Arm 基礎設施事業部高級產品經理 Mohit Taneja
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Arm Neoverse S3 是 Arm 專門面向基礎設施的第三代系統 IP，應用范圍涵蓋高性能計算 (HPC)、機器學習 (ML)、邊緣和顯示處理單元，是新一代基礎設施系統級芯片 (SoC) 的理想技術根基。Neoverse S3 設計實現了芯粒 (Chiplet) 與機密計算 (Confidential Compute) 等關鍵創新，為合作伙伴提供了支持 UCIe、DDR5、CXL 3.1 和 PCIe Gen5/Gen6 等行業標準的現成功能。Neoverse S3 提供了一整套系統 IP，能夠實現高度可組合性、更高的 IO 吞吐量和增強的安全特性。其主要特性包括：
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支持設備分配機密計算的 Arm 機密領域管理擴展 (Realm Management Extension, RME) 功能，并且符合行業標準 DPE，進行“使用中”的數據保護。

支持 PCIe Gen6、CXL 3.1、DDR5 和 HBM3 的 IO 與內存系統。

通過基于 UCIe 的 AMBA CHI C2C 的標準化芯粒接口，搭配定制的芯粒開發工具包，可與 Arm CPU 配合使用。

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實現機密計算
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安全性是涉及各類 IP 的 SoC 系統級問題。多年來，加密技術廣泛應用于數據的安全存儲和傳輸，也就是用來保護“靜態”或“傳輸中”的數據。目前基于硬件的安全性改進著重于保護“使用中”的內存數據。“機密計算”是一個表示加密內存中數據的行業術語。Armv9 架構使用硬件技術 RME 來為 Arm 機密計算架構 (CCA) 提供支持。Neoverse S3 率先支持 RME，使得 Arm Neoverse V3 核心能夠支持完全加密的云虛擬機。
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通過 PCIe 和 CXL 掛載的網卡或加速器等 IO 外設設備會引入一些潛在的安全威脅。Neoverse S3 系統 IP 可確保外部連接的設備在不影響應用的性能的同時，僅能訪問授權的內存。這是通過“設備分配”技術而實現的，該技術允許外設通過直接內存訪問 (DMA) 將數據傳輸到加密內存中。除了安全優勢之外，該技術還讓連接設備可以繞過龐雜的軟件層直接共享數據，大大增強 I/O 性能。
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這種將高效通用計算與高性能加速器結合起來的能力，是新推出的 Arm Neoverse 計算子系統 (CSS) —— Neoverse CSS V3 和 Neoverse CSS N3 的核心。CSS 產品旨在幫助 Arm 合作伙伴通過前所未有的方式，以更低的成本，更迅速、高效地向市場提供針對工作負載優化的定制芯片。Microsoft Azure Cobalt 100 便是基于 Neoverse CSS 的軟硬件共同開發的成果。這些 CSS 產品展示了基于 Arm Neoverse 解決方案的未來，與 Arm 相關的整個行業和生態系統正致力于打造成本更低、復用性更強的基于 Arm 架構的芯粒。如果沒有 Neoverse S3 系統 IP 這個“無名英雄”打下的基礎，這一切都將無法實現。
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為行業標準和芯粒提供支持
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PCIe Gen5/Gen6、CXL 3.1、UCIe 和 DDR5 等行業標準是基礎設施級 SoC 的關鍵。但正確實現這些標準并非易事。為支持這些標準，Arm Neoverse S3 完成了許多復雜的工作，并與請求方和物理層 (PHY) 等關鍵第三方 IP 進行了互操作性測試。Neoverse 為我們的合作伙伴提供了符合這些行業標準的現成功能，使其能夠更專注于打造差異化、定制化的產品。
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先進工藝的成本不斷飆升，但并不是所有的芯片設計都能一樣地進行擴展。換言之，只有特定的系統組件（例如 CPU 核心）可以有效地利用工藝進步的成果。芯粒技術能夠將 SoC 分解到系統級封裝 (SoaP) 中，以便更經濟地采用不同工藝節點來構建系統。SoaP 支持以模塊化方式打造解決方案，從而將芯粒開發的成本分攤到不同解決方案中。
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不過，這種模塊化設計不能增加架構和軟件設計的復雜性。Arm Neoverse 解決方案下的芯粒采用標準化接口并帶有預定義芯粒配置，這樣 Arm Neoverse 生態系統中的每個芯粒供應商都能夠構建兼容 Neoverse CSS 的芯粒。這些芯粒標準包括：
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AMBA CHI C2C 涵蓋了 SoaP 不同子系統通信的應用層和鏈路層協議。

Arm 芯粒系統架構 (Arm Chiplet System Architecture) 涵蓋了定義地址轉換、中斷處理、系統管理和安全的架構合規性標準。

Arm 基礎系統架構 (Arm Base System Architecture) 涵蓋了對軟件提供標準支持的硬件需求。

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為了進一步推廣 AMBA CHI C2C 和芯粒的普及，Arm 提供了基于 Neoverse S3 設計的芯粒設計套件。該設計套件為 IO 一致性和完全一致性加速，或分解式芯粒奠定了基礎。
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Neoverse CSS 和定制芯片的基礎
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圖：Arm Neoverse 系統中 Neoverse S3 設計示意圖，其中包括 CMN S3、MMU S3 和 NOC S3

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Neoverse S3 系統 IP 由 Neoverse CMN S3、Neoverse MMU S3 和 Neoverse NOC S3 所組成，這三者共同構成了一個成熟可靠的強大平臺，幫助合作伙伴構建其 SoC。
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CMN S3 建立在 CMN-700 IP 基礎之上，為性能更高、數據需求量更大的 Neoverse 核心提供一致性的支持。CMN S3 專為全新的芯粒技術而構建，支持機密計算，同時提高了性能和可擴展性，而這恰巧是實現互連的關鍵所在。
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CMN S3 能夠安全且高性能（高帶寬、低延遲）地連接核心和加速器芯粒，這對于開發高能效、高性價并針對工作負載優化的 SoC 至關重要。領先的云服務提供商都利用數據處理單元 (DPU) 從主機 CPU 卸載安全、存儲和網絡功能。它們還會部署和開發 GPU、NPU 和 TPU，以加速現代云軟件中的人工智能 (AI) 和 ML 功能。與此同時，電信提供商也在 5G RAN 和邊緣基礎設施中部署包括 CPU 和加速器的異構 SoC。
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內存管理單元 MMU S3 建立在行業標準化的 MMU-700 IP 基礎之上，可為片上、芯粒和插入式卡提供高性能，機密計算支持，并支持 PCIeG6 與 CXL3.1的 IO MMU 功能。
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片上網絡 NOC S3 是基于 NI-700 構建的新型非一致性互連技術，專為 IO 一致性加速器芯粒而打造，能夠幫助合作伙伴如之前基于片上 AMBA 的設計一樣，輕松簡便地構建高性能的分解式 SoC。
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Neoverse S3 是我們的第三代 Neoverse 系統 IP，同時也是 Neoverse CSS V3 和 Neoverse CSS N3 的基礎，可以為構建從云服務到邊緣 DPU 的高水平基礎設施 SoC 提供所需的基本功能，該平臺不僅符合關鍵的行業標準，并且成為了行業標桿。Neoverse S3 將提供現成的機密計算和芯粒功能，助力合作伙伴實現新一代創新的定制芯片。
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