ARMv9-A

2025年10月23日

ARMv9-A

英語表記: ARMv9-A

概要

ARMv9-Aは、世界中で広く採用されているARMアーキテクチャの命令セットアーキテクチャ（ISA）における、最新の主要バージョンです。これは、従来のARMv8-A（AArch64）の成功を土台とし、特にAI/機械学習（ML）、最高水準のセキュリティ、そして高性能コンピューティング（HPC）の要求を満たすために設計されました。このISAバージョンこそが、スマートフォンからデータセンター、さらにはスーパーコンピュータまで、多様なマイクロアーキテクチャの実装を可能にする、現代コンピューティングの進化を支える「設計図」そのものなのです。

詳細解説

ARMv9-Aは、私たちが現在議論している「マイクロアーキテクチャ（Intel 64, ARM, RISC-V）→ ARM アーキテクチャ → ISA バージョン」という文脈の中で、最も重要な進化の一つを示しています。ISA（命令セットアーキテクチャ）とは、ソフトウェアがハードウェア（CPUコア）に対して「何をしろ」と指示するための言語や規格のことであり、このバージョンが新しくなるということは、CPUコアの設計に革新的な機能が追加されることを意味します。

ARMv9-Aの登場は、ARMアーキテクチャがモバイル分野のリーダーから、データセンターや高性能分野の主要プレイヤーへと戦略的にシフトしていることの明確な証拠だと私は感じています。

目的と主要な進化点

ARMv9-Aの最も注目すべき目的は、「汎用コンピューティングの次なる10年」を支える基盤を提供することです。そのために、特に以下の三つの柱に重点が置かれています。

1. セキュリティの飛躍的強化：Realm Management Extension (RME)

現代のクラウドコンピューティングでは、複数のユーザーやアプリケーションが同じ物理サーバー上で動くことが一般的です。ここで最も懸念されるのが、データ処理中の機密性の保持です。

ARMv9-Aでは、「ARM Confidential Compute Architecture (CCA)」という概念が導入され、それを実現する中核技術として「Realm Management Extension (RME)」が追加されました。RMEは、従来のセキュリティ機能（TrustZoneなど）をさらに進化させ、実行中のデータやコードを、オペレーティングシステム（OS）やハイパーバイザからも完全に隔離された「Realm（レルム）」という安全な領域で処理できるようにします。

これは本当に画期的な進化です。これにより、たとえOSや仮想化ソフトウェアに脆弱性があったとしても、重要なデータが盗み見られるリスクを、マイクロアーキテクチャの根幹レベルで最小限に抑えることができます。データ保護に対する社会の要求を的確に捉えた、素晴らしい機能追加だと言えるでしょう。

2. AI/MLおよびDSP性能の最適化：SVE2とMME

AIや機械学習のワークロードは、現代のCPUにとって不可欠です。ARMv9-Aは、これらの計算を効率的に行うために、専用の命令セットを拡張しました。

まず、「Scalable Vector Extension 2 (SVE2)」の導入です。SVEは、日本のスーパーコンピュータ「富岳」で採用されたことで有名ですが、SVE2はこれをさらに汎用的なコンピューティング、特に機械学習やデジタル信号処理（DSP）向けに最適化したものです。SVE/SVE2の最大の特徴は、ベクトルレジスタの幅をCPUの実装に応じて柔軟に調整できる「スケーラビリティ」にあります。これにより、様々なサイズのAIモデルに対して、常に最大の効率で計算リソースを提供することが可能になります。

さらに、行列演算を専門とする「Matrix Multiply Instructions (MME)」も追加されました。ニューラルネットワークの処理の大部分は行列の掛け算です。MMEは、この行列演算をハードウェアレベルで極めて高速に処理するための専用命令であり、AI処理のボトルネックを解消する鍵となります。

3. 継続的な汎用性能の向上

セキュリティやAI機能の追加だけでなく、キャッシュ機構の改善やメモリ管理ユニットの効率化など、コアマイクロアーキテクチャの基本的な性能向上も継続して行われています。ISAバージョンが新しくなることで、コンパイラやOSもこれらの新しい命令を最大限に活用できるようになり、結果としてアプリケーション全体の応答性が向上するのです。

具体例・活用シーン

ARMv9-Aの進化は、私たちの日常生活から巨大なデータセンターまで、多岐にわたるシーンで恩恵をもたらしています。この進化をより深く理解するために、ARMv9-Aを「高度なセキュリティを備えた最新鋭の銀行システム」に例えてみましょう。

比喩：最新鋭の銀行システム

従来のISA（ARMv8-A）を一般的な銀行システムとします。現金（データ）を扱う際、警備員（OS）や監視カメラ（ハイパーバイザ）が目を光らせていましたが、行員（アプリケーション）が作業するカウンター自体は誰でもアクセス可能な状態でした。

ARMv9-Aのシステムは、この銀行システムに「秘密の金庫室付き作業カウンター（RME/Realm）」を導入しました。

秘密の作業カウンター（RME）: 顧客の機密性の高い情報（金融取引データなど）を扱う際、そのデータは秘密の作業カウンター内でのみ処理されます。このカウンターは、たとえ銀行の支店長（OS）であっても内部を覗き見ることができません。これにより、外部からの不正アクセスだけでなく、システム内部の管理者権限を持つソフトウェアからの情報漏洩リスクも排除されます。これは、クラウド環境での機密コンピューティングを支える上で、非常に信頼性の高い基盤となります。
高速計算マシン（SVE2/MME）: この銀行システムには、顧客の資産運用シミュレーションや膨大な市場分析を瞬時に行うための「超高速計算マシン」が組み込まれています。これがSVE2やMMEの役割です。従来の計算機では何時間もかかっていた複雑な予測モデルの実行が、この専用マシンのおかげで数秒で完了します。

活用シーンの具体例

高性能スマートフォン: スマートフォンでの写真編集や動画処理、リアルタイムでの翻訳や画像認識といったAI機能が、より高速かつ電力効率よく動作します。これは、SVE2やMMEがこれらの処理を効率的に実行してくれるからです。
自動車の自動運転: 自動運転車は、膨大なセンサーデータとAIモデルを瞬時に処理する必要があります。ARMv9-Aベースの車載チップは、高い計算能力と、RMEによるセキュリティを両立させ、安全かつ信頼性の高い判断を支えます。
クラウドデータセンター: 企業がクラウドで機密データを分析する際、ARMv9-Aサーバーチップを採用することで、データ処理中のセキュリティ（CCA/RME）が担保され、安心してAI分析（SVE2/MME）を実行できるようになります。