趨勢
【Arm 專欄】2021 年 Arm 生態系十大產品與趨勢
以下總結一些在 2021 年來自 Arm 合作夥伴挑戰數位技術極限的產品與趨勢，從發現森林大火到協助你更清楚地瞭解宇宙，這些趨勢值得一看。
儘管 2021 年新冠疫情對世界帶來了翻天覆地的變化，Arm 生態系仍持續創新，並向市場推廣出色的新產品與應用，由於種類繁多，無法一一條列，以下為我們總結一些在 2021 年來自 Arm 合作夥伴挑戰數位技術極限的產品與趨勢，從發現森林大火到協助你更清楚地瞭解宇宙，這些傑出的產品與趨勢值得一看。
1. Cortex-X 獨領風騷
圖片來源: 聯發科技
Arm Cortex-X 處理器於 2020 年發布，為次世代智慧裝置帶來極致效能。在 2021 年 1 月，第一款基於 Cortex-X1 架構的系統單晶片 (SoC) Samsung Exynos 2100，與 Galaxy S21 手機一起亮相。這個 SoC 的三叢集八核心架構，是採用 Arm Cortex-X1 CPU、Arm Cortex-A78 CPU 以及 Arm Mali-G78 GPU（繪圖處理器）。
2021 年十月，Google 發表其自行研發的 Tensor SoC 驅動的 Pixel 6 智慧手機，這款 SoC 包含 2 顆 Arm Cortex-X1 CPU、2顆Cortex-A76 CPU、4 顆Cortex-A55 CPU，以及一顆 20 核的 Arm Mali-G78 GPU。
為什麼要用兩顆 Cortex-X1？根據 Google 的說法，以中等速度讓兩顆高效能核心運行以對應要求嚴苛的工作負載，例如串流式現場表演或一些其它的動態事件，可以節省功耗。
一個月後，聯發科技發表 Dimensity 9000，這是首顆基於 Armv9 架構的晶片。Dimensity 9000 包含一顆 3GHz 時脈的 Cortex-X2、三顆 Cortex-A710、4 顆Cortex-A510 以及一顆 10 核心的 Mali-G710。
2. DPU (資料處理器) 的興起
資料處理器 (DPU) 是資料中心的營運長，為處理佔應用處理器三成或更多運算週期的行政管理任務而構建，例如深度封包檢查。AWS Nitro 這類的 DPU 及 DPU 架構的系統，在 2010 年代後期開始被部署，它們比智慧網卡 (SmartNIC) 更通用，也比 CPU 或 FPGA 更適合這些任務，由於新設計與更廣泛的採用，2021 年它們迅速成長。
在 2021 年揭曉基於 Arm 技術架構的專案包括：Mt. Evans，這是一款由 Intel 與 Google 共同開發，包含 16 個 Arm Neoverse 核心的 DPU；NVIDIA Bluefield 2 處理器，以及即將推出的 Bluefield-3 處理器；邁威爾科技 (Marvell) 的 OCTEON 10；以及由 Pensando Systems 推出，目前已獲惠普 (HPE) 採用的 Elba。威睿(VMWare)、Palo Alto Systems、戴爾 (Dell) 與其它公司，同樣也開發出了利用 DPU 的產品。
在此同時，Arm Neoverse 持續在應用處理器領域擴展：Ampere (128 核心的 Altra Max)、AWS (Graviton3) 與阿里巴巴 (基於Armv9 架構的倚天 710) 持續發布或推出晶片。
3. 樹莓派 (Raspberry Pi) 客製化
如何能跟進啟動物聯網產業並出貨 3,700 萬套系統？答案是設計你自己的晶片。基於 Cortex-M 架構的 RP2040 是樹莓派基金會首顆設計的客製晶片，2020 年一月在 Arm Blueprint 撰文的樹莓派營運長兼硬體總監 James Adams 表示，該公司「抓住以 Arm Flexible Access 計畫設計自研客製晶片的機會」。
RP2040 晶片已經被內建於各種開發板上，對於希望能親自探索 Arm 最小型處理器設計 Cortex-M0 的威力有多強大的人來說，是一個很好的切入點，它甚至有人工智慧 (AI) 的能力，對於低於 5 美元的產品來說還算不錯。
4. 另類實境逐漸接近現實
Leia 售價 649 美元的 Lume Pad，是 2021 年初消費電子展 (CES) 吸睛的產品之一。Lume Pad 是一台基於 Arm 架構運行 Qualcomm Snapdragon 845 的安卓平板電腦，它毋需眼鏡協助就能提供 3D 影像，是第一款利用光場 (lightfield) 技術的消費性產品，光場相機可以擷取有關光強度、方向與光源的資訊；一般的相機則只能擷取強度資訊 (Lytro 公司早在 2006 年就向全球推廣這個概念，但該公司售價 1,600 美元的相機在當時還為時過早)。
5. 電網具備更高的能見度
一般來說，公用事業公司以老式的方式來瞭解現場發生的問題：當他們接獲害怕或不滿的客戶投訴電話時。
RAM-1是一款由 Edge Impulse 公司、研究機構 IRNAS 與設備製造商 Izoelektro 共同開發的智慧電網感測器，試著帶來改變。RAM-1 透過來 Nordic Semiconductor 推出的 Cortex-M 處理器，可監控電源線的電壓與其它參數，以便早期檢測出火災或其它問題，倘若 RAM-1 的 AI 演算法發現異常情況，它會把事件轉送至雲端進行進一步分類，和/或把警告轉發給緊急處理人員與控制室。
這套系統也可以用來優化電力的配送並降低損耗，利用 Arm 的技術達成其它的智慧電網創新實例，包括 Span 的智慧板、Enphase 推出的 Swift 處理器，以及 Awesense 的微電網平台。
6. 可撓式晶片
微處理器 50 年前問市，其後對我們生活的所有層面帶來了深遠的影響。Arm 的研究團隊 2021 年在科學期刊《自然》(Nature) 上發表一篇論文，探討主題為 PlasticArm。PlasticArm 是一種在可撓式基板上使用薄膜電晶體 (TFT) 構建的成熟處理器。TFT 與可撓式基板在過去都曾被展示過，但未曾在處理器上一起展示過。
PlasticArm 以 29kHz 時脈運行，但僅消耗 21mW 功耗，目前仍處於實驗階段，但它已經展現有朝一日廉價、可曲折的處理器如何能被整合至數兆個日常生活裝置上。想像食品上能更新保鮮期限的智慧標籤可以減少食物浪費，或是應用在管路上可以精準標示出漏水位置的廉價震動感測器。
可撓式處理器並不會取代矽晶片，相反地，兩者會相得益彰。
7. 智慧裝置更智慧的方法
消費者真地想要智慧冰箱嗎？
倘若它們可以協助拯救地球，答案可能是肯定的。Arçelik 利用 Arm 的技術開發出一種可以添加至目前冰箱的硬體與軟體堆疊的強化學習模型，目標是要看冰箱是否可以根據家庭的習慣調整其週期。結果如何？最多可節省 10% 的電力消耗，如果在全歐洲部署，節省的電力相當於九座小型燃煤發電廠的發電量。
Arçelik Global 資深設計工程師 Özgür Özkan 在 Arm Blueprint 發表的部落格表示：「如果可以利用 AI 來優化冰箱的效能，我們在其它許多的場景也會看到巨大的潛力，從家裡具備 AI 功能的冰箱，到大型工業冷卻設施。」
8. 更多樣化的筆電
Arm 架構最初是為 PC 設計，但透過手機、消費性裝置與嵌入式系統，獲得各界廣泛的使用。近年來，受惠於效能、電池續航力與軟體的穩定提升，Arm 架構的筆電已重返市場，出貨量與設計多樣性都在成長。
HP Elite 就是一個很好的例子，它擁有出色的電池續航力、5G 連網功能、對開的素皮革包覆及與眾不同的翻轉設計（你可以把螢幕往前拉，或者把它平放在鍵盤上）。它由 Qualcomm Snapdragon 8cx Gen 2 5G 晶片組驅動，結合兩個強大的 Arm Cortex-A76 與四個節能的 Cortex-A55 核心。
Arm 的 Saurabh Pradhan 在 Arm Community 的一篇部落格中，深度討論 Cortex-X 系列產品對筆電與桌上型電腦帶來的影響。
9. 軟體定義汽車的建構模塊
汽車製造商正在導入電動動力傳動系統 (electric powertrain)、自動化與全新沉浸式的車用體驗，為了讓這些成真，他們正轉向一種全新、集中式的運算架構。有些評論員認為，車輛正逐漸變成「車輪上的資料中心」。
凌華科技與 Arm 推出的 AVA 開發平台是此一轉型的下一步，這些平台結合了 Ampere Computing 的 Neoverse 處理器與其它技術，使汽車製造商得以在 Arm 平台上完全不受限地探索所有未來汽車的工作負載。它們非常適合開發以「嵌入式邊緣裝置使用的可擴充開放架構」（SOAFEE）為基礎的軟體，SOAFEE 是 2021 年稍早發表的一種車用軟體架構，2021 年秋天開始接受預訂，預計隨後上市。
10. 軟體定義相機
如同駕駛，攝影也正經歷重大的技術改造，利用邊緣 AI 技術分析人流與其它參數的智慧攝影機，目前正在開發中。Brodmann 17 公司日前在汽車市場首度推出一個電腦視覺平台，可以進行更佳的行人、盲點偵測與其它應用。在此同時，Steer 公司推出一個使用電腦視覺的模組，讓車輛能自行停車（Brodmann 17 與 Steer 的裝置內都可以見到 Arm Cortex-A53 處理器）。
另一方面，法國的 Vaonis 公司則推出 Vespera 相機，它可以拍攝數百張長時間曝光的星系與星雲照片，然後利用 Vaonis 的軟體、Sony 的成像器與 Arm Cortex-A76 處理器，把它們編織起來創造出一幅精確、逼真的合成影像。
機密運算
在上述各項趨勢中，可以發現許多牽涉敏感的資料處理，如手機及車輛的資料處理，或是在雲端分享如個資、金融或醫療資料等具高度敏感性的資訊，都可能產生風險，因為資料在進行處理前必須先解密，在處理前、處理中與處理後的短暫片刻，當資料暫時處於未加密狀態下，駭客可能藉由執行記憶體傾印、破解超級使用者 (root user) 或實行其它惡意行為，來進行破壞。
「機密運算」是雲端服務中相對比較新穎的功能，可以把這種風險降至最低。應用程式碼與使用中的用戶資料，會隔離在稱為信任執行環境 (TEE) 的硬體架構區域中，TEE會讓外面的世界看不到且不知道這些程式碼與資料，包括作業系統與虛擬機器管理器等電腦堆疊資源，也都無法存取 TEE 中的資料，且雲端供應商或其員工也看不到。如此可以帶來更安全的雲端作業，更易於遵循嚴格的隱私法規，並提供一個方式可以把更廣泛的各種活動移到混合雲、公有雲與多重雲端的環境。
每年防治網路犯罪的商機達 60 億美元，技術人員仍在努力地提升裝置和系統的安全。在一場由 Google、Linaro、Enarx、微軟與 Arm 參與的小組討論中，專家們針對機密運算的現狀與方向提出了明確的解答，包括 Arm 機密運算是什麼？ 在提升資料安全與個人隱私上機密運算將扮演什麼角色？
責任編輯：Mia
核稿編輯：Chris
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