Armv9: 특화된 컴퓨팅의 미래

Arm, 차세대 컴퓨팅 시대를 열 'Armv9' 아키텍처 공개

Arm이 보안, 인공지능(AI), 특수 컴퓨팅 분야의 미래를 선도할 새로운 아키텍처 'Armv9'을 공개했습니다. 이는 1,000개 이상의 파트너사들과 함께 2030년대까지 안전하고 AI 기반의 컴퓨팅을 지원하는 글로벌 플랫폼을 구축하겠다는 Arm의 비전을 담고 있습니다. Armv9은 향후 3,000억 개 이상의 Arm 기반 칩 생산을 견인하며, 범용 컴퓨팅의 경제성, 설계 자유도, 접근성을 기반으로 더욱 전문화되고 안전하며 고성능의 프로세싱 수요를 충족시킬 것으로 기대됩니다.

Armv9 로드맵에는 센서부터 슈퍼컴퓨터까지 다양한 컴퓨팅 요구에 부응하는 여러 새로운 요소가 포함되어 있으며, 그중에서도 전 세계 데이터 보안 강화는 가장 중요한 과제로 꼽힙니다. Armv9은 이러한 컴퓨팅의 가장 큰 도전 과제인 보안 문제를 해결하기 위해 '기밀 컴퓨팅(Confidential Computing)' 기능을 대규모로 제공합니다.

기존에는 운영체제(OS)가 모든 권한을 가지고 시스템 내 모든 것을 보고 제어할 수 있었지만, 기밀 컴퓨팅은 OS가 실행 시점을 결정하는 동안에도 애플리케이션을 시스템의 다른 모든 요소로부터 격리된 별도의 하드웨어 보호 메모리 영역에 배치합니다. Arm Confidential Compute Architecture(CCA)는 Arm TrustZone의 기반 위에 구축되어, 예를 들어 개인 금융 정보와 스마트폰의 소셜 미디어 애플리케이션을 완전히 분리할 수 있게 합니다. Arm CCA의 새로운 보안 기능은 소셜 미디어 앱에 악성코드가 감염되더라도 기기 전체로 확산되는 것을 방지합니다. 기밀 컴퓨팅은 클라이언트 기기뿐만 아니라 데이터가 전송 중, 저장 중, 사용 중일 때도 암호화된 상태를 유지하며 하드웨어에 의해 격리되므로 보편적인 가치를 지닙니다. 클라우드 환경에서는 물리적 CPU뿐만 아니라 제3자 코드와 함께 실행되는 가상화된 프로세서도 보호할 수 있습니다. Arm의 기밀 컴퓨팅은 IoT 센서, 휴대폰, 노트북, 인터넷 및 클라우드에 이르기까지 모든 컴퓨팅 애플리케이션 계층에서 보안을 강화하는 데 기여할 것입니다.

보안과 관련하여 Arm Memory Tagging Extension(MTE)은 Armv9-A 기반 프로세서의 첫 세대에 필수적인 요소가 될 것입니다. 메모리 손상은 해커의 주요 공격 도구 중 하나로, 지난 30년간 발생한 수많은 데이터 보안 침해 사고는 컴퓨터가 메모리에서 데이터를 저장하고 불러오는 방식의 취약점을 악용한 결과였습니다. 해커가 중요한 데이터 문자열의 위치를 알면 악성 코드로 덮어쓸 수 있습니다. MTE는 개발자가 '태그'를 사용하여 데이터 문자열을 잠글 수 있도록 하여, 메모리에서 데이터를 호출하는 코드인 '포인터'가 올바른 키를 가지고 있을 때만 해당 데이터에 접근할 수 있도록 합니다. 이러한 잠금 및 키 접근 방식의 구현은 코드뿐만 아니라 처리되는 데이터의 보안을 강화하는 데 있어 중요한 진전입니다.

Armv9은 또한 Scalable Vector Extension(SVE) 기술을 업그레이드하여 v9 명령어 세트의 성능을 향상시킵니다. SVE는 이미 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 후지쯔 A64FX 칩과 영국 기상청에 있는 Isambard 2 슈퍼컴퓨터에 사용되고 있습니다. 벡터는 1차원 데이터 배열로, 1976년 최초의 상업적으로 성공한 슈퍼컴퓨터 Cray-1 이후 고성능, 에너지 효율적인 컴퓨팅의 핵심 요소였습니다. 컴퓨터가 병렬로 처리할 수 있는 벡터의 수와 벡터의 길이가 길수록 컴퓨터는 더 강력해집니다. Armv8-A에서는 표준적으로 벡터 길이가 128비트였지만, Armv9의 SVE2 업그레이드를 통해 칩 설계자는 128비트의 배수로 최대 2048비트까지 벡터 길이를 선택할 수 있습니다. 이는 엄청난 양의 병렬 컴퓨팅을 가능하게 하며, SVE가 원래 고성능 컴퓨팅(HPC) 분야를 위해 개발되었던 것과 달리 SVE2는 유전체학부터 컴퓨터 비전까지 다양한 특수 디지털 신호 처리(DSP) 및 증강/가상 현실(XR) 워크로드에 대한 SVE 지원을 확장합니다.

Armv9은 SVE2를 통해 더 강력한 AI를 배포하기 위한 새로운 접근 방식을 열어줍니다. 향후 몇 년 안에 Arm의 AI 지원 기술은 머신러닝(ML) 강화의 핵심 요소인 행렬 곱셈(Matrix Multiplication) 업그레이드를 통해 더욱 발전할 것입니다. Arm은 수년간 프로세서의 AI 능력을 강화하는 데 주력해 왔으며, 이는 다양한 특수 애플리케이션과 복잡한 사용 사례를 위한 길을 열었습니다. 이러한 사례들은 주로 Arm의 Neoverse 인프라급 프로세서의 뛰어난 ML 기능을 활용하는 클라우드 AI 및 엣지 AI 사용 사례가 될 것입니다. 하지만 가장 흥미로운 사용 사례 중 일부는 가장 작고 전력 소모가 적은 Cortex-M 프로세서를 활용하는 엔드포인트 AI에서 발견됩니다.

Cambridge Consultants는 Cortex-M55 CPU와 Arm Ethos-U55 microNPU를 사용하여 결핵(TB) 모니터링을 위한 복잡한 BacillAi 클라우드 AI 알고리즘을 Cortex-M55로 이식하는 데 성공했습니다. 이들은 기존 클라우드 배포와 유사한 실행 시간과 정확도를 달성하면서도 단 몇 와트의 전력만 소비했습니다. 또한 인도네시아에서는 Rainforest Connection의 보존 활동가들이 Arm CPU 및 GPU 기반 장치를 배포하여 중장비와 전기톱의 소리를 감지하고 있습니다. 이 탐지기는 TensorFlow Lite를 사용하여 CPU에서 로컬로 ML을 실행하므로 셀룰러 네트워크 장애에 대한 복원력이 뛰어나며, 데이터 집계를 위해 클라우드와도 연결됩니다. Armv9이 발전함에 따라 v9-M 프로파일이 제공될 예정이며, 이는 설명된 새로운 애플리케이션 시대를 열 것입니다. Arm은 또한 개발자 세계를 위해 고급 도구 지원과 모델 기반 개발 플랫폼을 제공하여 v9 기반 장치 출시와 소프트웨어 개발자의 활용 능력 사이에 지연이 없도록 준비하고 있습니다. 여기에는 2021년 초부터 개발자 플랫폼에서 SVE2를 지원하는 가상 프로토타입 출시와 GCC 및 LLVM을 위한 SVE2 컴파일러 지원의 업스트리밍이 포함됩니다. 또한 내장 함수 및 자동 벡터화를 위한 다양한 C++ 컴파일러 지원을 제공하여 워크로드를 가상 v9 기반 대상에서 신속하고 쉽게 실행할 수 있도록 지원할 것입니다.

Armv9은 Arm과 그 파트너들에게 많은 기대를 안겨주고 있습니다. 이번 발표는 고성능, 저전력 IP 로드맵의 첫걸음이며, Arm 범용 컴퓨팅의 경제성, 설계 자유도, 접근성 이점을 기반으로 한 특수 프로세싱을 통해 전 세계의 잠재력을 발휘할 것입니다. Armv9은 AI, 보안, 특수 컴퓨팅의 미래 요구에 대한 Arm의 솔루션입니다.