准化接口和预定义的芯粒配置 Arm Neoverse 生态系统中的每个芯粒供应商都可以建立兼容性 Neoverse CSS 的芯粒。这些芯粒标准包括：• AMBA CHI C2C 涵盖了 SoaP 不同子系统通信的应用层和链路层协议。• Arm 芯粒系统架构 (Arm Chiplet System Architecture) 它涵盖了定义地址转换、中断处理、系统管理和安全的架构合规标准。• Arm 基础系统架构 (Arm Base System Architecture) 它涵盖了为软件提供标准支持的硬件需求。为进一步推广 AMBA CHI C2C 以及芯粒的普及，Arm 提供了基于 Neoverse S3 芯粒设计套件的设计。设计套件为 IO 加速一致性和完全一致性，或分解芯粒奠定基础。Neoverse CSS 以及定制芯片的基础 图：Arm Neoverse 系统中 Neoverse S3 设计示意图包括 CMN S3、MMU S3 和 NOC S3 Neoverse S3 系统 IP 由 Neoverse CMN S3、Neoverse MMU S3 和 Neoverse NOC S3 这三者共同构成了一个成熟可靠的强大平台，帮助合作伙伴构建它 SoC。CMN S3 建立在 CMN-700 IP 在此基础上，性能更高，数据需求更大 Neoverse 核心提供一致性支持。CMN S3 建立新的芯粒技术，支持机密计算，提高性能和可扩展性，这恰好是实现互连的关键。CMN S3 能够安全高性能地连接核心和加速器芯粒（高带宽、低延迟），开发高效、高性价比、优化工作负荷 SoC 至关重要。领先的云服务提供商使用数据处理单元 (DPU) 从主机 CPU 安全卸载、存储和网络功能。它们还将部署和开发 GPU、NPU 和 TPU，在现代云软件中加速人工智能 (AI) 和 ML 功能。与此同时，电信提供商也在 5G RAN 部署边缘基础设施包括： CPU 以及加速器的异构 SoC。内存管理单元 MMU S3 以行业标准化为基础 MMU-700 IP 在此基础上，可提供高性能、机密计算支持、芯粒和插入式卡 PCIeG6 与 CXL3.1的 IO MMU 功能。片上网络 NOC S3 是基于 NI-700 专为构建的新型非一致性互连技术 IO 构建一致性加速器芯粒可以帮助合作伙伴，比如以前基于片上的 AMBA 与设计一样，简单易行地构建高性能的分解式 SoC。Neoverse S3 是我们的第三代 Neoverse 系统 IP，同时也是 Neoverse CSS V3 和 Neoverse CSS N3 从云服务到边缘的基础可以构建 DPU 高水平基础设施 SoC 该平台不仅符合关键行业标准，而且提供了所需的基本功能，成为行业标杆。Neoverse S3 为合作伙伴实现新一代创新的定制芯片提供现成的机密计算和芯粒功能。