Tänapäeval on kaks kõige populaarsemat protsessori arhitektuuri. See on x86, mis töötati välja juba 80ndatel ja mida kasutatakse personaalarvutites ja ARM-is - kaasaegsem, mis võimaldab muuta protsessorid väiksemaks ja ökonoomsemaks. Seda kasutatakse enamikes mobiilseadmetes või tahvelarvutites.
Mõlemal arhitektuuril on oma plussid ja miinused, samuti kasutusvaldkonnad, kuid on ka ühiseid jooni. Paljud eksperdid ütlevad, et ARM on tulevik, kuid sellel on siiski mõned puudused, mida x86-l pole. Meie tänases artiklis vaatleme, kuidas käe arhitektuur erineb x86-st. Mõelge ARM-i või x86 põhilistele erinevustele ja proovige ka kindlaks teha, kumb on parem.
Protsessor on iga arvutusseadme põhikomponent, olgu see siis nutitelefon või arvuti. Selle jõudlus määrab, kui kiiresti seade töötab ja kui palju see akuga töötab. Lihtsamalt öeldes on protsessori arhitektuur käskude kogum, mida saab kasutada programmeerimisel ja realiseerida riistvara tasemel, kasutades protsessori transistoride teatud kombinatsioone. Just need võimaldavad programmidel riistvaraga suhelda ja määrata, kuidas andmeid mällu üle kanda ja mälust lugeda.
Praegu on kahte tüüpi arhitektuure: CISC (Complex Instruction Set Computing) ja RISC (Reduced Instruction Set Computing). Esimene eeldab, et protsessoris rakendatakse juhiseid kõikideks puhkudeks, teine, RISC, seab arendajatele ülesandeks luua protsessor koos tööks minimaalselt vajalike käskude komplektiga. RISC-juhised on väiksemad ja lihtsamad.
x86 arhitektuur
Protsessori x86 arhitektuur töötati välja 1978. aastal ja ilmus esmakordselt Inteli protsessorites ning kuulub CISC tüüpi. Selle nimi on võetud esimese sellise arhitektuuriga protsessori mudeli järgi – Intel 8086. Aja jooksul hakkasid parema alternatiivi puudumisel seda arhitektuuri toetama ka teised protsessoritootjad, näiteks AMD. See on nüüd lauaarvutite, sülearvutite, netbookide, serverite ja muude sarnaste seadmete standard. Kuid mõnikord kasutatakse tahvelarvutites ka x86 protsessoreid, see on üsna tavaline praktika.
Esimesel Intel 8086 protsessoril oli bitisügavus 16 bitti, siis 2000. aastal ilmus 32-bitise arhitektuuriga protsessor ja veelgi hiljem ilmus 64-bitine arhitektuur. Arutasime üksikasjalikult eraldi artiklis. Selle aja jooksul on arhitektuur palju arenenud, lisatud on uusi käsukomplekte ja laiendusi, mis võivad protsessori jõudlust tunduvalt tõsta.
x86-l on mitmeid olulisi puudusi. Esiteks on see meeskondade keerukus, nende segadus, mis tekkis pikast arenguloost. Teiseks tarbivad sellised protsessorid liiga palju energiat ja toodavad seetõttu palju soojust. Algselt valisid x86 insenerid maksimaalse jõudluse saavutamise tee ja kiirus nõuab ressursse. Enne arm x86 erinevuste vaatamist räägime ARM-i arhitektuurist.
ARM arhitektuur
Seda arhitektuuri tutvustati x86 jaoks veidi hiljem – 1985. aastal. Selle töötas välja Suurbritannias tuntud firma Acorn, siis kandis see arhitektuur nime Arcon Risk Machine ja kuulus RISC tüüpi, kuid siis ilmus selle täiustatud versioon Advanced RISC Machine, mis nüüdseks on tuntud kui ARM.
Seda arhitektuuri arendades võtsid insenerid eesmärgiks kõrvaldada kõik x86 puudused ning luua täiesti uus ja tõhusaim arhitektuur. ARM-kiibid said minimaalse energiatarbimise ja madal hind, kuid neil oli x86-ga võrreldes madal jõudlus, nii et need ei saavutanud algselt personaalarvutites erilist populaarsust.
Erinevalt x86-st püüdsid arendajad algselt saada minimaalseid ressursse, neil on vähem protsessori juhiseid, vähem transistore, kuid vastavalt ka vähem lisafunktsioonid. Kuid viimastel aastatel on ARM-protsessorite jõudlus paranenud. Arvestades seda ja madalat energiatarbimist, on neid väga laialdaselt kasutatud mobiilseadmetes, näiteks tahvelarvutites ja nutitelefonides.
Erinevused ARM-i ja x86 vahel
Ja nüüd, kui oleme vaadanud nende arhitektuuride arengulugu ja nende põhimõttelisi erinevusi, võrdleme üksikasjalikult ARM-i ja x86-sid vastavalt nende erinevatele omadustele, et teha kindlaks, milline on parem ja täpsemalt mõista nende erinevust. on.
Tootmine
x86 vs käe tootmine on erinev. x86 protsessoreid toodavad ainult kaks ettevõtet, Intel ja AMD. Algselt oli see üks ettevõte, kuid see on täiesti erinev lugu. Ainult neil ettevõtetel on õigus selliseid protsessoreid vabastada, mis tähendab, et ainult nemad juhivad infrastruktuuri arendamise suunda.
ARM töötab väga erinevalt. ARM-i arendav ettevõte ei anna midagi välja. Nad annavad lihtsalt loa sellise arhitektuuriga protsessorite arendamiseks ja juba saavad tootjad teha mida iganes, näiteks vabastada konkreetsed kiibid vajalike moodulitega.
Juhiste arv
Need on peamised erinevused arm ja x86 arhitektuuri vahel. x86 protsessorid on kiiresti arenenud võimsamaks ja produktiivsemaks. Arendajad on lisanud suure hulga protsessori juhiseid ja siin pole mitte ainult põhikomplekt, vaid palju käske, millest võiks loobuda. Algselt tehti seda selleks, et vähendada kettal olevate programmide poolt hõivatud mälumahtu. Samuti on välja töötatud palju kaitse- ja virtualiseerimisvõimalusi, optimeerimisi ja palju muud. Kõik see nõuab täiendavaid transistore ja energiat.
ARM on lihtsam. Protsessori juhiseid on siin palju vähem, ainult neid, mida operatsioonisüsteem vajab ja mida tegelikult kasutatakse. Kui võrrelda x86, siis ainult 30% kõigist võimalikud juhised. Neid on lihtsam õppida, kui otsustate programme käsitsi kirjutada, ja nende rakendamiseks on vaja vähem transistore.
Energiatarve
Eelmisest lõigust selgub veel üks järeldus. Mida rohkem transistore plaadil, seda suurem on selle pindala ja voolutarve ning vastupidi.
x86 protsessorid tarbivad palju rohkem energiat kui ARM. Kuid energiatarbimist mõjutab ka transistori enda suurus. Näiteks Inteli i7 protsessor tarbib 47 vatti ja iga nutitelefonide ARM-protsessor mitte rohkem kui 3 vatti. Varem toodeti tahvleid ühe elemendi suurusega 80 nm, siis Intel vähendas selle 22 nm-ni ja sel aastal suutsid teadlased luua 1 nanomeetrise elemendi suurusega tahvli. See vähendab oluliselt energiatarbimist jõudlust ohverdamata.
Viimastel aastatel on x86 protsessorite energiatarve kõvasti vähenenud, näiteks suudavad uued Intel Haswelli protsessorid aku pealt kauem vastu pidada. Nüüd kustutatakse järk-järgult erinevuse käsi vs x86.
Soojuse hajumine
Transistoride arv mõjutab teist parameetrit - see on soojuse tootmine. Kaasaegsed seadmed ei suuda kogu energiat tõhusaks tegevuseks muuta, osa sellest hajub soojusena. Plaatide efektiivsus on sama, mis tähendab, et mida vähem transistore ja mida väiksem on nende suurus, seda vähem soojust protsessor tekitab. Enam pole küsimust, kas ARM või x86 toodab vähem soojust.
Protsessori jõudlus
ARM ei ole loodud maksimaalse jõudluse saavutamiseks, see on koht, kus x86 õitseb. See on osaliselt tingitud väiksemast transistoride arvust. Aga sisse Hiljuti ARM-protsessorite jõudlus kasvab ja neid saab juba täielikult kasutada sülearvutites või serverites.
järeldused
Selles artiklis vaatlesime, kuidas ARM erineb x86-st. Erinevused on üsna tõsised. Kuid viimasel ajal on piir mõlema arhitektuuri vahel hägune. ARM-protsessorid muutuvad tootlikumaks ja kiiremaks ning x86 hakkab plaadi konstruktsioonielemendi suuruse vähenemise tõttu vähem energiat tarbima ja vähem soojust tootma. Juba praegu leiab serveritest ja sülearvutitest ARM-protsessoreid ning tahvelarvutitest ja nutitelefonidest x86-protsessoreid.
Ja kuidas suhtute nendesse x86-sse ja ARM-i? Mis tehnoloogia on teie arvates tulevik? Kirjuta kommentaaridesse! Muideks, .
ARM-i arhitektuuri arengut käsitleva video lõpus:
ARM-i arhitektuurist on kuulnud kõik, kes tunnevad huvi mobiilsete tehnoloogiate vastu. Samal ajal on see enamiku inimeste jaoks seotud tahvelarvutite või nutitelefonide protsessoritega. Teised parandavad neid, täpsustades, et see pole kivi ise, vaid ainult selle arhitektuur. Kuid praktiliselt kedagi neist kindlasti ei huvitanud, kus ja millal see tehnoloogia tekkis.
Samal ajal on see tehnoloogia laialt levinud arvukate kaasaegsete vidinate seas, mida iga aastaga üha enam lisandub. Lisaks on ARM-protsessoreid arendanud ettevõtte arenguteel üks huvitav juhtum, mida pole patt mainida, võib-olla saab sellest kellelegi õppetund tulevikuks.
ARM-arhitektuur mannekeenidele
Lühendi ARM all peidab end IT-tehnoloogiate vallas üsna edukas Briti ettevõte ARM Limited. See tähistab Advanced RISC Machines ja on üks maailma suurimaid arendajaid ja litsentsiandjaid 32-bitise RISC protsessori arhitektuuri jaoks, mis toidab enamikke kaasaskantavaid seadmeid.
Kuid mis on iseloomulik, ettevõte ise ei tegele mikroprotsessorite tootmisega, vaid ainult arendab ja litsentsib oma tehnoloogiat teistele osapooltele. Eelkõige ostavad mikrokontrollerite ARM-arhitektuuri järgmised tootjad:
- Atmel.
- Tsirrusloogika.
- Intel.
- Apple.
- nVidia.
- HiSilicon.
- Marvell.
- Samsung.
- Qualcomm.
- Sony Ericsson.
- Texas Instruments.
- Broadcom.
Mõned neist on tuntud laiale digitaalsete vidinate tarbijate vaatajaskonnale. Briti korporatsiooni ARM kinnituste kohaselt on nende tehnoloogia abil toodetud mikroprotsessoreid kokku üle 2,5 miljardi. Liikuvaid kive on mitu seeriat:
- ARM7 - taktsagedus 60-72 MHz, mis on asjakohane soodsate mobiiltelefonide jaoks.
- ARM9/ ARM9E - sagedus on juba kõrgem, umbes 200 MHz. Sellised mikroprotsessorid on varustatud funktsionaalsemate nutitelefonide ja taskuarvutitega (PDA).
Cortex ja ARM11 on juba arenenumad mikroprotsessorite perekonnad kui varasemad ARM-i mikrokontrollerite arhitektuurid, mille taktsagedus on kuni 1 GHz ja täiustatud digitaalse signaalitöötluse võimalused.
Marvelli populaarsed xScale mikroprotsessorid (kuni 2007. aasta suve keskpaigani oli projekt Inteli käsutuses) on tegelikult ARM9 arhitektuuri laiendatud versioon, mida täiendab Wireless MMX käsukomplekt. See lahendus Intel keskendus multimeediumirakenduste toetamisele.
ARM-tehnoloogia viitab 32-bitisele mikroprotsessori arhitektuurile, mis sisaldab vähendatud käsukomplekti, mida nimetatakse RISC-ks. Arvutuste kohaselt on ARM protsessorite kasutus 82% toodetud RISC protsessorite koguarvust, mis viitab 32-bitiste süsteemide puhul üsna laiale levialale.
Paljud elektroonikaseadmed on varustatud ARM-protsessori arhitektuuriga ning need pole mitte ainult pihuarvutid ja mobiiltelefonid, vaid ka kaasaskantavad mängukonsoolid, kalkulaatorid, arvuti välisseadmed, võrguseadmed ja palju muud.
Väike reis minevikku tagasi
Käime mõne aasta taguse kujuteldava ajamasinaga ja proovime aru saada, kuidas see kõik alguse sai. Etteruttavalt võib öelda, et ARM on oma valdkonnas pigem monopol. Ja seda kinnitab tõsiasi, et valdav enamus nutitelefone ja muid elektroonilisi digiseadmeid töötab selle arhitektuuri järgi loodud mikroprotsessorite kontrolli all.
1980. aastal asutati Acorn Computers, mis asus personaalarvuteid looma. Seetõttu tutvustati ARM-i varem kui Acorn RISC masinaid.
Aasta hiljem esitleti tarbijatele BBC Micro PC koduversiooni kõige esimese ARM-protsessori arhitektuuriga. See oli edukas, kuid kiip ei tulnud graafikaülesannetega toime ning ka muud võimalused Motorola 68000 ja National Semiconductor 32016 protsessorite ees ei sobinud selleks.
Seejärel mõtles ettevõtte juhtkond oma mikroprotsessori loomisele. Insenerid olid huvitatud uuest protsessori arhitektuurist, mille leiutasid kohaliku ülikooli lõpetajad. See kasutas lihtsalt vähendatud juhiste komplekti ehk RISC-i. Ja pärast esimese arvuti ilmumist, mida juhtis Acorn Risc Machine protsessor, tuli edu üsna kiiresti - 1990. aastal sõlmiti Briti kaubamärgi ja Apple'i vahel leping. See tähistas uue kiibistiku arendamise algust, mis omakorda viis kogu arendusmeeskonna moodustamiseni, mida nimetatakse Advanced RISC Machines ehk ARM-iks.
Alates 1998. aastast muutis ettevõte oma nime ARM Limitediks. Ja nüüd ei tegele spetsialistid ARM-i arhitektuuri tootmise ja rakendamisega. Mida see andis? See ei mõjutanud kuidagi ettevõtte arengut, kuigi ettevõtte peamine ja ainuke suund oli tehnoloogiate arendamine, samuti litsentside müük kolmandatele ettevõtetele, et nad saaksid kasutada protsessori arhitektuuri. Samal ajal omandavad mõned ettevõtted õigused valmis tuumadele, teised varustavad protsessoreid ostetud litsentsi alusel oma tuumadega.
Mõnedel andmetel on ettevõtte kasum igalt selliselt lahenduselt 0,067 $. Kuid see teave on keskmine ja aegunud. Kiibikomplektide tuumade arv kasvab igal aastal ja sellest tulenevalt ületab kaasaegsete protsessorite maksumus vanu proove.
Kasutusala
Just mobiilseadmete arendamine tõi ARM Limitedile tohutu populaarsuse. Ja kui tootmine nutitelefonid ja muud kaasaskantavad elektroonilised seadmed sai laialt levinud, energiasäästlikud protsessorid leidsid kohe rakenduse. Huvitav, kas käearhitektuuril on linux?
ARM-i arendamise haripunkt langeb 2007. aastasse, mil uuendati partnerlussuhteid Apple'i kaubamärgiga. Pärast seda esitati tarbijakohtule esimene ARM-protsessoril põhinev iPhone. Sellest ajast alates on selline protsessori arhitektuur muutunud peaaegu kõigi toodetud nutitelefonide muutumatuks komponendiks, mida võib leida ainult kaasaegsel mobiiliturul.
Võib öelda, et peaaegu iga kaasaegne elektroonikaseade, mis vajab protsessoriga juhtimist, on kuidagi varustatud ARM-kiipidega. Ja tõsiasi, et selline protsessori arhitektuur toetab paljusid operatsioonisüsteeme, olgu selleks Linux, Android, iOS ja Windows, on vaieldamatu eelis. Nende hulgas on Windowsi sisseehitatud CE 6.0 Core, see toetab ka käe arhitektuuri. See platvorm on mõeldud pihuarvutite, mobiiltelefonide ja manussüsteemide jaoks.
x86 ja ARM-i eristavad omadused
Paljud kasutajad, kes on ARM-ist ja x86-st palju kuulnud, ajavad need kaks arhitektuuri veidi segamini. Ja ometi on neil teatud erinevused. Arhitektuure on kahte peamist tüüpi:
- CISC (Complex Instruction Set Computing).
- Arvutustehnika).
CISC sisaldab x86 protsessoreid (Intel või AMD), RISC, nagu juba aru saate, on ARM-i perekond. X86 arhitektuuril ja käel on oma fännid. Tänu ARM-i spetsialistide jõupingutustele, kes rõhutasid energiatõhusust ja lihtsa juhendikomplekti kasutamist, said protsessorid sellest palju kasu - mobiiliturg hakkas kiiresti arenema ja paljud nutitelefonid võrdusid peaaegu arvutite võimalustega.
Intel on omakorda alati olnud kuulus suure jõudlusega ja ribalaiusega protsessorite väljalaskmise poolest lauaarvutite, sülearvutite, serverite ja isegi superarvutite jaoks.
Need kaks perekonda võitsid kasutajate südamed omal moel. Aga mis on nende erinevus? Eristavaid tunnuseid või isegi tunnuseid on mitmeid, analüüsime neist kõige olulisemat.
Töötlemisvõimsus
Alustame selle parameetriga ARM-i ja x86 arhitektuuri erinevuste analüüsi. RISC-i professorite omadus on kasutada võimalikult vähe juhiseid. Pealegi peaksid need olema võimalikult lihtsad, mis annab neile eeliseid mitte ainult inseneridele, vaid ka tarkvaraarendajatele.
Filosoofia on siin lihtne - kui juhis on lihtne, pole soovitud vooluringi jaoks vaja liiga palju transistore. Selle tulemusena vabaneb millegi jaoks lisaruum või kiipide suurus väheneb. Sel põhjusel hakkasid ARM-i mikroprotsessorid kombineerima välisseadmeid, näiteks graafikaprotsessoreid. Näitena võib tuua Raspberry Pi arvuti, millel on minimaalne arv komponente.
Kuid juhiste lihtsus maksab. Teatud ülesannete täitmiseks peate täiendavad juhised, mis tavaliselt toob kaasa mälukulu ja ülesannete täitmiseks kuluva aja suurenemise.
Erinevalt protsessori arm-arhitektuurist suudavad CISC-kiipide juhised, mis on Inteli lahendused, täita keerulisi ülesandeid väga paindlikult. Teisisõnu, RISC-põhised masinad sooritavad toiminguid registrite vahel ja tavaliselt nõutakse, et programm laadiks enne toimingu sooritamist muutujad registrisse. CISC-protsessorid on võimelised toiminguid sooritama mitmel viisil:
- registrite vahel;
- registri ja mälukoha vahel;
- mälurakkude vahel.
Kuid see on ainult osa eristavad tunnused Liigume edasi muude funktsioonide juurde.
Energiatarve
Sõltuvalt seadme tüübist võib energiatarbimisel olla erinev tähtsus. Süsteemi puhul, mis on ühendatud püsiva toiteallikaga (vooluvõrku), pole energiatarbimisel lihtsalt piiranguid. Mobiiltelefonid ja muud elektroonilised vidinad sõltuvad aga täielikult toitehaldusest.
Teine erinevus käe ja x86 arhitektuuri vahel on see, et esimese energiatarve on alla 5 vatti, sealhulgas paljud seotud paketid: GPU-d, välisseadmed, mälu. Selle väikese võimsuse põhjuseks on vähem transistorid ja suhteliselt madalad kiirused (võrreldes lauaarvuti protsessoritega). Samal ajal on see jõudlusele mõju avaldanud – keerukate toimingute sooritamine võtab kauem aega.
Inteli tuumad eristuvad nende keeruka struktuuri poolest ja seetõttu on nende energiatarve oluliselt suurem. Näiteks suure jõudlusega Intel I-7 protsessor tarbib umbes 130 W energiat, mobiiliversioonid- 6-30 W.
Tarkvara
Selle parameetri võrdlust on üsna raske teha, kuna mõlemad kaubamärgid on oma ringkondades väga populaarsed. Arm-arhitektuuri protsessoritel põhinevad seadmed töötavad suurepäraselt mobiilsete operatsioonisüsteemidega (Android jne).
Inteli protsessoreid kasutavad masinad on võimelised töötama sellistel platvormidel nagu Windows ja Linux. Lisaks on mõlemad mikroprotsessorite perekonnad sõbralikud Java keeles kirjutatud rakendustega.
Arhitektuuride erinevusi analüüsides võib üheselt öelda üht – ARM protsessorid juhivad peamiselt mobiilsete seadmete voolutarbimist. Töölaualahenduste ülesanne on eelkõige tagada kõrge jõudlus.
Uued saavutused
ARM on oma intelligentse poliitikaga mobiilituru täielikult üle võtnud. Kuid tulevikus ei kavatse ta sellega peatuda. Mitte nii kaua aega tagasi tutvustati tuumade uut arendust: Cortex-A53 ja Cortex-A57, milles viidi läbi üks oluline värskendus - 64-bitise andmetöötluse tugi.
A53 tuum on otsene järglane ARM Cortex-A8-le, mille jõudlus ei olnud kuigi kõrge, kuid energiatarve oli minimaalsel tasemel. Ekspertide sõnul on arhitektuuri arhitektuur vähendanud energiatarbimist 4 korda ja jõudluse poolest ei jää see Cortex-A9 tuumale alla. Ja seda hoolimata asjaolust, et A53 südamiku pindala on 40% väiksem kui A9-l.
A57 tuum asendab Cortex-A9 ja Cortex-A15. Samal ajal väidavad ARM-i insenerid fenomenaalset jõudluse kasvu – kolm korda kõrgemat kui A15 tuuma oma. Teisisõnu, A57 mikroprotsessor on 6 korda kiirem kui Cortex-A9 ja selle energiatõhusus on 5 korda parem kui A15.
Kokkuvõtteks võib öelda, et ajukooreseeria, nimelt arenenum a53, erineb oma eelkäijatest kõrgema jõudluse poolest sama kõrge energiatõhususe taustal. Isegi enamikus nutitelefonides leiduvad Cortex-A7 protsessorid ei suuda konkureerida!
Kuid veelgi väärtuslikum on see, et käekoore a53 arhitektuur väldib mälupuudusega seotud probleeme. Lisaks tühjendab seade akut aeglasemalt. Tänu uudsusele jäävad need probleemid nüüd kaugesse minevikku.
Graafilised lahendused
Lisaks protsessorite arendamisele tegeleb ARM Mali seeria graafikakiirendite juurutamisega. Ja kõige esimene neist on Mali 55. LG Renoiri telefon oli selle kiirendiga varustatud. Ja jah, see on kõige levinum mobiiltelefon. Ainult selles ei vastutanud GPU mängude eest, vaid renderdas ainult liidest, sest tänapäevaste standardite järgi on graafikaprotsessoril primitiivsed võimalused.
Kuid edusammud lendavad vääramatult edasi ja seetõttu on ARM-il ajaga kaasas käimiseks ka täiustatud mudelid, mis on asjakohased keskklassi nutitelefonide jaoks. Me räägime tavalisest GPU-st Mali-400 MP ja Mali-450 MP. Kuigi neil on madal jõudlus ja piiratud hulk API-sid, ei takista see nende kasutamist tänapäevastes mobiilimudelites. Markantne näide on telefon Zopo ZP998, milles kaheksatuumaline MTK6592 kiip on ühendatud Mali-450 MP4 graafikakiirendiga.
Konkurentsivõime
Praegu ei ole ARM-ile veel keegi vastu ja seda eelkõige tänu sellele, et omal ajal tehti õige otsus. Kuid kunagi ammu, oma teekonna alguses, töötas arendusmeeskond personaalarvutite protsessorite loomisega ja üritas isegi konkureerida sellise hiiglasega nagu Intel. Kuid ka pärast tegevussuuna muutmist oli ettevõttel raske.
Ja kui maailmakuulus arvutibränd Microsoft Inteliga lepingu sõlmis, polnud teistel tootjatel lihtsalt võimalust – Windowsi operatsioonisüsteem keeldus ARM-protsessoritega töötamast. Kuidas te ei saa vastu panna gcam-emulaatorite kasutamisele käe arhitektuuri jaoks?! Mis puutub Inteli, siis ARM Limitedi edulainet jälgides püüdsid nad ka luua protsessorit, mis vääriks konkurentsi. Selleks tehti laiemale avalikkusele kättesaadavaks Intel Atomi kiip. Kuid see võttis palju kauem aega kui ARM Limited. Ja kiip läks tootmisse alles 2011. aastal, kuid väärtuslik aeg oli juba kadunud.
Põhimõtteliselt on Intel Atom x86 arhitektuuriga CISC-protsessor. Spetsialistidel õnnestus saavutada väiksem voolutarve kui ARM-lahendustes. Sellegipoolest on kogu tarkvara, mis mobiilplatvormidele välja tuleb, x86 arhitektuuriga halvasti kohandatud.
Lõpuks tunnistas ettevõte selle otsuse täielikku laialdast levikut ja loobus seejärel mobiilseadmete protsessorite tootmisest. Ainus suurem Intel Atomi kiipide tootja on ASUS. Samas pole need protsessorid unustusehõlma vajunud, neid varustati massiliselt netbookide, nettopside ja muude kaasaskantavate seadmetega.
Siiski on võimalus, et olukord muutub ja armastatud Windowsi operatsioonisüsteem hakkab toetama ARM-i mikroprotsessoreid. Lisaks astutakse samme selles suunas, äkki ilmub mobiililahendustele mõeldud ARM-i arhitektuuril midagi sellist nagu gcam emulaatorid?! Kes teab, eks aeg näitab ja paneb kõik oma kohale.
ARM-i arenguloos on üks huvitav hetk (artikli alguses peeti silmas just teda). Kunagi oli ARM Limitedi keskmes Apple ja tõenäoliselt oleks kogu ARM-tehnoloogia kuulunud sellele. Saatus määras aga teisiti – 1998. aastal oli Apple kriisis ja juhtkond oli sunnitud oma osaluse maha müüma. See on praegu samaväärne teiste tootjatega ja jääb oma iPhone'ide ja iPadide jaoks tehnoloogia hankimiseks ettevõttelt ARM Limited. Kes oleks võinud teada, kuidas asjad võivad kujuneda?!
Kaasaegsed ARM-protsessorid on võimelised tegema keerukamaid toiminguid. Ja lähitulevikus on ettevõtte juhtkonna eesmärk siseneda serveriturule, millest ollakse kahtlemata huvitatud. Lisaks võime meie moodsal ajal, mil läheneb asjade interneti (IoT) arengu ajastu, sealhulgas “nutikate” kodumasinate, ennustada veelgi suuremat nõudlust ARM-arhitektuuriga kiipide järele.
Nii et ARM Limitedil on ees kaugel lootusetu tulevik! Ja on ebatõenäoline, et lähitulevikus leidub keegi, kes suudab nutitelefonide ja muude sarnaste elektroonikaseadmete protsessorite arendamisel kahtlemata välja tõrjuda sellise mobiilihiiglase.
Kokkuvõtteks
ARM-protsessorid vallutasid kiiresti mobiilseadmete turu ja seda kõike tänu madalale energiatarbimisele ja kuigi mitte väga suurele, kuid siiski heale jõudlusele. Praegu võib ARM-i asjade seisu ainult kadestada. Paljud tootjad kasutavad selle tehnoloogiaid, mis seab Advanced RISC Machines protsessorite arendamise valdkonnas samale tasemele selliste hiiglastega nagu Intel ja AMD. Ja hoolimata sellest, et ettevõttel pole oma tootmist.
Mõnda aega oli samanimelise arhitektuuriga MIPS mobiilibrändi konkurent. Kuid praegu on Intel Corporationi ees endiselt ainus tõsine konkurent, kuigi selle juhtkond ei usu, et käe arhitektuur võiks tema turuosa ohustada.
Samuti ei suuda Inteli ekspertide sõnul ARM-protsessorid käitada operatsioonisüsteemide töölauaversioone. Selline väide kõlab aga veidi ebaloogiliselt, sest ülimobiilsete personaalarvutite omanikud ei kasuta "rasket" tarkvara. Enamasti vajate juurdepääsu Internetile, dokumentide redigeerimist, meediumifailide (muusika, filmide) kuulamist ja muid lihtsaid toiminguid. Ja ARM-lahendused saavad selliste toimingutega suurepäraselt hakkama.
Nime ARM on kindlasti kuulnud kõik mobiilitehnoloogia huvilised. Paljud mõistavad seda lühendit nutitelefonide ja tahvelarvutite protsessori tüübina, teised aga täpsustavad, et see pole üldse protsessor, vaid selle arhitektuur. Ja kindlasti vähesed süvenesid ARM-i tekkimise ajalukku. Selles artiklis püüame mõista kõiki neid nüansse ja öelda, miks kaasaegsed vidinad vajavad ARM-protsessoreid.
Väike ekskursioon ajalukku
Kui küsitakse sõna "ARM", annab Wikipedia sellele lühendile kaks tähendust: Acorn RISC Machine ja Advanced RISC Machines. Alustame järjekorras. 1980. aastatel asutati Ühendkuningriigis Acorn Computers, mis alustas tegevust luues personaalarvutid. Tol ajal kutsuti Acorni ka "Briti õunaks". Ettevõtte jaoks saabus otsustav periood 80ndate lõpus, kui selle peainsener kasutas ära kahe kohaliku ülikooli lõpetaja otsuse, kes tulid välja uut tüüpi vähendatud käsukomplekti (RISC) protsessori arhitektuur. Nii ilmus esimene Acorn Risc Machine protsessoril põhinev arvuti. Edu ei lasknud kaua oodata. 1990. aastal sõlmisid britid Apple'iga lepingu ja alustasid peagi tööd kiibistiku uue versiooni kallal. Selle tulemusena moodustas arendusmeeskond protsessoriga sarnase ettevõtte nimega Advanced RISC Machines. Uue arhitektuuriga kiibid said tuntuks ka kui Advanced Risc Machine ehk lühidalt ARM.Alates 1998. aastast on Advanced Risc Machine tuntuks saanud kui ARM Limited. Hetkel ettevõte oma töötlejate tootmise ja müügiga ei tegele. ARM Limited peamine ja ainus tegevusala on tehnoloogiate arendamine ja litsentside müük erinevatele ettevõtetele ARM-i arhitektuuri kasutamiseks. Mõned tootjad ostavad valmis tuumade jaoks litsentsi, teised nn arhitektuurilitsentsi, et toota protsessoreid oma tuumadega. Nende ettevõtete hulka kuuluvad Apple, Samsung, Qualcomm, nVidia, HiSilicon ja teised. Mõnede aruannete kohaselt teenib ARM Limited iga sellise protsessori pealt 0,067 dollarit. See näitaja on keskmine ja ka aegunud. Igal aastal on kiibikomplektides üha rohkem tuumasid ja uued mitmetuumalised protsessorid ületavad oma kuludega aegunud näidiseid.
ARM-kiipide tehnilised omadused
Kaasaegseid protsessoriarhitektuure on kahte tüüpi: CISC(Complex Instruction Set Computing) ja RISC(Vähendatud käsukomplekti arvutamine). CISC arhitektuur viitab x86 protsessorite perekonnale (Intel ja AMD), samas kui RISC arhitektuur viitab ARM perekonnale. Peamine formaalne erinevus RISC ja CISC ning vastavalt ka x86 ja ARM vahel on RISC protsessorites kasutatav vähendatud käsukomplekt. Nii muundatakse näiteks iga käsk CISC-arhitektuuris mitmeks RISC-käsuks. Lisaks kasutavad RISC-protsessorid vähem transistore ja tarbivad seega vähem energiat.ARM-protsessorite peamine prioriteet on jõudluse ja energiatarbimise suhe. ARM-i jõudluse suhe vati kohta on suurem kui x86-l. Vajaliku võimsuse saate 24 x 86 südamikust või sadadest väikestest väikese võimsusega ARM-tuumadest. Muidugi pole isegi ARM-i arhitektuuri kõige võimsam protsessor kunagi oma võimsuselt võrreldav Intel Core i7. Aga seesama Intel Core i7 vajab aktiivset jahutussüsteemi ega mahu kunagi telefoniümbrisesse. Siin on ARM konkurentsist väljas. Ühest küljest tundub see ahvatlev variant superarvuti ehitamiseks, kasutades tuhande x86 protsessori asemel miljonit ARM-protsessorit. Teisest küljest ei saa neid kahte arhitektuuri üheselt võrrelda. Mõnes mõttes on eelis ARM-i jaoks ja mõnes mõttes - x86 jaoks.
ARM-i arhitektuuri kiipide protsessoriteks kutsumine pole aga täiesti õige. Lisaks mitmele protsessorituumale sisaldavad need ka muid komponente. Kõige sobivam termin oleks "ühe kiibi süsteem" või "süsteem kiibil" (SoC). Mobiilseadmete kaasaegsed ühekiibilised süsteemid hõlmavad RAM-kontrollerit, graafikakiirendit, videodekoodrit, helikoodekit ja traadita side mooduleid. Nagu varem mainitud, võivad üksikud kiibistikukomponendid välja töötada kolmandate osapoolte tootjad. Ilmekaim näide sellest on graafikasüdamikud, mida arendavad lisaks ARM Limitedile (Mali graafika), Qualcomm (Adreno), NVIDIA (GeForce ULP) ja Imagination Technologies (PowerVR).
Praktikas näeb see välja selline. Enamiku soodsate Android-mobiilseadmetega on kaasas ettevõtte toodetud kiibistik. MediaTek, mis järgib peaaegu alati ARM Limitedi juhiseid ja täiendab neid Cortex-A tuumade ja Mali graafikaga (harvemini PowerVR).
A-brändid kasutavad oma lipulaevade jaoks sageli kiibikomplekte, mille on valmistanud Qualcomm. Muide, uusimad Qualcomm Snapdragon kiibid (,) on varustatud täielikult kohandatud Kryo tuumadega keskprotsessori jaoks ja Adreno graafikakiirendi jaoks.
Mis puudutab Apple, siis iPhone'i ja iPadi jaoks kasutab ettevõte oma PowerVR graafikakiirendiga A-seeria kiipe, mida toodavad kolmandad osapooled. Seega on installitud 64-bitine neljatuumaline A10 Fusion protsessor ja PowerVR GT7600 graafikaprotsessor.
Perekonna töötlejate arhitektuuri peetakse artikli kirjutamise ajal oluliseks. ARMv8. See oli esimene, mis kasutas 64-bitist käsukomplekti ja toetas rohkem kui 4 GB muutmälu. ARMv8 arhitektuur on tagasiühilduv 32-bitiste rakendustega. Seni on ARM Limitedi poolt välja töötatud kõige tõhusam ja võimsaim protsessorituum Cortex-A73 ja enamik SoC-tootjaid kasutab seda muutmata kujul.
Cortex-A73 tagab 30% kiirema jõudluse kui Cortex-A72 ja toetab kõiki ARMv8 arhitektuure. Protsessori tuuma maksimaalne sagedus on 2,8 GHz.
ARM-i kasutusala
ARM-i suurim hiilgus tõi mobiilseadmete arengu. Nutitelefonide ja muude kaasaskantavate seadmete masstootmise ootuses tulid kasuks energiasäästlikud protsessorid. ARM Limitedi arendamise kulminatsioon oli 2007. aastal, mil Briti ettevõte uuendas partnerlust Apple'iga ning mõni aeg hiljem esitlesid cupertiinlased oma esimest ARM-arhitektuuriprotsessoriga iPhone'i. Hiljem on ARM-arhitektuuril põhinev ühekiibiline süsteem muutunud peaaegu kõigi turul olevate nutitelefonide muutumatuks komponendiks.
ARM Limitedi portfell ei piirdu ainult Cortex-A tuumade perekonnaga. Tegelikult on Cortexi kaubamärgi all kolm seeriat protsessori tuumasid, mida tähistatakse tähtedega A, R, M. Core perekond Cortex-A, nagu me juba teame, on kõige võimsam. Neid kasutatakse peamiselt nutitelefonides, tahvelarvutites, digiboksides, satelliitvastuvõtjates, autosüsteemides, robootikas. Protsessori tuumad Cortex-R on optimeeritud suure jõudlusega ülesannete täitmiseks reaalajas, nii et selliseid kiipe leidub meditsiiniseadmetes, autonoomsetes turvasüsteemides ja andmekandjates. Perekonna põhiülesanne Cortex-M on lihtsus ja madal hind. Tehniliselt on need kõige nõrgemad protsessorituumad, mille energiatarve on kõige väiksem. Sellistel tuumadel põhinevaid protsessoreid kasutatakse peaaegu kõikjal, kus seadmelt on vaja minimaalset võimsust ja madalat kulu: andurid, kontrollerid, alarmid, kuvarid, nutikell ja muud tehnikat.
Üldiselt kasutab enamik tänapäevaseid protsessorit nõudvaid seadmeid, alates väikestest kuni suurteni, ARM-kiipe. Suureks plussiks on asjaolu, et ARM-i arhitektuuri toetavad paljud Linuxi (sh Android ja Chrome OS), iOS-i ja Windowsi (Windows Phone) operatsioonisüsteemid.
Konkurents turul ja tulevikuväljavaated
Tõsi, hetkel ARM-il tõsiseid konkurente pole. Ja üldiselt on see tingitud asjaolust, et ARM Limited teatud ajal seda tegi õige valik. Kuid oma teekonna alguses tootis ettevõte personaalarvutitele protsessoreid ja püüdis isegi Inteliga konkureerida. Pärast seda, kui ARM Limited oma tegevuse suunda muutis, polnud tal ka lihtne. Seejärel ei jätnud Microsofti esindatud tarkvaramonopolist, sõlmides Inteliga partnerluslepingu, teistele tootjatele, sealhulgas ARM Limitedile, mingit võimalust - Windows lihtsalt ei töötanud ARM-protsessoritega süsteemides. Ükskõik kui paradoksaalselt see ka ei kõlaks, aga nüüd võib olukord kardinaalselt muutuda ja Windows on juba valmis sellel arhitektuuril põhinevaid protsessoreid toetama.
Seoses ARM-kiipide eduga tegi Intel katse luua konkurentsivõimelist protsessorit ja sisenes turule kiibiga Intel Atom. Selleks kulus tal palju rohkem aega kui ARM Limitedil. Kiibistik jõudis tootmisse 2011. aastal, kuid nagu öeldakse, on rong juba lahkunud. Intel Atom on x86 CISC protsessor. Ettevõtte insenerid on saavutanud väiksema energiatarbimise kui ARM, kuid praegu on mitmesugused mobiilitarkvarad x86 arhitektuuriga halvasti kohanduvad.
Intel loobus eelmisel aastal mitmest võtmeotsusest mobiilsidesüsteemide edasiarendamisel. Tegelikult mobiilseadmete ettevõte, kuna need on muutunud kahjumlikuks. Ainus suur tootja, kes oma nutitelefonid Intel Atomi kiibistikuga komplekteeris, oli ASUS. Intel Atom leidis siiski massilist kasutamist netbookides, nettopides ja muudes kaasaskantavates seadmetes.
ARM Limited positsioon turul on ainulaadne. Praegu kasutavad selle arendusi peaaegu kõik tootjad. Samas ei ole ettevõttel oma tehaseid. See ei takista tal Inteli ja AMD-ga samal tasemel seismast. ARM-i ajalugu sisaldab veel ühte uudishimulikku fakti. Võimalik, et nüüd võib ARM-tehnoloogia kuuluda Apple'ile, mis oli ARM Limitedi moodustamise keskmes. Irooniline, et 1998. aastal müüsid Cupertinos kriisiaegu oma osaluse maha. Nüüd on Apple sunnitud koos teiste ettevõtetega ostma litsentsi iPhone'is ja iPadis kasutatavatele ARM-protsessoritele.
Nüüd on ARM-protsessorid võimelised täitma tõsiseid ülesandeid. Lühiajaliselt hakatakse neid kasutama serverites, eelkõige on sellised lahendused juba olemas Facebooki ja PayPali andmekeskustes. Asjade Interneti (IoT) ja nutikate koduseadmete ajastul on ARM-kiibid muutunud veelgi nõudlikumaks. Nii et ARM-i jaoks on kõige huvitavam asi alles ees.
Valdav enamik kaasaegseid vidinaid kasutab ARM-i arhitektuuril põhinevaid protsessoreid, mida arendab samanimeline ARM Limited ettevõte. Huvitaval kombel ei tooda ettevõte ise protsessoreid, vaid litsentsib oma tehnoloogiaid ainult kolmandate osapoolte kiibitootjatele. Lisaks arendab ettevõte ka Cortexi protsessori tuumasid ja Mali graafikakiirendeid, mida selles materjalis kindlasti puudutame.
ARM Limited
ARM-i ettevõte on tegelikult oma valdkonnas monopolist ning valdav enamus kaasaegsetest nutitelefonidest ja tahvelarvutitest erinevates mobiilsetes operatsioonisüsteemides kasutavad ARM-i arhitektuuril põhinevaid protsessoreid. Kiibitootjad litsentseerivad ARM-ilt üksikuid südamikke, juhiste komplekte ja nendega seotud tehnoloogiaid ning litsentside maksumus varieerub oluliselt sõltuvalt protsessorituumade tüübist (madala energiatarbega eelarvelahendustest tipptasemel neljatuumaliste ja isegi kaheksatuumaliste kiipideni) ja täiendavatest. komponendid. ARM Limitedi 2006. aasta kasumiaruanne näitas umbes 2,5 miljardi protsessori litsentsimise eest 161 miljonit dollarit (2011. aasta 7,9 miljardilt dollarilt), mis tähendab ligikaudu 0,067 dollarit kiibi kohta. Samas on eelpool väljatoodud põhjusel tegemist erinevate litsentside hindade erinevuse tõttu väga keskmise näitajaga ning sellest ajast oleks pidanud ettevõtte kasum mitmekordseks kasvama.
Praegu on ARM-protsessorid väga laialt levinud. Selle arhitektuuri kiipe kasutatakse kõikjal, kuni serveriteni välja, kuid enamasti võib ARM-i leida manus- ja mobiilsüsteemides, alates kõvaketta kontrolleritest kuni kaasaegsete nutitelefonide, tahvelarvutite ja muude vidinateni.
Cortexi südamikud
ARM arendab mitut tuumade perekonda, mida kasutatakse erinevate ülesannete jaoks. Näiteks Cortex-Mx-il ja Cortex-Rx-il põhinevaid protsessoreid (kus "x" on number või number, mis näitab täpset tuuma numbrit) kasutatakse manussüsteemides ja isegi tarbijaseadmetes, nagu ruuterid või printerid.
Nendel me lähemalt ei peatu, sest meid huvitab eelkõige Cortex-Ax perekond – selliste tuumadega kiipe kasutatakse kõige produktiivsemates seadmetes, sealhulgas nutitelefonides, tahvelarvutites ja mängukonsoolides. ARM töötab pidevalt Cortex-Ax liini uute tuumade kallal, kuid selle kirjutamise ajal kasutavad nutitelefonid järgmisi tuumasid:
Mida suurem arv, seda suurem on protsessori jõudlus ja vastavalt kallim on seadmeklass, milles seda kasutatakse. Siiski väärib märkimist, et seda reeglit ei järgita alati: näiteks Cortex-A7 tuumadel põhinevate kiipide jõudlus on suurem kui Cortex-A8-l põhinevatel. Sellegipoolest, kui Cortex-A5 protsessoreid peetakse juba peaaegu iganenuks ja neid tänapäevastes seadmetes peaaegu ei kasutata, siis Cortex-A15 protsessoreid võib leida lipulaevadest kommunikaatoritest ja tahvelarvutitest. Mitte nii kaua aega tagasi teatas ARM ametlikult uute, võimsamate ja samal ajal energiasäästlikumate Cortex-A53 ja Cortex-A57 tuumade väljatöötamisest, mis ühendatakse ARM big.LITTLE tehnoloogiat ja tuge kasutades ühele kiibile. ARMv8 käsukomplekt (“arhitektuuriversioon”), kuid neid ei kasutata praegu laiatarbeseadmetes. Enamik Cortexi tuumadega kiipe võivad olla mitmetuumalised ja neljatuumalised protsessorid on tänapäevastes tipptasemel nutitelefonides kõikjal.
Suured nutitelefonide ja tahvelarvutite tootjad kasutavad tavaliselt tuntud kiibitootjate nagu Qualcomm protsessoreid või nende enda lahendusi, mis on juba üsna populaarseks saanud (näiteks Samsung ja tema Exynose kiibikomplektide perekond), kuid enamiku vidinate tehniliste omaduste hulgas. väikesed ettevõtted sageli leiate kirjeldusi nagu "Cortex-A7 protsessor sagedusel 1 GHz" või "kahetuumaline Cortex-A7 sagedusel 1 GHz", mis tavaline kasutaja ei ütle midagi. Et mõista, millised on selliste tuumade erinevused, keskendume peamistele.
Cortex-A5 südamikku kasutatakse kõige odavamate seadmete odavates protsessorites. Sellised seadmed on mõeldud ainult piiratud hulga ülesannete täitmiseks ja lihtsate rakenduste käitamiseks, kuid pole üldse mõeldud ressursimahukate programmide ja eriti mängude jaoks. Cortex-A5 protsessoriga vidina näide on Highscreen Blast, mis sai Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 kiibi, mis sisaldab kahte Cortex-A5 südamikku, mille taktsagedus on 1,2 GHz.
Cortex-A7 protsessorid on võimsamad kui Cortex-A5 kiibid ja on levinumad. Sellised kiibid on valmistatud 28-nanomeetrisel protsessitehnoloogial ja neil on suur teise taseme vahemälu kuni 4 megabaiti. Cortex-A7 südamikke leidub peamiselt soodsates nutitelefonides ja odavates keskklassi seadmetes, nagu iconBIT Mercury Quad, ning erandina Exynos 5 Octa protsessoriga Samsung Galaxy S IV GT-i9500 - see kiibistik kasutab energiasäästlik neljatuumaline protsessor Cortex-A7-l.
Cortex-A8 tuum pole nii levinud kui tema "naabrid" Cortex-A7 ja Cortex-A9, kuid seda kasutatakse siiski erinevates algtaseme vidinates. Cortex-A8 kiipide töösagedus võib ulatuda 600 MHz kuni 1 GHz, kuid mõnikord kiirendavad tootjad protsessoreid kõrgematele sagedustele. Cortex-A8 tuuma tunnuseks on mitmetuumaliste konfiguratsioonide toe puudumine (st nende tuumade protsessorid saavad olla ainult ühetuumalised) ja neid teostatakse 65-nanomeetrisel protsessitehnoloogial, mida juba peetakse. vananenud.
Cortex-A9
Paar aastat tagasi peeti Cortex-A9 südamikke tipplahenduseks ja neid kasutati nii traditsioonilistes ühetuumalistes kui ka võimsamates kahetuumalistes kiipides, nagu Nvidia Tegra 2 ja Texas Instruments OMAP4. Praegu ei kaota Cortex-A9-l põhinevad protsessorid, mis on valmistatud 40 nanomeetri protsessitehnoloogia järgi, populaarsust ja neid kasutatakse paljudes keskklassi nutitelefonides. Selliste protsessorite töösagedus võib olla 1–2 gigahertsi või rohkem, kuid tavaliselt on see piiratud 1,2–1,5 GHz-ga.
2013. aasta juunis tutvustas ARM ametlikult Cortex-A12 tuuma, mis põhineb uuel 28nm protsessitehnoloogial ja on mõeldud Cortex-A9 tuumade asendamiseks keskklassi nutitelefonides. Arendaja lubab 40% jõudluse kasvu võrreldes Cortex-A9-ga ning lisaks saavad Cortex-A12 tuumad osaleda ARM big.LITTLE arhitektuuris tootlikena koos energiasäästliku Cortex-A7-ga, mis võimaldab tootjad, et luua odavaid kaheksatuumalisi kiipe. Tõsi, selle kirjutamise ajal on see kõik ainult plaanis ja Cortex-A12 kiipide masstootmist pole veel loodud, kuigi RockChip on juba teatanud kavatsusest välja anda neljatuumaline Cortex-A12 protsessor, millel on sagedus 1,8 GHz.
2013. aasta jaoks on Cortex-A15 tuum ja selle derivaadid tipplahendus ning neid kasutatakse erinevate tootjate lipulaevade kommunikaatorikiipides. Uute 28-nm protsessitehnoloogia järgi valmistatud ja Cortex-A15 baasil valmistatud protsessorite hulgas on Samsung Exynos 5 Octa ja Nvidia Tegra 4 ning see tuum toimib sageli teiste tootjate modifikatsioonide platvormina. Näiteks Apple'i uusim A6X protsessor kasutab Swifti südamikke, mis on Cortex-A15 modifikatsioon. Cortex-A15 kiibid on võimelised töötama sagedusel 1,5–2,5 GHz ning paljude kolmandate osapoolte standardite tugi ja võime käsitleda kuni 1 TB füüsilist mälu võimaldab selliseid protsessoreid arvutites kasutada (kuidas ei mäleta panga Raspberry Pi kaardi suurust miniarvutit).
Cortex-A50 seeria
2013. aasta esimesel poolel tutvustas ARM uut kiipide sarja nimega Cortex-A50 seeria. Selle liini südamikud tehakse vastavalt uus versioon arhitektuurid, ARMv8 ja toetavad uusi käsukomplekte ning muutuvad ka 64-bitiseks. Uuele bitisügavusele üleminek eeldab mobiilsete operatsioonisüsteemide ja rakenduste optimeerimist, kuid loomulikult jääb toetus kümnetele tuhandetele 32-bitistele rakendustele. Apple oli esimene, kes läks üle 64-bitisele arhitektuurile. Uusimad seadmed sellised ettevõtted nagu iPhone 5S töötavad just sellise ARM-põhise Apple A7 protsessoriga. Tähelepanuväärne on see, et see ei kasuta Cortexi südamikke – need on asendatud tootja enda tuumadega, mille nimi on Swift. Üks ilmselgeid põhjuseid, miks 64-bitistele protsessoritele üle läheb, on enam kui 4 GB muutmälu tugi ning lisaks võimalus arvutamisel palju suuremate numbritega opereerida. Muidugi, kuigi see on asjakohane ennekõike serverite ja personaalarvutite jaoks, kuid me ei imesta, kui mõne aasta pärast ilmuvad turule selle RAM-mahuga nutitelefonid ja tahvelarvutid. Tänaseni pole midagi teada plaanidest lasta välja kiipe uuel arhitektuuril ja neid kasutavatel nutitelefonidel, kuid tõenäoliselt saavad sellised protsessorid lipulaevad 2014. aastal, nagu Samsung on juba teatanud.
Cortex-A53 tuum avab seeria, millest saab Cortex-A9 otsene "järglane". Cortex-A53-l põhinevad protsessorid on jõudluse poolest märgatavalt paremad kui Cortex-A9-l põhinevad kiibid, kuid samal ajal säilib madal energiatarve. Selliseid protsessoreid saab kasutada nii eraldi kui ka ARM big.LITTLE konfiguratsioonis, olles kombineeritud samal kiibistikul Cortex-A57 protsessoriga
Jõudlus Cortex-A53, Cortex-A57
20 nanomeetrisel protsessitehnoloogial valmiva Cortex-A57 protsessorid peaksid lähitulevikus saama võimsaimateks ARM-protsessoriteks. Uus tuum edestab oluliselt oma eelkäijat Cortex-A15 erinevates jõudlusnäitajates (vt võrdlust ülalt) ning tõsiselt PC-turule sihikule pürgiva ARM-i hinnangul on see tavaarvutitele (sh sülearvutitele) tulus lahendus. , mitte ainult mobiilseadmed.
KÄSI suur.VÄIKE
Kaasaegsete protsessorite energiatarbimise probleemi kõrgtehnoloogilise lahendusena pakub ARM tehnoloogiat big.LITTLE, mille põhiolemus on kombineerida ühele kiibile erinevat tüüpi südamikke, tavaliselt sama palju energiasäästlikke ja kõrge- jõudlussüdamikud.
Erinevat tüüpi tuumade töötamiseks ühel kiibil on kolm skeemi: big.LITTLE (migratsioon klastrite vahel), big.LITTLE IKS (migratsioon tuumade vahel) ja big.LITTLE MP (heterogeenne mitmetöötlus).
big.LITTLE (migratsioon klastrite vahel)
Esimene ARM big.LITTLE arhitektuuril põhinev kiibistik oli Samsung Exynos 5 Octa protsessor. See kasutab algset big.LITTLE “4+4” skeemi, mis tähendab kahte klastrit (seega ka skeemi nimi) ühel kiibil neljast suure jõudlusega Cortex-A15 tuumast ressursimahukate rakenduste ja mängude jaoks ning nelja energiasäästu jaoks. Cortex-A7 tuumad igapäevaseks tööks enamiku programmidega ja korraga saab töötada ainult ühte tüüpi kernel. Täisautomaatses režiimis toimub südamikurühmade vahel vahetamine kasutaja jaoks peaaegu koheselt ja märkamatult.
big.LITTLE IKS (migratsioon tuumade vahel)
Big.LITTLE arhitektuuri keerukam teostus on mitme reaalse tuuma (tavaliselt kahe) ühendamine üheks virtuaalseks hallatavaks tuumaks operatsioonisüsteem, mis otsustab, milliseid südamikke kasutada – energiatõhusaid või tootlikke. Loomulikult on olemas ka mitu virtuaalset tuuma – illustratsioonil on näide IKS-skeemist, kus iga nelja virtuaaltuuma sisaldab ühte Cortex-A7 ja Cortex-A15 tuuma.
big.LITTLE MP (heterogeenne multitöötlus)
Big.LITTLE MP skeem on kõige "arenenud" - selles on iga tuum sõltumatu ja OS-i tuum saab seda vastavalt vajadusele sisse lülitada. See tähendab, et kui kasutada nelja Cortex-A7 südamikku ja sama arvu Cortex-A15 südamikke, saavad ARM big.LITTLE MP arhitektuurile ehitatud kiibistikus kõik 8 tuuma töötada samaaegselt, kuigi erinevad tüübid. Üks esimesi seda tüüpi protsessoreid oli Mediateki kaheksatuumaline kiip – MT6592, mis suudab töötada 2 GHz taktsagedusel, samuti salvestada ja esitada UltraHD eraldusvõimega videoid.
Tulevik
Hetkel olemasoleva info kohaselt plaanib ARM koos teiste ettevõtetega lähiajal välja anda järgmise põlvkonna big.LITTLE kiibid, mis hakkavad kasutama uusi Cortex-A53 ja Cortex-A57 tuumasid. Lisaks kavatseb Hiina tootja MediaTek välja anda ARM big.LITTLE eelarveprotsessorid, mis töötavad skeemi “2 + 2” järgi, st kasutavad kahte kahe tuumaga rühma.
Mali graafikakiirendid
Lisaks protsessoritele arendab ARM ka Mali perekonna graafikakiirendeid. Sarnaselt protsessoritele iseloomustavad graafikakiirendeid palju parameetreid, nagu antialiase tase, siiniliides, vahemälu (kiiruse suurendamiseks kasutatav ülikiire mälu) ja „graafikatuumade” arv (kuigi nagu me Eelmises artiklis on sellel indikaatoril, vaatamata sarnasusele protsessori kirjeldamiseks kasutatud terminiga, kahe GPU võrdlemisel jõudlusele vähe või üldse mitte mingit mõju).
Esimene ARM-i graafikakiirend oli praegu kasutamata Mali 55, mida kasutati LG Renoir puutetelefonis (jah, kõige tavalisemas mobiiltelefonis). GPU-d mängudes ei kasutatud - ainult liidese joonistamiseks ja sellel oli tänapäevaste standardite järgi primitiivsed omadused, kuid just temast sai Mali seeria "esivanem".
Sellest ajast alates on edusammud kaugele jõudnud ning nüüd on toetatud API-d ja mängustandardid vähetähtsad. Näiteks OpenGL ES 3.0 toetamisest teatatakse nüüd ainult kõige võimsamates protsessorites nagu Qualcomm Snapdragon 600 ja 800 ning kui me räägime ARM-i toodetest, siis standardit toetavad sellised kiirendid nagu Mali-T604 (see oli tema kellest sai esimene ARM-i graafikaprotsessor, mis on valmistatud uuel mikroarhitektuuril Midgard), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 ja mõnel muul sarnasel kiibil. Üks või teine GPU on reeglina tuumaga tihedalt seotud, kuid sellegipoolest on see eraldi välja toodud, mis tähendab, et kui teie jaoks on oluline mängude graafika kvaliteet, siis on mõttekas vaadata selle nime. nutitelefoni või tahvelarvuti tehnilistes andmetes olev kiirendi.
ARM-il on ka keskklassi nutitelefonidele mõeldud graafikakiirendid, millest levinumad on Mali-400 MP ja Mali-450 MP, mis erinevad oma vanematest vendadest suhteliselt madala jõudluse ning piiratud hulga API-de ja toetatud standardite poolest. Sellest hoolimata kasutatakse neid GPU-sid jätkuvalt uutes nutitelefonides, näiteks Zopo ZP998, mis sai lisaks kaheksatuumalisele MTK6592 protsessorile Mali-450 MP4 graafikakiirendi (Mali-450 MP täiustatud modifikatsioon).
Eeldatavasti peaksid 2014. aasta lõpus ilmuma uusimate ARM-graafikakiirenditega nutitelefonid: Mali-T720, Mali-T760 ja Mali-T760 MP, mida tutvustati 2013. aasta oktoobris. Mali-T720 peaks olema odava hinnaga nutitelefonide uus GPU ja esimene GPU selles segmendis, mis toetab Open GL ES 3.0. Mali-T760-st saab omakorda üks võimsamaid mobiilseid graafikakiirendeid: deklareeritud omaduste kohaselt on GPU-l 16 töötlemistuuma ja sellel on tõeliselt tohutu töötlemisvõimsus, 326 Gflops, kuid samal ajal neli korda vähem energiatarve kui eespool mainitud Mali-T604.
ARM-i CPU ja GPU roll turul
Hoolimata asjaolust, et ARM on samanimelise arhitektuuri autor ja arendaja, mida, kordame, kasutatakse nüüd enamikus mobiilsetes protsessorites, pole selle lahendused tuumade ja graafikakiirendite kujul suuremate nutitelefonide seas populaarsed. tootjad. Näiteks arvatakse õigustatult, et Android OS-i lipulaevade kommunikaatoritel peaks olema Kraiti tuumadega Snapdragon protsessor ja Qualcommi Adreno graafikakiirend, sama firma kiibistikud on kasutusel Windows Phone nutitelefonides ning mõned vidinatootjad, näiteks Apple. , arendavad välja oma tuumad. Miks on selline olukord praegune?
Võib-olla võivad mõned põhjused peituda sügavamal, kuid üks neist on ARM-i CPU ja GPU selge positsioneerimise puudumine teiste ettevõtete toodete seas, mille tulemusena tajutakse ettevõtte arendusi kui põhikomponente kasutamiseks B-brändi seadmed, odavad nutitelefonid ja nende põhjal küpsemate otsuste loomine. Näiteks kordab Qualcomm peaaegu igal esitlusel, et üks tema peamisi eesmärke uute protsessorite loomisel on energiatarbimise vähendamine ning Cortexi tuumade poolt modifitseeritud Kraiti tuumad näitavad pidevalt kõrgemaid jõudlustulemusi. Sarnane väide kehtib ka mängudele keskendunud Nvidia kiibikomplektide kohta, kuid mis puudutab Samsungi Exynose ja Apple'i A-seeria protsessoreid, siis on neil samade firmade nutitelefonidesse installimise tõttu oma turg.
Eelnev ei tähenda sugugi seda, et ARM-i arendused oleksid oluliselt kehvemad kui kolmandate osapoolte protsessorid ja tuumad, kuid konkurents turul toob lõppkokkuvõttes kasu ainult nutitelefonide ostjatele. Võib öelda, et ARM pakub mõningaid toorikuid, mille litsentsi ostmisel saavad tootjad neid juba ise muuta.
Järeldus
ARM-põhised mikroprotsessorid on mobiilseadmete turu edukalt vallutanud tänu madalale energiatarbimisele ja suhteliselt suurele töötlemisvõimsusele. Kui varem konkureerisid ARM-iga teised RISC-arhitektuurid, näiteks MIPS, siis nüüd on sellele jäänud vaid üks tõsine konkurent - x86 arhitektuuriga Intel, mida muide, kuigi aktiivselt oma turuosa eest võitleb, veel ei tajuta. kas tarbijad või enamik tootjaid tõsiselt, eriti kui sellel tegelikult lipulaevu pole (Lenovo K900 ei suuda enam konkureerida ARM-protsessoritega uusimate tipptasemel nutitelefonidega).
Mis te arvate, kas keegi suudab ARM-i lükata ja kuidas selle ettevõtte ja selle arhitektuuri saatus edasi areneb?
Arvutimaailm muutub kiiresti. Lauaarvutid on kaotanud müügiedetabelis esikoha sülearvutitele ning nad on loobumas turust tahvelarvutitele ja teistele mobiilseadmetele. 10 aastat tagasi hindasime puhast megahertsi, tõelist võimsust ja jõudlust. Nüüd peab protsessor turu vallutamiseks olema mitte ainult kiire, vaid ka ökonoomne. Paljud peavad ARM-i 21. sajandi arhitektuuriks. On see nii?
Uus – hästi unustatud vana
Ajakirjanikud, jälgides ARM PR-i inimesi, esitlevad seda arhitektuuri sageli kui midagi täiesti uut, mis peaks matma hallipäine x86.
Tegelikult on ARM ja x86, mille baasil Inteli, AMD ja VIA protsessorid ehitatud, sülearvutitesse ja lauaarvutitesse paigaldatud, praktiliselt ühevanused. Esimene x86 kiip ilmus 1978. aastal. ARM-projekt sai ametlikult alguse 1983. aastal, kuid see põhines arendustel, mis viidi läbi peaaegu samaaegselt x86 loomisega.
Varased ARM-id avaldasid spetsialistidele muljet oma peenlikkusega, kuid suhteliselt madala jõudlusega ei suutnud nad vallutada turgu, mis nõudis suuri kiirusi ega pööranud tähelepanu töö efektiivsusele. Selleks, et ARM-i populaarsus hüppeliselt tõuseks, pidid olema teatud tingimused.
Kaheksakümnendate ja üheksakümnendate vahetusel olid oma suhteliselt odava õliga nõutud võimsad 6-liitrised võimsad maasturid. Elektriautode vastu tundsid huvi vähesed. Kuid tänapäeval, kui naftabarrel maksab üle 100 dollari, on ablas mootoriga suured autod vaid rikastele, ülejäänud kiirustavad säästlikele autodele üle minema. Sarnane juhtus ka ARMiga. Kui kerkis üles küsimus liikuvusest ja tõhususest, osutus arhitektuur väga nõutuks.
"Riski" protsessor
ARM on RISC-arhitektuur. See kasutab vähendatud käskude komplekti - RISC (vähendatud käsukomplekti arvuti). Seda tüüpi arhitektuur ilmus seitsmekümnendate lõpus, umbes samal ajal, kui Intel tutvustas oma x86.
Erinevate kompilaatorite ja mikrokodeeritud protsessoritega katsetades märkasid insenerid, et mõnel juhul olid lihtsate juhiste jadad kiiremad kui üksainus keeruline toiming. Otsustati luua arhitektuur, mis hõlmaks tööd piiratud hulga lihtsate juhistega, mille dekodeerimine ja täitmine võtaks minimaalselt aega.
Üks esimesi RISC-protsessorite projekte viis 1981. aastal ellu Berkeley ülikooli üliõpilaste ja õpetajate rühm. Just sel ajal seisis Briti ettevõte Acorn silmitsi aegade väljakutsetega. See tootis BBC Micro õppearvuteid, mis olid Foggy Albionis väga populaarsed ja põhinesid protsessoril 6502. Kuid peagi hakkasid need koduarvutid arenenumatele masinatele kaotama. Acorn riskis turu kaotamisega. Ettevõtte insenerid, olles tutvunud üliõpilaste tööga RISC-protsessorite kallal, otsustasid, et oma kiibi loomisega on üsna lihtne hakkama saada. 1983. aastal sai alguse projekt Acorn RISC Machine, millest hiljem sai ARM. Kolm aastat hiljem ilmus esimene protsessor.
Esimesed ARM-id
Ta oli äärmiselt lihtne. Esimestel ARM-kiipidel puudusid isegi korrutamis- ja jagamisjuhised, mis tundusid olevat lihtsamate juhiste komplekt. Kiipide teine omadus oli mäluga töötamise põhimõtted: kõiki andmetega toiminguid sai teha ainult registrites. Samal ajal töötas protsessor nn registriaknaga ehk pääses ligi vaid osale kõigist saadaolevatest registritest, mis olid põhimõtteliselt universaalsed ja nende töö sõltus protsessori režiimist. See võimaldas ARM-i esimestel versioonidel vahemälust loobuda.
Lisaks said arhitektid juhiste komplektide lihtsustamisega hakkama ilma mitmete muude plokkideta. Näiteks esimeses ARM-is puudus mikrokood üldse, samuti ujukomaseade FPU. Transistoride koguarv esimeses ARM-is oli 30 000. Sarnases x86-s oli neid mitu korda või isegi suurusjärgu võrra rohkem. Täiendav energiasääst saavutatakse käskude tingimusliku täitmisega. See tähendab, et see või teine toiming tehakse siis, kui registris on vastav fakt. See aitab protsessoril vältida "liigseid žeste". Kõik juhised täidetakse järjestikku. Selle tulemusena kaotas ARM jõudluses, kuid mitte oluliselt, suurendades samal ajal oluliselt energiatarbimist.
Arhitektuuri ülesehitamise põhiprintsiibid jäävad samaks, mis esimestel ARM-idel: töötamine andmetega ainult registrites, vähendatud juhiste komplekt, minimaalselt lisamooduleid. Kõik see tagab arhitektuurile väikese energiatarbimise suhteliselt suure jõudlusega.
Selleks, et suurendada oma ARM-i ajal Viimastel aastatel rakendanud mitmeid täiendavaid juhiste komplekte. Klassikalise ARM-i kõrval on Thumb, Thumb 2, Jazelle. Viimane on mõeldud Java koodi täitmise kiirendamiseks.
Cortex - kõige arenenum ARM
Cortex – kaasaegsed arhitektuurid mobiilseadmetele, manussüsteemidele ja mikrokontrolleritele. Sellest lähtuvalt tähistatakse CPU-sid kui Cortex-A, sisseehitatud - Cortex-R ja mikrokontrollereid - Cortex-M. Kõik need põhinevad ARMv7 arhitektuuril.
ARM-sarja kõige arenenum ja võimsam arhitektuur on Cortex-A15. Eeldatakse, et selle alusel toodetakse peamiselt kahe- või neljatuumalisi mudeleid. Kõigist varasematest ARM-idest on Cortex-A15 plokkide arvu ja kvaliteedi poolest x86-le kõige lähemal.
Cortex-A15 põhineb protsessori tuumadel, mis on varustatud FPU-ga ja NEON SIMD juhiste komplektiga, mis on loodud multimeediumiandmete töötlemise kiirendamiseks. Tuumadel on 13-astmeline konveier, need toetavad käskude täitmist vabas järjekorras, ARM-põhist virtualiseerimist.
Cortex-A15 toetab laiendatud mälu adresseerimissüsteemi. ARM jääb 32-bitiseks arhitektuuriks, kuid ettevõtte insenerid on õppinud, kuidas 64-bitist või muud laiendatud aadressi teisendada 32-bitiseks arusaadavaks protsessoriks. Seda tehnoloogiat nimetatakse pika füüsilise aadressi laiendiks. Tänu temale suudab Cortex-A15 teoreetiliselt käsitleda kuni 1 TB mälu.
Iga tuum on varustatud esimese taseme vahemäluga. Lisaks on kuni 4 MB madala latentsusega hajutatud L2 vahemälu. Protsessor on varustatud 128-bitise koherentse siiniga, mida saab kasutada teiste plokkide ja välisseadmetega suhtlemiseks.
Cortex-A15 aluseks olevad südamikud on Cortex-A9 edasiarendus. Neil on sarnane struktuur.
Cortex-A9 saab erinevalt Cortex-A15-st toota nii mitme- kui ka ühetuumalise versioonina. Maksimaalne sagedus on 2,0 GHz, Cortex-A15 soovitab luua kiibid, mis töötavad sagedusel 2,5 GHz. Sellel põhinevaid kiipe hakatakse tootma 40 nm ja õhemate tootmisprotsessidega. Cortex-A9 on saadaval 65 ja 40 nm protsessitehnoloogiates.
Cortex-A9, nagu ka Cortex-A15, on mõeldud kasutamiseks suure jõudlusega nutitelefonides ja tahvelarvutites, kuid see on liiga sitke tõsisemate rakenduste jaoks, näiteks serverites. Ainult Cortex-A15-l on riistvaraline virtualiseerimine, laiendatud mälu adresseerimine. Lisaks on Cortex-A9 NEON Advanced SIMD juhiste komplekt ja FPU valikulised elemendid, samas kui Cortex-A15 puhul on need kohustuslikud.
Cortex-A8 kaob tulevikus järk-järgult areenilt, kuid praegu leiab see ühetuumaline valik kasutust soodsates nutitelefonides. Madala hinnaga lahendus sagedustega 600 MHz kuni 1 GHz on tasakaalustatud arhitektuur. Sellel on FPU, see toetab SIMD NEONi esimest versiooni. Cortex-A8 eeldab ühte tootmisprotsessi - 65 nm.
ARM eelmised põlvkonnad
ARM11 protsessorid on mobiiliturul üsna levinud. Need põhinevad ARMv6 arhitektuuril ja selle modifikatsioonidel. Seda iseloomustavad 8-9-astmelised torujuhtmed, Jazelle tugi, mis kiirendab Java koodi töötlemist, SIMD juhiste voogesitus, Thumb-2.
XScale, ARM10E, ARM9E protsessorid põhinevad ARMv5 arhitektuuril ja selle modifikatsioonidel. Torujuhtme maksimaalne pikkus on 6 etappi, pöial, Jazelle DBX, täiustatud DSP. XScale'i kiipidel on teise taseme vahemälu. Protsessoreid kasutati nutitelefonides alates 2000. aastate keskpaigast ja tänapäeval võib neid leida mõnes odavas mobiiltelefonis.
ARM9TDMI, ARM8, StrongARM on ARMv4 esindajad, millel on 3-5 astmeline torujuhe ja mis toetab pöialt. Näiteks ARMv4 leiti varajastes klassikalistes iPodides.
ARM6 ja ARM7 on ARMv3. Selles arhitektuuris ilmus FPU plokk esimest korda, rakendati 32-bitist mäluaadressi, mitte 26-bitist, nagu arhitektuuri esimestes näidistes. Formaalselt olid ARMv2 ja ARMv1 32-bitised kiibid, kuid tegelikult töötasid nad aktiivselt ainult 26-bitise aadressiruumiga. Vahemälu ilmus esmakordselt ARMv2-s.
Nende nimi on leegion
Acornist ei saanud algselt protsessorite turul mängijat. ARM-i projekti ülesandeks oli arvutite tootmiseks oma toodangu kiibi loomine - selle põhitegevuseks peeti Acornis arvuti loomist.
Arendajate rühmast on ARM-ist saanud ettevõte tänu Apple'ile. 1990. aastal tegi Apple koostööd VLSI ja Acorniga, et töötada välja ökonoomne protsessor esimese Newtoni pihuarvuti jaoks. Nendel eesmärkidel loodi eraldi ettevõte, mis sai sisemise Acorni projekti nime - ARM.
Apple'i osalusel loodi ARM6 protsessor, mis on inglise arendaja kaasaegsetele kiipidele kõige lähemal. Samal ajal suutis DEC patenteerida ARM6 arhitektuuri ja alustas kiipide tootmist kaubamärgi StrongARM all. Paar aastat hiljem anti tehnoloogia järjekordse patendivaidluse raames üle Intelile. Mikroprotsessorihiiglane on loonud ARM-il põhineva oma analoogi – protsessori XScale. Kuid eelmise kümnendi keskel vabanes Intel sellest "põhivarast", keskendudes ainult x86-le. XScale'i on üle võtnud Marvell, kellel on juba ARM-i litsents.
Äsja maailmale ilmunud ARM ei saanud algul protsessorite tootmisega tegeleda. Tema juhtkond valis raha teenimiseks teistsuguse viisi. ARM-i arhitektuuri iseloomustas lihtsus ja paindlikkus. Alguses jäeti tuum isegi vahemälust ilma, seetõttu ei integreeritud hiljem täiendavaid mooduleid, sealhulgas FPU, kontrollereid protsessorisse tihedalt integreeritud, vaid riputati justkui alusele.
Sellest lähtuvalt sai ARM kätte intelligentse disaineri, mis võimaldas tehnoloogiliselt arenenud ettevõtetel luua oma vajadustele vastavaid protsessoreid või mikrokontrollereid. Seda tehakse nn kaasprotsessorite abil, mis võivad laiendada standardset funktsionaalsust. Kokku toetab arhitektuur kuni 16 kaasprotsessorit (numereeritud 0 kuni 15), kuid number 15 on reserveeritud kaasprotsessorile, mis täidab vahemälu ja mälu haldamise funktsioone.
Välisseadmed ühenduvad ARM-kiibiga, vastendades oma registrid protsessori või kaasprotsessori mäluruumi. Näiteks võib pilditöötluskiip koosneda suhteliselt lihtsast ARM7TDMI-põhisest tuumast ja kaasprotsessorist, mis pakub HDTV dekodeerimist.
ARM on alustanud oma arhitektuuri litsentsimist. Selle ränis juurutamisega on juba tegelenud ka teised ettevõtted, sealhulgas Texas Instruments, Marvell, Qualcomm, Freescale, aga ka täiesti mittetuumikud nagu Samsung, Nokia, Nintendo või Canon.
Oma tehaste puudumine ja muljetavaldavad autoritasud võimaldasid ARM-il olla arhitektuuri uute versioonide väljatöötamisel paindlikum. Ettevõte küpsetas neid nagu sooje saiakesi, sisenedes uutesse niššidesse. Lisaks nutitelefonidele ja tahvelarvutitele kasutatakse arhitektuuri spetsiaalsetes protsessorites, nagu GPS-navigaatorid, digikaamerad ja videokaamerad. Selle põhjal luuakse manustatud süsteemide tööstuslikud kontrollerid ja muud kiibid.
ARM-i litsentsimissüsteem on tõeline mikroelektroonika hüpermarket. Ettevõte ei litsentsi mitte ainult uusi, vaid ka vananenud arhitektuure. Viimaste abil saab luua mikrokontrollereid või kiipe odavate seadmete jaoks. Autoritasude suurus sõltub loomulikult tootjale huvipakkuva arhitektuurivariandi uudsuse ja keerukuse astmest. Traditsiooniliselt on tehnilised protsessid, mille jaoks ARM protsessoreid arendab, 1-2 sammu võrra maha nendest, mida peetakse x86 puhul asjakohaseks. Arhitektuuri kõrge energiatõhusus muudab selle vähem sõltuvaks üleminekust uutele tehnilistele standarditele. Intel ja AMD soovivad valmistada õhemaid kiipe, et suurendada taktsagedust ja tuumade arvu, säilitades samal ajal füüsilise suuruse ja energiatarbimise. ARM-il on algselt väiksemad võimsusnõuded ja see tagab ka suurema jõudluse vati kohta.
NVIDIA, TI, Qualcommi, Marvelli protsessorite omadused
ARM-i parem- ja vasakpoolse litsentsimisega tugevdasid arendajad oma arhitektuuri positsiooni partnerite kompetentside arvelt. Klassikaliseks näiteks võib antud juhul pidada NVIDIA Tegrat. See kiibil olevate süsteemide rida põhineb ARM-arhitektuuril, kuid NVIDIA-l olid juba omad väga tõsised arengud kolmemõõtmelise graafika ja süsteemiloogika vallas.
ARM annab oma litsentsiandjatele laialdased volitused arhitektuuri ümberkujundamiseks. Sellest lähtuvalt suutsid NVIDIA insenerid Tegras kombineerida tugevused ARM (CPU computing) ja oma tooted - töö kolmemõõtmelise graafikaga jne. Selle tulemusena on Tegra oma klassi kõrgeim 3D jõudlus. Need on 25–30% kiiremad kui Samsungi ja Texas Instrumentsi kasutatav PowerVR ning peaaegu kaks korda kiiremad kui Qualcommi Adreno.
Teised ARM-arhitektuuril põhinevate protsessorite tootjad tugevdavad teatud lisaplokke, täiustavad kiipe, et saavutada kõrgemaid sagedusi ja jõudlust.
Näiteks Qualcomm ei kasuta ARM-i võrdluskujundust. Ettevõtte insenerid kujundasid selle tõsiselt ümber ja nimetasid seda Skorpioniks – just tema on Snapdragoni kiipide aluseks. Osaliselt on disaini ümber kujundatud, et hallata peenemaid tehnilisi protsesse, kui seda pakub standardne IP ARM. Selle tulemusena toodeti esimesed Snapdragonid 45 nm standarditega, mis andis neile kõrgemad sagedused. Ja nende deklareeritud 2,5 GHz protsessorite uus põlvkond võib saada isegi ARM Cortex-A9 baasil põhinevate analoogide seas kiireimaks. Qualcomm kasutab ka oma Adreno graafilist tuuma, mis põhineb AMD-lt omandatud disainidel. Nii et teatud mõttes on Snapdragon ja Tegra geneetilisel tasandil vaenlased.
Samsung asus Hummingbirdi loomisel samuti arhitektuuri optimeerimise teed. Korealased koos Intrinsityga muutsid loogikat, mis vähendas mõne toimingu sooritamiseks vajalike juhiste arvu. Nii oli võimalik võita 5-10% tootlikkusest. Lisaks lisati dünaamiline teise taseme vahemälu ja ARM NEON multimeediumilaiendus. Korealased kasutasid graafikamoodulina PowerVR SGX540.
Texas Instruments uues ARM Cortex-A arhitektuuril põhinevas OMAP-seerias on lisanud spetsiaalse IVA-mooduli, mis vastutab pilditöötluse kiirendamise eest. See võimaldab kiiresti töödelda sensoriga sisseehitatud kaamerast tulevaid andmeid. Lisaks on see ühendatud ISP-ga ja aitab kaasa video kiirendusele. OMAP kasutab ka PowerVR graafikat.
Apple A4-l on suur 512KB vahemälu, PowerVR graafika ja ARM-i tuum ise põhineb Samsungi ümberkujundatud arhitektuuri variandil.
Kahetuumaline Apple A5, mis debüteeris iPad 2-s 2011. aasta alguses, põhineb ARM Cortex-A9 arhitektuuril, nii nagu Samsung seda eelmisel korral optimeeris. Võrreldes A4-ga on uuel kiibil L2 vahemälu kaks korda suurem – seda on suurendatud 1 MB-ni. Protsessor sisaldab kahe kanaliga RAM-kontrollerit ja täiustatud videoplokki. Selle tulemusel on selle jõudlus mõnes töös kaks korda suurem kui Apple A4-l.
Marvell pakub oma Sheeva arhitektuuril põhinevaid kiipe, mis lähemal uurimisel osutuvad kunagi Intelilt ostetud XScale'i ja ARM-i hübriidiks. Nendel kiipidel on oma kolleegidega võrreldes suur vahemälu ja need on varustatud spetsiaalse multimeediumimooduliga.
Praegu toodavad ARM-i litsentsisaajad ainult ARM Cortex-A9 arhitektuuril põhinevaid kiipe. Samal ajal, kuigi see võimaldab luua neljatuumalisi variante, piirduvad NVIDIA, Apple, Texas Instruments jt siiski ühe või kahe tuumaga mudelitega. Lisaks töötavad kiibid sagedustel kuni 1,5 GHz. Cortex-A9 võimaldab teha kahe GHz protsessoreid, kuid jällegi ei püüa tootjad sagedusi kiiresti tõsta – praegu on turul piisavalt kahetuumalisi protsessoreid sagedusel 1,5 GHz.
Cortex-A15-l põhinevad protsessorid peaksid muutuma tõeliselt mitmetuumaliseks, kuid kui need välja kuulutatakse, siis paberil. Nende ilmumist ränis peaks oodata järgmisel aastal.
Praegused Cortex-A9-põhised ARM-i litsentsisaaja protsessorid:
x86 - peamine rivaal
x86 on CISC-arhitektuuride esindaja. Nad kasutavad täielikku käskude komplekti. Üks käsk teeb sel juhul mitu madala taseme toimingut. Erinevalt ARM-ist on programmikood kompaktsem, kuid see ei tööta nii kiiresti ja nõuab rohkem ressursse. Lisaks olid x86-d algusest peale varustatud kõigi vajalike plokkidega, mis viitas nii nende mitmekülgsusele kui ka ahnusele. Täiendav energia kulus käskude tingimusteta paralleelsele täitmisele. See võimaldab saavutada kiiruseelise, kuid mõned toimingud on jõude, kuna need ei vasta eelmistele tingimustele.
Need olid klassikalised x86, kuid alates 80486-st lõi Intel de facto sisemise RISC-tuuma, mis täitis CISC-käske, mis olid varem lagunenud lihtsamateks käskudeks. Kaasaegsetel Inteli ja AMD protsessoritel on sama disain.
Windows 8 ja ARM
ARM ja x86 erinevad tänapäeval vähem kui 30 aastat tagasi, kuid põhinevad siiski erinevatel põhimõtetel, mis eraldab need protsessorituru erinevatesse niššidesse. Arhitektuurid poleks ehk kunagi ristunud, kui arvuti ise poleks muutunud.
Esiplaanile tõusid mobiilsus ja efektiivsus, rohkem hakati tähelepanu pöörama nutitelefonidele ja tahvelarvutitele. Apple teenib palju raha mobiilsete vidinate ja nendega seotud infrastruktuuri pealt. Microsoft ei taha maha jääda ja üritab juba teist aastat tahvelarvutite turul kanda kinnitada. Google’il läheb päris hästi.
Lauaarvutist saab ennekõike töövahend, koduarvuti niši hõivavad tahvelarvutid ja spetsiaalsed seadmed. Nendel tingimustel astub Microsoft enneolematu sammu. . Milleni see kaasa toob, pole päris selge. Saame kaks operatsioonisüsteemi versiooni või ühe, mis töötab mõlema arhitektuuriga. Kas Microsofti x86 tugi matab ARM-i või mitte?
Infot on veel vähe. Microsoft demonstreeris CES 2011 ajal Windows 8 ARM-põhisel seadmel. Steve Ballmer näitas, et ARM-platvormil saate Windowsi abil vaadata videoid, töötada piltidega, kasutada Internetti – Internet Explorer töötas isegi riistvaralise kiirendusega – ühendage USB seadmed dokumentide printimiseks. Selle demo kõige olulisem oli Microsoft Office'i töötamine ARM-is ilma virtuaalmasinata. Esitlusel näidati kolme Qualcommi, Texas Instrumentsi ja NVIDIA protsessoritel põhinevat vidinat. Windowsil oli tavaline "seitse" kest, kuid Microsofti esindajad teatasid uuest, ümber kujundatud süsteemituumast.
Kuid Windows pole mitte ainult Microsofti inseneride loodud operatsioonisüsteem, vaid ka miljonid programmid. Teatud tarkvara on paljude elukutsete jaoks kriitilise tähtsusega. Näiteks Adobe CS pakett. Kas ettevõte toetab tarkvara ARM-Windowsi versiooni või võimaldab uus kernel Photoshopil ja teistel populaarsetel rakendustel töötada NVIDIA Tegra või sarnaste kiipidega arvutites ilma täiendavate koodimuudatusteta?
Lisaks on küsimus videokaartidega. Nüüd tehakse sülearvutite videokaarte lauaarvuti graafikakiipide energiatarbimist optimeerides - need on arhitektuuriliselt samad. Samas on praegu videokaart midagi "arvuti arvuti sees" taolist – sellel on oma ülikiire RAM ja oma arvutuskiip, mis konkreetsetes ülesannetes ületab oluliselt tavapäraseid protsessoreid. On ütlematagi selge, et nende jaoks on tehtud vastav 3D-graafikaga töötavate rakenduste optimeerimine. Jah, ja mitmesugused videotöötlusprogrammid ja graafilised redaktorid (eriti Photoshop versioonist CS4) ning viimasel ajal kasutavad brauserid ka GPU riistvarakiirendust.
Loomulikult on Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS ja teistes mobiilisüsteemides tehtud vajalik optimeerimine erinevate turul olevate mobiilsete (täpsemalt ülimobiilsete) kiirendite jaoks. Windows neid aga ei toeta. Draiverid muidugi kirjutatakse (ja juba kirjutatud - Intel Atom Z500 seeria protsessorid on varustatud kiibiga, kuhu on integreeritud "nutitelefoni" PowerVR SGX 535 graafikatuum), kuid nende jaoks võib rakenduste optimeerimine hiljaks jääda, kui üldse. .
Ilmselgelt ei juurdu "ARM töölaual". Välja arvatud vähese energiatarbega süsteemides, kus nad pääsevad Internetti ja vaatavad filme. Nettopidel üldiselt. Seega püüab ARM ainult hoo sisse võtta nišis, mille Intel Atom on hõivanud ja kuhu AMD oma Brazose platvormiga nüüd aktiivselt trügib. Ja tundub, et ta on osa sellest. Kui just mõlemad protsessorifirmad millegi väga konkurentsivõimelise asjaga "tulistavad".
Kohati konkureerivad juba Intel Atom ja ARM. Neid kasutatakse võrgusalvestuste ja väikese võimsusega serverite loomiseks, mis võivad teenindada väikest kontorit või korterit. Samuti on mitu kommertsklastriprojekti, mis põhinevad ökonoomsetel Inteli kiipidel. Uute ARM Cortex-A9-l põhinevate protsessorite omadused võimaldavad neid kasutada infrastruktuuri toetamiseks. Seega paari aasta pärast saame ARM-servereid ehk ARM-NAS-i väikestele kohalikud võrgud, ei saa välistada vähese energiatarbega veebiserverite tekkimist.
Esimene sparring
ARM-i peamine rivaal x86 poolelt on Intel Atom ja nüüd saate lisada . x86 ja ARM-i võrdlemise viis läbi Van Smith, kes lõi testpaketid OpenSourceMark, miniBench ja üks SiSoftware Sandra kaasautoritest. Võistlusest võtsid osa Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050. X86 kiipide sagedusi vähendati, kuid neil oli siiski eelis tänu täiustatud mälule.
Tulemused olid väga huvitavad. ARM-kiip osutus täisarvuliste operatsioonide puhul sama kiireks kui tema konkurendid, tarbides samal ajal vähem energiat. Siin pole midagi üllatavat. Algselt oli arhitektuur nii üsna kiire kui ka ökonoomne. Ujukomaoperatsioonides kaotas ARM x86. Traditsiooniliselt võimas FPU-plokk, mis on saadaval Inteli ja AMD kiipide jaoks, on siin mõjutanud. Tuletame meelde, et see ilmus ARM-is suhteliselt hiljuti. FPU-le langevad ülesanded hõivavad kaasaegse kasutaja elus märkimisväärse koha - need on mängud, video- ja helikodeering ning muud voogesitustoimingud. Muidugi pole Van Smithi tehtud testid tänapäeval enam nii aktuaalsed. ARM on oluliselt suurendanud oma arhitektuuri nõrkusi Cortex-A9 ja eriti Cortex-A15 versioonides, mis näiteks suudavad juba käske täita tingimusteta, paralleelselt ülesannete täitmist.
ARM-i väljavaade
Millist arhitektuuri peaksite kasutama, kas ARM-i või x86? Kõige parem oleks panustada mõlemale. Täna elame arvutituru ümbervormindamise tingimustes. 2008. aastal ennustasid netbookid helget tulevikku. Odavad kompaktsed sülearvutid oleksid pidanud saama enamiku kasutajate peamiseks arvutiks, eriti globaalse kriisi taustal. Siis aga algas majanduse elavnemine ja tuli iPad. Tahvelarvutid on nüüd turu kuningad. Meelelahutuskonsoolina on tahvelarvuti siiski hea, kuid esmalt puutetundliku sisendi tõttu pole sellega eriti mugav töötada – selle artikli kirjutamine iPadis oleks väga keeruline ja pikk. Kas tahvelarvutid peavad ajaproovile vastu? Võib-olla mõtleme paari aasta pärast välja uue mänguasja.
Kuid siiski, mobiilisegmendis, kus suurt jõudlust ei nõuta ja kasutaja tegevus piirdub peamiselt meelelahutusega ega ole seotud tööga, tundub ARM eelistatavam kui x86. Need tagavad vastuvõetava jõudluse taseme suuresti võrguühenduseta töö. Inteli katsed Atom meelde tuletada on seni olnud ebaõnnestunud. ARM seab jõudlusele vati kohta uue lati. Tõenäoliselt on ARM edukas kompaktsetes mobiilividinates. Netbookide turul võivad nad tõusta ka liidriks, kuid siin ei sõltu kõik mitte niivõrd protsessorite arendajatest, kuivõrd Microsoftist ja Google'ist. Kui esimene rakendab Windows 8-s tavalist ARM-i tuge ja teine toob meelde Chrome OS-i. Seni pole Qualcommi pakutavad nutiraamatud turgu teinud. x86-l põhinevad netbookid jäid ellu.
Läbimurde selles suunas, nagu ARM kavandas, peaks tegema Cortex-A15 arhitektuur. Ettevõte soovitab sellel põhinevaid kahe- ja neljatuumalisi protsessoreid sagedusega 1,0–2,0 GHz kodumeelelahutussüsteemide jaoks, mis ühendavad meediapleieri, 3D-teleri ja Interneti-terminali. Neljatuumalised kiibid sagedusega 1,5–2,5 GHz võivad saada kodu- ja veebiserverite aluseks. Lõpuks on Cortex-A15 kõige ambitsioonikam kasutusjuht infrastruktuur traadita võrgud. See võib kasutada nelja või enama tuumaga kiipe sagedusega 1,5–2,5 GHz.
Aga praegu on need vaid plaanid. Cortex-A15 tutvustati ARM-ile eelmise aasta septembris. Cortex-A9 näitas ettevõte 2007. aasta oktoobris, kaks aastat hiljem esitles ettevõte A9 versiooni, millel on võimalus tõsta kiipide sagedust kuni 2,0 GHz. Võrdluseks, NVIDIA Tegra 2 – üks populaarsemaid Cortex-A9 baasil põhinevaid lahendusi – ilmus alles eelmise aasta jaanuaris. Noh, esimesed sellel põhinevad vidinad said kasutajad tunda veel kuue kuu pärast.
Töötavate personaalarvutite ja suure jõudlusega lahenduste segment jääb x86 jaoks alles. See ei tähenda arhitektuuri surma, kuid rahalises mõttes peaksid Intel ja AMD valmistuma ARM-i protsessorite tootjatele mineva sissetuleku osa kaotamiseks.
