Manapság két legnépszerűbb processzorarchitektúra létezik. Ez az x86, amelyet a 80-as években fejlesztettek ki, és személyi számítógépekben és ARM-ben használják - egy modernebb, amely kisebb és gazdaságosabb processzorokat tesz lehetővé. A legtöbb mobileszközön vagy táblagépen használják.
Mindkét architektúrának megvannak a maga előnyei és hátrányai, valamint alkalmazási területei, de vannak közös jellemzők is. Sok szakértő szerint az ARM a jövő, de még mindig vannak olyan hátrányai, amelyek az x86-nak nincsenek. Mai cikkünkben megvizsgáljuk, miben különbözik a kar architektúrája az x86-tól. Nézzük meg az ARM és az x86 közötti alapvető különbségeket, és próbáljuk meg meghatározni, melyik a jobb.
A processzor minden számítástechnikai eszköz fő alkotóeleme, legyen az okostelefon vagy számítógép. A teljesítménye határozza meg, hogy az eszköz milyen gyorsan fog működni, és mennyi ideig tud működni akkumulátorról. Egyszerűen fogalmazva, a processzorarchitektúra olyan utasítások halmaza, amelyek segítségével programokat állíthatunk össze, és amelyeket a processzortranzisztorok bizonyos kombinációit használó hardverben implementálunk. Ezek lehetővé teszik a programok számára, hogy kölcsönhatásba léphessenek a hardverrel, és meghatározzák, hogyan kerüljenek át adatok a memóriába, illetve hogyan olvashatók ki onnan.
Jelenleg kétféle architektúra létezik: CISC (Complex Instruction Set Computing) és RISC (Reduced Instruction Set Computing). Az első feltételezi, hogy a processzor minden alkalomra végrehajtja az utasításokat, a második, a RISC, a fejlesztők feladatává teszi, hogy hozzanak létre egy processzort a működéshez szükséges minimális utasításokkal. A RISC utasítások kisebbek és egyszerűbbek.
x86 architektúra
Az x86 processzorarchitektúrát 1978-ban fejlesztették ki, és először az Intel processzoraiban jelent meg, és CISC típusú. A neve az első ilyen architektúrájú processzor modelljéről származik - Intel 8086. Idővel jobb alternatíva hiányában más processzorgyártók, például az AMD elkezdték támogatni ezt az architektúrát. Ma már az asztali számítógépek, laptopok, netbookok, szerverek és más hasonló eszközök szabványa. De néha x86 processzorokat használnak a táblagépekben, ez meglehetősen gyakori gyakorlat.
Az első Intel 8086-os processzor 16 bites kapacitású volt, majd 2000-ben megjelent egy 32 bites architektúra, sőt később a 64 bites architektúra is. Ezt egy külön cikkben részletesen tárgyaltuk. Ez idő alatt az architektúra sokat fejlődött, új utasításkészletek és bővítmények kerültek be, amelyek nagymértékben növelhetik a processzor teljesítményét.
Az x86-nak számos jelentős hátránya van. Először is ez a parancsok összetettsége, zavarossága, amely a fejlődés hosszú története miatt keletkezett. Másodszor, az ilyen processzorok túl sok energiát fogyasztanak, és emiatt sok hőt termelnek. Az x86 mérnökei kezdetben a maximális teljesítmény elérésének útját választották, és a sebesség erőforrásokat igényel. Mielőtt megvizsgálnánk az x86 kar közötti különbségeket, beszéljünk az ARM architektúráról.
ARM architektúra
Ezt az architektúrát valamivel később, az x86 mögött vezették be – 1985-ben. A híres brit Acorn cég fejlesztette ki, akkor ezt az architektúrát Arcon Risk Machine néven hívták és a RISC típushoz tartozott, de aztán megjelent a továbbfejlesztett változata az Advanted RISC Machine, ami ma ARM néven ismert.
Ennek az architektúrának a kidolgozásakor a mérnökök azt a célt tűzték ki maguk elé, hogy kiküszöböljék az x86 összes hiányosságát, és egy teljesen új és leghatékonyabb architektúrát hozzanak létre. Az ARM chipek minimális fogyasztásúak és alacsony ár, de az x86-hoz képest gyenge teljesítményt nyújtottak, így kezdetben nem szereztek nagy népszerűséget a személyi számítógépeken.
Az x86-tal ellentétben a fejlesztők kezdetben igyekeztek minimális erőforrásköltséget elérni, kevesebb processzorutasítással, kevesebb tranzisztorral, de ennek megfelelően kevesebbel is. további jellemzők. Az ARM processzorok teljesítménye azonban javult az elmúlt években. Figyelembe véve ezt, és az alacsony fogyasztást, nagyon széles körben használják mobil eszközökben, például táblagépekben és okostelefonokban.
Az ARM és az x86 közötti különbségek
És most, hogy megvizsgáltuk ezeknek az architektúráknak a fejlődéstörténetét és alapvető különbségeiket, részletesen hasonlítsuk össze az ARM-et és az x86-ot különböző jellemzőik alapján, hogy meghatározzuk, melyik a jobb, és pontosabban megérthetjük, hogy mi a különbség.
Termelés
A termelés x86 vs kar más. Csak két cég gyárt x86-os processzorokat: az Intel és az AMD. Kezdetben ez egy cég volt, de ez egy teljesen más történet. Csak ezek a cégek jogosultak ilyen processzorokat gyártani, ami azt jelenti, hogy csak ők fogják irányítani az infrastruktúra fejlesztésének irányát.
Az ARM nagyon eltérően működik. Az ARM-et fejlesztő cég nem ad ki semmit. Egyszerűen engedélyt adnak ki az ilyen architektúrájú processzorok fejlesztésére, és a gyártók bármit megtehetnek, amire szükségük van, például konkrét chipeket állítanak elő a szükséges modulokkal.
Az utasítások száma
Ezek a fő különbségek az arm és az x86 architektúra között. Az x86 processzorok gyorsan fejlődtek, egyre erősebbek és termelékenyebbek. A fejlesztők rengeteg processzorutasítást adtak hozzá, és nem csak egy alapkészlet van, hanem elég sok parancs, ami nélkülözhető lenne. Kezdetben ezt azért tették, hogy csökkentsék a lemezen lévő programok által elfoglalt memória mennyiségét. Számos lehetőséget fejlesztettek ki a védelemre és virtualizációra, optimalizálásra és még sok másra. Mindez további tranzisztorokat és energiát igényel.
Az ARM egyszerűbb. Itt sokkal kevesebb processzor utasítás található, csak azok, amelyekre az operációs rendszernek szüksége van és ténylegesen használatos. Ha összehasonlítjuk az x86-ot, akkor az összesnek csak 30%-a van ott lehetséges utasításokat. Könnyebb megtanulni őket, ha úgy dönt, hogy kézzel ír programokat, és kevesebb tranzisztort igényel a megvalósításuk.
Energiafelhasználás
Az előző bekezdésből egy másik következtetés is levonható. Minél több tranzisztor van a táblán, annál nagyobb a területe és az energiafogyasztása, és ez fordítva is igaz.
Az x86 processzorok sokkal több energiát fogyasztanak, mint az ARM. De az energiafogyasztást magának a tranzisztornak a mérete is befolyásolja. Például egy Intel i7 processzor 47 wattot fogyaszt, az ARM okostelefonok processzorai pedig legfeljebb 3 wattot fogyasztanak. Korábban 80 nm-es egyetlen elemméretű táblákat gyártottak, majd az Intel 22 nm-re csökkentette, idén pedig 1 nanométeres elemméretű táblát tudtak létrehozni a tudósok. Ez nagymértékben csökkenti az energiafogyasztást a teljesítmény elvesztése nélkül.
Az elmúlt években az x86-os processzorok energiafogyasztása nagymértékben csökkent, például az új Intel Haswell processzorok tovább bírják akkumulátorról. Most fokozatosan eltűnik a különbség az arm és az x86 között.
Hőleadás
A tranzisztorok száma befolyásol egy másik paramétert - a hőtermelést. A modern eszközök nem képesek az összes energiát hatékony cselekvéssé alakítani, egy része hő formájában eloszlik. A táblák hatásfoka megegyezik, ami azt jelenti, hogy minél kevesebb tranzisztor és minél kisebb a méretük, annál kevesebb hőt termel a processzor. Itt már nem merül fel a kérdés, hogy az ARM vagy az x86 termel majd kevesebb hőt.
Processzor teljesítménye
Az ARM-et eredetileg nem a maximális teljesítményre tervezték, az x86 itt jeleskedik. Ez részben a tranzisztorok kisebb számának köszönhető. De Utóbbi időben Az ARM processzorok teljesítménye növekszik, laptopokban vagy szerverekben már teljes mértékben használhatóak.
következtetéseket
Ebben a cikkben megvizsgáltuk, miben különbözik az ARM az x86-tól. A különbségek elég komolyak. Az utóbbi időben azonban a két architektúra közötti határ elmosódott. Az ARM processzorok egyre termelékenyebbek és gyorsabbak, az x86 processzorok pedig az alaplap szerkezeti elemeinek méretének csökkentésének köszönhetően kevesebb energiát fogyasztanak és kevesebb hőt termelnek. Szervereken és laptopokon már találhatunk ARM processzorokat, tableteken és okostelefonokon pedig x86-ot.
Mi a véleményetek ezekről az x86-ról és az ARM-ról? Milyen technológia a jövő véleménye szerint? Írd meg kommentben! Apropó, .
Az ARM architektúra fejlesztéséről szóló videó zárásaként:
Mindenki hallott már az ARM architektúráról, akit érdekel a mobil technológia. A legtöbb ember számára azonban ez a táblagép vagy az okostelefon processzoraihoz kapcsolódik. Mások kijavítják őket, tisztázva, hogy ez nem maga a kő, hanem csak az építészete. De szinte egyiküket sem érdekelte, hogy valójában honnan és mikor származik ez a technológia.
Eközben ez a technológia széles körben elterjedt számos modern kütyü között, amelyekből évről évre egyre több van. Ráadásul az ARM processzorok fejlesztését megkezdő cég fejlődési útján van egy érdekes eset, amit nem bűn megemlíteni, talán valakinek tanulságul szolgál a jövőre nézve.
ARM architektúra próbabábukhoz
Az ARM rövidítés egy meglehetősen sikeres brit ARM Limited céget rejt az IT-technológiák területén. Az Advanced RISC Machines rövidítése, és a világ egyik legnagyobb fejlesztője és licencadója a legtöbb hordozható eszközt működtető 32 bites RISC processzorarchitektúrának.
De jellemző, hogy maga a cég nem gyárt mikroprocesszorokat, csak fejleszti és licenceli technológiáját más felek számára. Az ARM mikrokontroller architektúrát különösen a következő gyártók vásárolják:
- Atmel.
- Cirrus Logic.
- Intel.
- Alma.
- nVidia.
- HiSilicon.
- Marvell.
- Samsung.
- Qualcomm.
- Sony Ericsson.
- Texas Instruments.
- Broadcom.
Néhányukat a digitális kütyük fogyasztóinak széles közönsége ismeri. A brit ARM vállalat szerint a technológiájukkal előállított mikroprocesszorok teljes száma több mint 2,5 milliárd. Számos mobil kövek sorozat létezik:
- ARM7 - 60-72 MHz órajel, amely a költségvetési mobiltelefonokra vonatkozik.
- ARM9/ARM9E - a frekvencia már magasabb, körülbelül 200 MHz. A funkcionálisabb okostelefonok és a PDA-k ilyen mikroprocesszorokkal vannak felszerelve.
A Cortex és az ARM11 a korábbi ARM mikrovezérlő architektúrához képest modernebb mikroprocesszorcsaládok, akár 1 GHz-es órajellel és fejlett digitális jelfeldolgozási képességekkel.
A Marvell népszerű xScale mikroprocesszorai (2007 nyár közepéig a projekt az Intel rendelkezésére állt) tulajdonképpen az ARM9 architektúra kiterjesztett változata, kiegészítve a Wireless MMX utasításkészlettel. Ezt a döntést Az Intel a multimédiás alkalmazások támogatására összpontosított.
Az ARM technológia egy 32 bites mikroprocesszor architektúrára utal, amely csökkentett utasításkészletet tartalmaz, amelyet RISC-nek neveznek. Számítások szerint az ARM processzorok használata az összes gyártott RISC processzor 82% -a, ami a 32 bites rendszerek meglehetősen széles lefedettségét jelzi.
Számos elektronikus eszköz ARM processzorarchitektúrával van felszerelve, és ezek nem csak PDA-k és mobiltelefonok, hanem kézi játékkonzolok, számológépek, számítógép-perifériák, hálózati berendezések és még sok más.
Egy kis utazás vissza az időben
Vigyünk vissza egy képzeletbeli időgépet néhány évre, és próbáljuk meg kitalálni, hol kezdődött minden. Nyugodtan kijelenthetjük, hogy az ARM inkább monopolista a maga területén. És ezt megerősíti, hogy az okostelefonok és egyéb elektronikus digitális eszközök túlnyomó többségét ennek az architektúrának a felhasználásával létrehozott mikroprocesszorok vezérlik.
1980-ban megalapították az Acorn Computers-t, és személyi számítógépeket kezdett létrehozni. Ezért az ARM korábban Acorn RISC Machines néven jelent meg.
Egy évvel később bemutatták a fogyasztóknak a BBC Micro PC otthoni változatát a legelső ARM processzorarchitektúrával. Siker volt, azonban a chip nem tudott megbirkózni a grafikus feladatokkal, és a többi opció a Motorola 68000 és a National Semiconductor 32016 processzorok formájában sem volt alkalmas erre.
Ezután a cégvezetés saját mikroprocesszor létrehozásán gondolkodott. A mérnököket egy új processzor-architektúra érdekelte, amelyet egy helyi egyetem végzett hallgatói találtak ki. Csak a csökkentett utasításkészletet vagy RISC-t használta. És az első számítógép megjelenése után, amelyet az Acorn Risc Machine processzor vezérelt, a siker meglehetősen gyorsan jött - 1990-ben megállapodás született a brit márka és az Apple között. Ezzel megkezdődött egy új lapkakészlet fejlesztése, ami viszont egy egész fejlesztőcsapat megalakulásához vezetett, amelyet Advanced RISC Machines-nek vagy ARM-nek neveznek.
1998-tól kezdve a cég nevét ARM Limited-re változtatta. És most már nem vesznek részt szakemberek az ARM architektúra gyártásában és megvalósításában. Mit adott? Ez semmilyen módon nem befolyásolta a cég fejlődését, bár a cég fő és egyetlen iránya a technológiák fejlesztése volt, valamint a licencek értékesítése külső cégeknek, hogy azok a processzorarchitektúrát használják. Egyes cégek ugyanakkor jogokat szereznek a kész magokhoz, míg mások egy megszerzett licenc alapján saját magokkal látják el a processzorokat.
Egyes adatok szerint a cég bevétele minden ilyen megoldáson 0,067 $. De ez az információ átlagos és elavult. A chipkészletekben lévő magok száma évről évre nő, és ennek megfelelően a modern processzorok költsége meghaladja a régebbi modelleket.
Alkalmazási terület
A mobileszközök fejlesztése hozta meg az ARM Limited óriási népszerűségét. És amikor a termelés az okostelefonok és egyéb hordozható elektronikus eszközök széles körben elterjedt, az energiatakarékos processzorok azonnal alkalmazásra találtak. Érdekelne, hogy létezik-e Linux on arm architektúra?
Az ARM fejlesztésének csúcspontja 2007-ben volt, amikor megújították az Apple márkával való partnerségét. Ezt követően bemutatták a fogyasztóknak az első ARM processzorra épülő iPhone-t. Azóta egy ilyen processzor-architektúra szinte minden olyan okostelefon változatlan elemévé vált, amely csak a modern mobilpiacon található.
Elmondhatjuk, hogy szinte minden modern elektronikai eszköz, amelyet processzorral kell vezérelni, valamilyen módon ARM chipekkel van felszerelve. Az pedig, hogy egy ilyen processzorarchitektúra számos operációs rendszert támogat, legyen az Linux, Android, iOS és Windows, vitathatatlan előny. Köztük van a Windows beágyazott CE 6.0 Core is, az arm architektúrát is ez támogatja. Ezt a platformot kézi számítógépekhez, mobiltelefonokhoz és beágyazott rendszerekhez tervezték.
Az x86 és az ARM megkülönböztető jellemzői
Sok felhasználó, aki sokat hallott az ARM-ről és az x86-ról, kissé összekeveri ezt a két architektúrát egymással. Vannak azonban bizonyos különbségek. Az architektúráknak két fő típusa van:
- CISC (Complex Instruction Set Computing).
- Számítástechnika).
A CISC-ben x86-os processzorok (Intel vagy AMD), a RISC-ben, amint már érthető, az ARM család. Az x86 és az arm architektúrának megvannak a maga rajongói. Az ARM szakembereinek erőfeszítéseinek köszönhetően, akik az energiahatékonyságot és az egyszerű utasításkészlet használatát hangsúlyozták, a processzorok nagy hasznot húztak ebből - a mobilpiac rohamos fejlődésnek indult, és sok okostelefon szinte felért a számítógépek képességeivel.
Az Intel viszont mindig is híres volt arról, hogy nagy teljesítményű és sávszélességű processzorokat gyárt asztali PC-k, laptopok, szerverek és még szuperszámítógépek számára is.
Ez a két család a maga módján megnyerte a felhasználók szívét. De mi a különbségük? Számos megkülönböztető vagy akár jellemző is létezik; nézzük meg ezek közül a legfontosabbakat.
Feldolgozási teljesítmény
Kezdjük ezzel a paraméterrel elemezni az ARM és az x86 architektúrák közötti különbségeket. A RISC professzorok specialitása, hogy a lehető legkevesebb oktatást használják fel. Ezenkívül a lehető legegyszerűbbnek kell lenniük, ami nemcsak a mérnökök, hanem a szoftverfejlesztők számára is előnyt jelent.
A filozófia itt egyszerű - ha az utasítások egyszerűek, akkor a kívánt áramkör nem igényel túl sok tranzisztort. Ennek eredményeként további hely szabadul fel valamire, vagy a forgácsméretek kisebbek lesznek. Emiatt az ARM mikroprocesszorok elkezdték integrálni a perifériás eszközöket, például a grafikus processzorokat. Jó példa erre a Raspberry Pi számítógép, amelynek minimális számú alkatrésze van.
Az egyszerű utasításoknak azonban ára van. Bizonyos feladatok elvégzéséhez szüksége van további utasításokat, ami általában megnövekedett memóriafelhasználáshoz és feladatvégrehajtási időhöz vezet.
Az arm processzor architektúrától eltérően a CISC chipek utasításai, például az Intel megoldásai, nagy rugalmassággal képesek összetett feladatokat végrehajtani. Más szavakkal, a RISC-alapú gépek regiszterek között hajtanak végre műveleteket, és általában megkövetelik, hogy a program a művelet végrehajtása előtt változókat töltsön be a regiszterbe. A CISC processzorok többféle módon is képesek műveleteket végrehajtani:
- regiszterek között;
- a regiszter és a memóriahely között;
- memóriasejtek között.
De ez csak egy része megkülönböztető jellegzetességek, térjünk át más jelek elemzésére.
Energiafelhasználás
Az eszköz típusától függően az energiafogyasztásnak különböző fokú jelentősége lehet. Egy állandó áramforráshoz (elektromos hálózathoz) csatlakoztatott rendszer esetében egyszerűen nincs korlátozva az energiafogyasztás. A mobiltelefonok és más elektronikus kütyük azonban teljes mértékben az energiagazdálkodástól függenek.
A másik különbség az arm és az x86 architektúra között, hogy az előbbi fogyasztása kevesebb, mint 5 W, sok kapcsolódó csomaggal együtt: GPU-k, perifériák, memória. Ez a kis teljesítmény a tranzisztorok kisebb számának és viszonylag alacsony sebességének köszönhető (ha párhuzamot vonunk az asztali processzorokkal). Ez ugyanakkor kihat a termelékenységre is – az összetett műveletek végrehajtása tovább tart.
Az Intel magjai összetettebb felépítésűek, és ennek eredményeként az energiafogyasztásuk is lényegesen magasabb. Például egy nagy teljesítményű Intel I-7 processzor körülbelül 130 W-ot fogyaszt, mobil verziók- 6-30 W.
Szoftver
Elég nehéz összehasonlítani ezt a paramétert, mivel mindkét márka nagyon népszerű a körükben. Az arm-architecture processzorokon alapuló eszközök tökéletesen működnek mobil operációs rendszerekkel (Android stb.).
Az Intel processzorokat futtató gépek képesek olyan platformok futtatására, mint a Windows és a Linux. Ezenkívül mindkét mikroprocesszor-család barátságos a Java nyelven írt alkalmazásokkal.
Az architektúrák közötti különbségeket elemezve egy dolog biztos: az ARM processzorok elsősorban a mobil eszközök energiafogyasztását kezelik. Az asztali megoldások fő célja a nagy teljesítmény biztosítása.
Új eredmények
Az ARM cég hozzáértő politikája miatt teljesen átvette az irányítást a mobilpiac felett. De a jövőben nem fog itt megállni. Nem sokkal ezelőtt bemutatták a magok új fejlesztését: a Cortex-A53-at és a Cortex-A57-et, amelyek egy fontos frissítést kaptak - a 64 bites számítástechnika támogatását.
Az A53 mag az ARM Cortex-A8 közvetlen utódja, amely bár teljesítménye nem volt túl magas, fogyasztása minimális volt. Amint a szakértők megjegyzik, az architektúra energiafogyasztása 4-szeresére csökken, és teljesítmény szempontjából nem lesz rosszabb, mint a Cortex-A9 mag. És ez annak ellenére, hogy az A53 magterülete 40%-kal kisebb, mint az A9-é.
Az A57 mag a Cortex-A9 és a Cortex-A15 helyére lép. Ugyanakkor az ARM mérnökei fenomenális teljesítménynövekedést állítanak – háromszor nagyobb teljesítményt, mint az A15 magé. Vagyis az A57 mikroprocesszor hatszor gyorsabb lesz, mint a Cortex-A9, energiahatékonysága pedig 5-ször jobb lesz, mint az A15-é.
Összefoglalva, a cortex sorozat, nevezetesen a fejlettebb a53, magasabb teljesítményben különbözik elődeitől az ugyanolyan magas energiahatékonyság hátterében. Még a legtöbb okostelefonra telepített Cortex-A7 processzorok sem versenyezhetnek!
De ami még értékesebb, az az, hogy az arm cortex a53 architektúrája az az összetevő, amely lehetővé teszi a memóriahiánnyal kapcsolatos problémák elkerülését. Ezenkívül a készülék lassabban meríti le az akkumulátort. Az új terméknek köszönhetően ezek a problémák a múlté lesznek.
Grafikus megoldások
Az ARM a processzorok fejlesztése mellett a Mali sorozatú grafikus gyorsítók megvalósításán dolgozik. Közülük pedig a legelső a Mali 55. Az LG Renoir telefont ezzel a gyorsítóval szerelték fel. És igen, ez a leghétköznapibb mobiltelefon. Csak ebben a GPU nem volt felelős a játékokért, hanem csak a felületet renderelte, mert a modern szabványok alapján a grafikus processzor primitív képességekkel rendelkezik.
De a fejlődés menthetetlenül előre repül, és ezért, hogy lépést tartson a korral, az ARM fejlettebb modellekkel is rendelkezik, amelyek a közepes árú okostelefonok számára relevánsak. A közös Mali-400 MP és Mali-450 MP GPU-ról beszélünk. Bár alacsony a teljesítményük és korlátozott az API-készletük, ez nem akadályozza meg őket abban, hogy alkalmazást találjanak a modern mobil modellekben. Kirívó példa erre a Zopo ZP998 telefon, amelyben a nyolcmagos MTK6592 chip Mali-450 MP4 grafikus gyorsítóval párosul.
Versenyképesség
Jelenleg még senki nem ellenzi az ARM-et, és ez elsősorban annak köszönhető, hogy akkoriban jó döntés született. De egyszer régen, útja kezdetén egy fejlesztőcsapat a PC-k processzorainak létrehozásán dolgozott, és még kísérletet is tettek, hogy felvegyék a versenyt egy olyan óriással, mint az Intel. De még a tevékenységi irányváltás után is nehéz dolga volt a cégnek.
És amikor a világhírű számítógépmárka, a Microsoft megállapodást kötött az Intellel, más gyártóknak egyszerűen nem volt esélyük - a Windows operációs rendszer nem volt hajlandó együttműködni az ARM processzorokkal. Hogyan lehet nem ellenállni a gcam emulátorok használatának az arm architektúrában?! Ami az Intelt illeti, az ARM Limited sikerhullámát figyelve megpróbált olyan processzort létrehozni, amely méltó versenytársa lenne. Ebből a célból az Intel Atom chipet a nagyközönség számára elérhetővé tették. De ez sokkal hosszabb ideig tartott, mint az ARM Limitednél. A chipet pedig csak 2011-ben kezdték gyártani, de a drága idő már elveszett.
Az Intel Atom lényegében egy CISC processzor x86 architektúrával. A szakembereknek kisebb energiafogyasztást sikerült elérniük, mint az ARM megoldásoknál. A mobil platformokra kiadott összes szoftver azonban rosszul illeszkedik az x86 architektúrához.
Végül a vállalat felismerte a döntés hatalmasságát, és ezt követően felhagyott a mobileszközökhöz való processzorok gyártásával. Az Intel Atom chipek egyetlen jelentős gyártója az ASUS. Ugyanakkor ezek a processzorok nem süllyedtek a feledés homályába, a netbookokat, nettopokat és egyéb hordozható eszközöket tömegesen szerelik fel velük.
Lehetséges azonban, hogy a helyzet megváltozik, és mindenki kedvenc Windows operációs rendszere támogatja az ARM mikroprocesszorokat. Ráadásul ebbe az irányba is történnek lépések, lehet, hogy tényleg megjelenik valami olyan, mint a gcam emulátorok ARM architektúrán a mobil megoldásokhoz?! Ki tudja, az idő eldönti, és minden a helyére kerül.
Az ARM cég fejlődésének történetében van egy érdekes pont (a cikk legelején ez volt a cél). Valamikor régen az ARM Limited az Apple-re épült, és valószínűleg az összes ARM technológia hozzá tartozott volna. A sors azonban másként döntött - 1998-ban az Apple válságba került, és a menedzsment kénytelen volt eladni részesedését. Jelenleg egy szinten van más gyártókkal, és továbbra is az ARM Limitedtől vásárol technológiát iPhone és iPad készülékeihez. Ki tudhatta volna, hogyan alakulhatnak a dolgok?!
A modern ARM processzorok bonyolultabb műveletek elvégzésére is képesek. A közeljövőben pedig a cég menedzsmentjének célja a szerverpiacra való belépés, amiben kétségtelenül érdeklődik. Ráadásul modern korunkban, amikor közeledik a tárgyak internete (IoT), ezen belül az „okos” háztartási gépek fejlődésének korszaka, még nagyobb keresletet jósolhatunk az ARM architektúrájú chipek iránt.
Tehát az ARM Limited korántsem sivár jövő előtt áll! És nem valószínű, hogy a közeljövőben lesz valaki, aki kiszoríthatja ezt a kétségtelenül mobilóriást az okostelefonok és más hasonló elektronikus eszközök processzorainak fejlesztésében.
Következtetésként
Az ARM processzorok gyorsan átvették az uralmat a mobileszközök piacán, mindezt az alacsony fogyasztásnak és a bár nem túl magas, de jó teljesítménynek köszönhetően. Az ARM jelenlegi állapotát csak irigyelni lehet. Sok gyártó használja a technológiáit, ami az Advanced RISC Machines-t olyan óriásokkal teszi egyenrangúvá a processzorfejlesztés terén, mint az Intel és az AMD. És ez annak ellenére, hogy a cégnek nincs saját termelése.
A mobilmárka versenytársa egy ideig az azonos nevű architektúrájú MIPS cég volt. Ám jelenleg még csak egyetlen komoly versenytárs van az Intel Corporation személyében, bár vezetése nem hiszi, hogy az arm architektúra veszélyt jelenthet a piaci részesedésére.
Ezenkívül az Intel szakértői szerint az ARM processzorok nem képesek az operációs rendszerek asztali verzióinak futtatására. Egy ilyen kijelentés azonban kissé logikátlanul hangzik, mivel az ultramobil PC-k tulajdonosai nem használnak „nehéz” szoftver. A legtöbb esetben internet-hozzáférésre, dokumentumok szerkesztésére, médiafájlok (zene, filmek) hallgatására és egyéb egyszerű feladatokra van szüksége. Az ARM-megoldások pedig jól megbirkóznak az ilyen műveletekkel.
Mindenki, akit érdekel a mobil technológia, biztosan hallotta már az ARM nevet. Sokan ezt a rövidítést az okostelefonok és táblagépek processzorának egy típusaként értik, mások tisztázzák, hogy ez egyáltalán nem processzor, hanem architektúrája. És bizony kevesen mélyedtek el az ARM megjelenésének történetében. Ebben a cikkben megpróbáljuk megérteni ezeket az árnyalatokat, és elmondjuk, miért van szükség a modern eszközökhöz ARM processzorokra.
Rövid kirándulás a történelembe
Amikor az „ARM” kifejezésre keres, a Wikipédia két jelentést ad ennek a rövidítésnek: Acorn RISC Machine és Advanced RISC Machines. Kezdjük sorban. Az 1980-as években megalapították az Egyesült Királyságban az Acorn Computerst, amely azzal kezdte tevékenységét, hogy személyi számítógépek. Abban az időben a makkot „brit almának” is hívták. A cég számára a döntő időszak a 80-as évek vége volt, amikor főmérnöke kihasználta két helyi egyetemi diplomás megoldását, akik az újfajta csökkentett utasításkészletű (RISC) processzorarchitektúra. Így jelent meg az első Acorn Risc Machine processzorra épülő számítógép. A siker nem váratott sokáig. 1990-ben a britek megállapodást kötöttek az Apple-lel, és hamarosan elkezdtek dolgozni a lapkakészlet új verzióján. A fejlesztőcsapat végül megalapította az Advanced RISC Machines nevű céget a processzor ihlette. Az új architektúrájú chipek Advanced Risc Machine vagy röviden ARM néven is ismertté váltak.1998 óta az Advanced Risc Machine ARM Limited néven vált ismertté. A cég jelenleg nem foglalkozik saját feldolgozóinak gyártásával és értékesítésével. Az ARM Limited fő és egyetlen tevékenysége technológiák fejlesztése és licencek értékesítése különböző cégek számára az ARM architektúra használatához. Egyes gyártók licencet vásárolnak kész magokra, mások úgynevezett „architektúra licencet” vásárolnak saját maggal rendelkező processzorok gyártásához. Ilyen cégek közé tartozik az Apple, a Samsung, a Qualcomm, az nVidia, a HiSilicon és mások. Egyes jelentések szerint az ARM Limited minden ilyen processzoron 0,067 dollárt keres. Ez a szám átlagos és egyben elavult is. Évről évre egyre több mag található a chipkészletekben, és az új többmagos processzorok költségükben felülmúlják az elavult modelleket.
Az ARM chipek műszaki jellemzői
Kétféle modern processzorarchitektúra létezik: CISC(Complex Instruction Set Computing) és RISC(Csökkentett utasításkészletű számítástechnika). A CISC architektúra tartalmazza az x86 processzorcsaládot (Intel és AMD), a RISC architektúra pedig az ARM családot. A fő formai különbség a RISC és a CISC, és ennek megfelelően az ARM x86 között a RISC processzorokban használt csökkentett utasításkészlet. Például a CISC architektúrában minden utasítás több RISC utasítássá alakul. Ezenkívül a RISC processzorok kevesebb tranzisztort használnak, és így kevesebb energiát fogyasztanak.Az ARM processzorok fő prioritása a teljesítmény és az energiafogyasztás aránya. Az ARM teljesítmény/watt aránya nagyobb, mint az x86. A szükséges teljesítményt 24 x86 magból vagy több száz kis, alacsony fogyasztású ARM magból kaphatja. Természetesen még az egyik legerősebb ARM architektúrára épülő processzor sem lesz összehasonlítható teljesítményben Intel Core i7. De ugyanannak az Intel Core i7-nek aktív hűtőrendszerre van szüksége, és soha nem fog beleférni a telefontokba. Itt az ARM-nek nincs versenytársa. Ez egyrészt vonzó lehetőségnek tűnik, ha ezer x86-os processzor helyett millió ARM processzort használó szuperszámítógépet építhet. Másrészt a két architektúra nem hasonlítható össze egyértelműen. Bizonyos szempontból az ARM-nek, máshol az x86-nak lesz előnye.
Az ARM architektúra chip-processzorok hívása azonban nem teljesen helyes. Számos processzormag mellett más alkatrészeket is tartalmaznak. A legmegfelelőbb kifejezés az „egy chip” vagy a „rendszer egy chipen” (SoC) lenne. A mobileszközök modern egychipes rendszerei RAM-vezérlőt, grafikus gyorsítót, videodekódert, audiokodeket és vezeték nélküli kommunikációs modulokat tartalmaznak. Mint korábban említettük, az egyes lapkakészlet-összetevőket külső gyártók is fejleszthetik. Ennek legszembetűnőbb példája a grafikus magok, amelyeket az ARM Limited (Mali grafika) mellett a Qualcomm (Adreno), az NVIDIA (GeForce ULP) és az Imagination Technologies (PowerVR) fejleszt.
A gyakorlatban ez így néz ki. A legtöbb olcsó Android-mobileszköz a cég által gyártott lapkakészlettel érkezik MediaTek, amely szinte kivétel nélkül követi az ARM Limited utasításait, és kiegészíti azokat Cortex-A magokkal és Mali grafikával (ritkábban PowerVR-rel).
Az A-márkák gyakran gyártott lapkakészleteket használnak zászlóshajójukhoz Qualcomm. A legújabb Qualcomm Snapdragon lapkák (,) egyébként teljesen egyedi Kryo magokkal vannak felszerelve a központi processzorhoz, és Adreno-val a grafikus gyorsítóhoz.
Vonatkozó alma, majd az iPhone és iPad esetében a cég saját A sorozatú chipjeit használja a PowerVR grafikus gyorsítóval, amelyeket külső cégek gyártanak. Így egy 64 bites négymagos A10 Fusion processzorral és egy PowerVR GT7600 grafikus processzorral rendelkezik.
A processzorcsalád architektúrája relevánsnak tekinthető a cikk írásakor ARMv8. Ez volt az első, amely 64 bites utasításkészletet használt, és több mint 4 GB RAM-ot támogat. Az ARMv8 architektúra visszafelé kompatibilis a 32 bites alkalmazásokkal. Az ARM Limited által kifejlesztett leghatékonyabb és legerősebb processzormag jelenleg az Cortex-A73, és a legtöbb SoC-gyártó változatlanul használja.
A Cortex-A73 30%-kal nagyobb teljesítményt nyújt, mint a Cortex-A72, és támogatja az ARMv8 architektúra teljes skáláját. A processzor maximális magfrekvenciája 2,8 GHz.
Az ARM felhasználási köre
Az ARM legnagyobb hírneve a mobileszközök fejlesztéséből származott. Az okostelefonok és más hordozható berendezések tömeggyártásának előestéjén jól jöttek az energiatakarékos processzorok. Az ARM Limited fejlesztése 2007-ben csúcsosodott ki, amikor a brit cég megújította partnerségét az Apple-lel, majd nem sokkal később a cupertinói csapat bemutatta első ARM architektúrára épülő processzorral szerelt iPhone-ját. Ezt követően az ARM architektúrán alapuló egychipes rendszer szinte az összes piacon lévő okostelefon változatlan összetevőjévé vált.
Az ARM Limited portfóliója nem korlátozódik csak a Cortex-A család magjaira. Valójában a Cortex márkanév alatt három processzormag-sorozat található, amelyeket A, R, M betűk jelölnek. Core család Cortex-A, mint már tudjuk, a legerősebb. Főleg okostelefonokban, táblagépekben, TV set-top boxokban, műholdvevőkben, autóipari rendszerekben és robotikában használják őket. Processzor magok Cortex-R nagy teljesítményű feladatok valós idejű elvégzésére optimalizálva, így az ilyen chipek orvosi berendezésekben, autonóm biztonsági rendszerekben és adathordozókban is megtalálhatók. A család fő feladata Cortex-M az egyszerűség és az alacsony költség. Technikailag ezek a leggyengébb processzormagok a legalacsonyabb energiafogyasztással. Az ilyen magokra épülő processzorokat szinte mindenhol használják, ahol minimális energia és alacsony költség szükséges egy eszköztől: érzékelők, vezérlők, riasztók, kijelzők, okos óraés egyéb felszerelések.
Általánosságban elmondható, hogy a legtöbb modern eszköz a kicsitől a nagyig, amely CPU-t igényel, ARM chipeket használ. Hatalmas plusz az a tény, hogy az ARM architektúrát számos operációs rendszer támogatja Linux platformon (beleértve az Android és Chrome OS), iOS és Windows (Windows Phone) operációs rendszert.
Piaci verseny és jövőbeli kilátások
Érdemes felismerni, hogy az ARM-nek jelenleg nincs komoly versenytársa. És ez nagyjából annak a ténynek köszönhető, hogy az ARM Limited egy bizonyos időpontban megtette jó választás. Ám útja legelején a cég processzorokat gyártott PC-k számára, és még az Intellel is megpróbálta felvenni a versenyt. Miután az ARM Limited megváltoztatta tevékenységének irányát, szintén nehéz dolga volt. Ezután a Microsoft által képviselt szoftvermonopolista, miután partnerségi megállapodást kötött az Intellel, nem hagyott esélyt más gyártóknak, köztük az ARM Limited-nek - a Windows operációs rendszer egyszerűen nem működött az ARM processzorokkal rendelkező rendszereken. Bármilyen paradoxon is hangzik, de most a helyzet drámaian megváltozhat, és a Windows operációs rendszer készen áll a processzorok támogatására ezen az architektúrán.
Az ARM chipek sikere nyomán az Intel megpróbált versenyképes processzort létrehozni, és egy chippel lépett a piacra Intel Atom. Sokkal tovább tartott neki ezt megtenni, mint az ARM Limitednek. A lapkakészlet 2011-ben indult a gyártásba, de, mint mondják, a vonat már elment. Az Intel Atom egy CISC processzor x86 architektúrával. A cég mérnökei alacsonyabb energiafogyasztást értek el, mint az ARM-ben, de jelenleg számos mobilszoftver rosszul alkalmazkodik az x86 architektúrához.
Tavaly az Intel több kulcsfontosságú döntést is felhagyott a mobilrendszerek továbbfejlesztésével kapcsolatban. Lényegében egy mobil eszközökkel foglalkozó cég, mivel veszteségessé váltak. Az egyetlen nagy gyártó, amely okostelefonjait Intel Atom lapkakészletekkel látta el, az ASUS volt. Az Intel Atom azonban továbbra is széles körben elterjedt a netbookokban, nettopokon és más hordozható eszközökben.
Az ARM Limited pozíciója a piacon egyedülálló. Jelenleg szinte minden gyártó használja a fejlesztéseit. A cégnek azonban nincsenek saját gyárai. Ez nem akadályozza meg abban, hogy egy szinten álljon az Intellel és az AMD-vel. Az ARM története egy másik érdekes tényt is tartalmaz. Lehetséges, hogy most az ARM technológia az Apple-é lehet, amely az ARM Limited megalakulásának középpontjában állt. Ironikus módon 1998-ban a válságos időket átélő cupertinoiak eladták a részesedésüket. Most az Apple más cégekkel együtt kénytelen licencet vásárolni az iPhone-ban és iPadben használt ARM processzorokhoz.
Napjainkban az ARM processzorok komoly feladatok elvégzésére képesek. A közeljövőben szervereken is használatba kerülnek, különösen a Facebook és a PayPal adatközpontjaiban vannak már ilyen megoldások. A dolgok internete (IoT) és az intelligens otthoni eszközök fejlődésének korszakában az ARM chipek iránti igény még nagyobb lett. A legérdekesebb dolgok tehát még hátravannak az ARM számára.
A modern kütyük túlnyomó többsége ARM architektúrán alapuló processzorokat használ, amelyet az azonos nevű ARM Limited cég fejlesztett ki. Érdekesség, hogy a cég nem maga gyárt processzorokat, hanem csak külső chipgyártóknak adja licenci technológiáit. Emellett a cég Cortex processzormagokat és Mali grafikus gyorsítókat is fejleszt, melyekre ebben az anyagban mindenképpen kitérünk.
ARM Limited
Az ARM cég tulajdonképpen monopolista a maga területén, és a különböző mobil operációs rendszereken futó modern okostelefonok és táblagépek túlnyomó többsége ARM architektúrán alapuló processzorokat használ. A chipgyártók egyedi magokat, utasításkészleteket és kapcsolódó technológiákat licencelnek az ARM-től, és a licencek költsége jelentősen eltér a processzormagok típusától függően (ez az alacsony fogyasztású költségvetési megoldásoktól a legmodernebb négymagos és akár nyolcmagosig terjedhet chipek) és további alkatrészek. Az ARM Limited 2006-os éves bevételi jelentése 161 millió dollár bevételt mutatott körülbelül 2,5 milliárd processzor licenceléséből (a 2011-es 7,9 milliárdhoz képest), ami chipenként körülbelül 0,067 dollárt jelent. Ez azonban a fent említett okokból kifolyólag nagyon átlagos adat a különböző licencek árkülönbsége miatt, és azóta a cég profitjának többszörösére kellett volna nőnie.
Jelenleg az ARM processzorok nagyon elterjedtek. Az ezen az architektúrán alapuló chipeket mindenhol használják, beleértve a szervereket is, de leggyakrabban az ARM beágyazott és mobil rendszerekben található, a merevlemez-vezérlőktől a modern okostelefonokig, táblagépekig és egyéb kütyükig.
Cortex magok
Az ARM több magcsaládot fejleszt, amelyeket különböző feladatokhoz használnak. Például a Cortex-Mx és Cortex-Rx alapú processzorokat (ahol az „x” a mag pontos számát jelző számjegy vagy szám) használják beágyazott rendszerekben, sőt fogyasztói eszközökben is, például útválasztókban vagy nyomtatókban.
Nem foglalkozunk velük részletesen, mert elsősorban a Cortex-Ax család érdekel minket - az ilyen magokkal rendelkező chipeket a legproduktívabb eszközökben használják, beleértve az okostelefonokat, táblagépeket és játékkonzolokat. Az ARM folyamatosan dolgozik a Cortex-Ax vonal új magjain, de a cikk írásakor a következőket használják az okostelefonokban:
Minél magasabb ez a szám, annál nagyobb a processzor teljesítménye, és ennek megfelelően annál drágább az eszközosztály, amelyben használják. Érdemes azonban megjegyezni, hogy ezt a szabályt nem mindig tartják be: például a Cortex-A7 magokra épülő chipek teljesítménye nagyobb, mint a Cortex-A8-on alapulóké. Ha azonban a Cortex-A5 alapú processzorok már szinte elavultnak számítanak, és szinte nem is használják a modern eszközökben, akkor a Cortex-A15 alapú CPU-k megtalálhatók a zászlóshajó kommunikátorokban és táblagépekben. Nem sokkal ezelőtt az ARM hivatalosan is bejelentette új, erősebb és egyben energiahatékony Cortex-A53 és Cortex-A57 magok kifejlesztését, amelyeket az ARM big.LITTLE technológiával egy chipen kombinálnak és támogatják az ARMv8-at. utasításkészlet („architektúra verzió”), de jelenleg nem használják a főbb fogyasztói eszközökben. A legtöbb Cortex-magos chip lehet többmagos, és a négymagos processzorok gyakoriak a mai csúcskategóriás okostelefonokban.
Az okostelefonok és táblagépek nagy gyártói általában olyan jól ismert chipgyártók processzorait használják, mint a Qualcomm, vagy saját megoldásaikat, amelyek már igen népszerűvé váltak (például a Samsung és Exynos lapkakészlet-családja), de a legtöbb kütyü műszaki jellemzői közé tartozik. kis cégek Gyakran találhat olyan leírásokat, mint „1 GHz-es Cortex-A7 processzor” vagy „1 GHz-es kétmagos Cortex-A7”, amelyek az átlagos felhasználónak nem mond semmit. Annak érdekében, hogy megértsük, mi a különbség az ilyen magok között, összpontosítsunk a főbbekre.
A Cortex-A5 magot alacsony költségű processzorokban használják a legtöbb költségvetési eszközhöz. Az ilyen eszközöket csak korlátozott számú feladatok elvégzésére és egyszerű alkalmazások futtatására szánják, de egyáltalán nem erőforrásigényes programokra és különösen játékokra. A Cortex-A5 processzorral szerelt kütyü például a Highscreen Blast, amely egy Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 chipet kapott, amely két Cortex-A5 magot tartalmaz 1,2 GHz-en.
A Cortex-A7 processzorok erősebbek, mint a Cortex-A5 chipek, és gyakoribbak is. Az ilyen chipeket 28 nanométeres folyamattechnológiával gyártják, és nagy, akár 4 megabájtos második szintű gyorsítótárral rendelkeznek. A Cortex-A7 magok főként a pénztárcabarát okostelefonokban és az alacsony költségű, közepes kategóriájú eszközökben találhatók meg, mint például az iconBIT Mercury Quad, valamint kivételként az Exynos 5 Octa processzorral felszerelt Samsung Galaxy S IV GT-i9500-ban is – ez a lapkakészlet energiatakarékos technológia igénytelen feladatok elvégzésekor.négymagos Cortex-A7 processzor.
A Cortex-A8 mag nem olyan elterjedt, mint szomszédai, a Cortex-A7 és a Cortex-A9, de még mindig használják különféle belépő szintű kütyükben. A Cortex-A8 chipek működési órajele 600 MHz-től 1 GHz-ig terjedhet, de néha a gyártók a processzorokat magasabb frekvenciákra is túlhajtják. A Cortex-A8 mag sajátossága a többmagos konfigurációk támogatásának hiánya (azaz ezeken a magokon a processzorok csak egymagosak lehetnek), és 65 nanométeres feldolgozási technológiával hajtják végre, amit már figyelembe vettek. elavult.
Cortex-A9
Alig néhány éve a Cortex-A9 magokat csúcsmegoldásnak tekintették, és mind a hagyományos egymagos, mind az erősebb kétmagos lapkákban használták, mint például az Nvidia Tegra 2 és a Texas Instruments OMAP4. Jelenleg a 40 nanométeres feldolgozási technológiával készült Cortex-A9 processzorok nem veszítenek népszerűségükből, és számos közepes szegmensű okostelefonban használják. Az ilyen processzorok működési frekvenciája 1-2 vagy több gigahertz lehet, de általában 1,2-1,5 GHz-re korlátozódik.
2013 júniusában az ARM hivatalosan bemutatta a Cortex-A12 magot, amelyet egy új, 28 nanométeres folyamattechnológiával gyártanak, és a Cortex-A9 magok helyettesítésére tervezték a középső szegmensű okostelefonokban. A fejlesztő 40%-os teljesítménynövekedést ígér a Cortex-A9-hez képest, ráadásul a Cortex-A12 magok produktívként vehetnek részt az ARM big.LITTLE architektúrában az energiatakarékos Cortex-A7 mellett, ami lehetővé teszi majd. a gyártók olcsó nyolcmagos chipek létrehozására. Igaz, a cikk írásakor mindez még csak tervben van, és a Cortex-A12 chipek tömeggyártása még nem alakult ki, bár a RockChip már bejelentette, hogy négymagos Cortex-A12 processzort kíván kiadni, amelynek frekvenciája a következő. 1,8 GHz.
2013-tól kezdve a Cortex-A15 mag és származékai jelentik a csúcsmegoldást, és különféle gyártók zászlóshajó kommunikátorlapkáiban használják. A 28 nm-es folyamattechnológiával készült, Cortex-A15-re épülő új processzorok között szerepel a Samsung Exynos 5 Octa és az Nvidia Tegra 4, és ez a mag gyakran platformként szolgál más gyártók módosításaihoz. Például az Apple legújabb A6X processzora Swift magokat használ, amelyek a Cortex-A15 módosításai. A Cortex-A15 alapú chipek 1,5-2,5 GHz-es frekvencián képesek működni, és számos harmadik féltől származó szabvány támogatása és akár 1 TB fizikai memória megcímzésének képessége lehetővé teszi az ilyen processzorok használatát számítógépekben (hogyan nem emlékszik vissza egy akkora mini-számítógép, mint egy banki Raspberry Pi kártya).
Cortex-A50 sorozat
2013 első felében az ARM bemutatta a Cortex-A50 sorozat néven új chipsort. Ennek a vonalnak a magjai a szerint készülnek új verzió architektúra, ARMv8, és új utasításkészleteket támogat, és 64 bites lesz. Az új bitmélységre való átállás megköveteli a mobil operációs rendszerek és alkalmazások optimalizálását, de természetesen megmarad a több tízezer 32 bites alkalmazás támogatása. Az Apple volt az első, aki átváltott a 64 bites architektúrára. Legújabb készülékek cégek, például az iPhone 5S, éppen ilyen ARM processzoron, az Apple A7-en futnak. Figyelemre méltó, hogy nem használ Cortex magokat – ezeket a gyártó saját Swift magjaira cserélik. A 64 bites processzorokra való átállás egyik nyilvánvaló oka a több mint 4 GB RAM támogatása, és ezen túlmenően a sokkal nagyobb számok kezelésére való képesség a számítások során. Természetesen ez most elsősorban a szerverekre és a PC-kre vonatkozik, de nem fogunk meglepődni, ha néhány év múlva ekkora RAM-mal rendelkező okostelefonok és táblagépek jelennek meg a piacon. Egyelőre semmit sem lehet tudni arról, hogy az új architektúrán és az azokat használó okostelefonokon chipeket gyártanak majd, de valószínűleg 2014-ben pontosan ezeket a processzorokat kapják majd a zászlóshajók, ahogy a Samsung már bejelentette.
A sorozat a Cortex-A53 maggal nyit, amely a Cortex-A9 közvetlen „utódja” lesz. A Cortex-A53 alapú processzorok teljesítményében észrevehetően felülmúlják a Cortex-A9 alapú chipeket, ugyanakkor alacsony energiafogyasztást tartanak fenn. Az ilyen processzorok külön-külön vagy ARM big.LITTLE konfigurációban használhatók, ugyanazon a lapkakészleten kombinálva egy Cortex-A57 processzorral
Teljesítmény Cortex-A53, Cortex-A57
A 20 nanométeres folyamattechnológiával készülő Cortex-A57 processzorok a közeljövőben a legerősebb ARM processzorokká válhatnak. Az új mag különböző teljesítményparaméterekben jelentősen felülmúlja elődjét, a Cortex-A15-öt (az összehasonlítást fentebb láthatja), és a PC-piacot komolyan megcélzó ARM szerint jövedelmező megoldás lesz a normál számítógépek számára. (beleértve a laptopokat is), nem csak a mobil eszközöket.
KAR nagy.KICSI
A modern processzorok energiafogyasztási problémájának csúcstechnológiás megoldásaként az ARM big.LITTLE technológiát kínál, melynek lényege, hogy egy chipen különböző típusú magokat kombinálnak, általában ugyanannyi energiatakarékos és nagy teljesítményű. azok.
Három séma létezik a különböző típusú magok egy chipen történő működtetésére: big.LITTLE (migráció a klaszterek között), big.LITTLE IKS (migráció a magok között) és big.LITTLE MP (heterogén többfeldolgozás).
big.LITTLE (migráció a klaszterek között)
Az első ARM big.LITTLE architektúrára épülő lapkakészlet a Samsung Exynos 5 Octa processzor volt. Az eredeti big.LITTLE „4+4” sémát használja, ami azt jelenti, hogy két fürtté (innen ered a séma neve) egy chipen négy nagy teljesítményű Cortex-A15 magot kell erőforrásigényes alkalmazásokhoz és játékokhoz, valamint négy energia- Cortex-A7 magok mentése a mindennapi munkához a legtöbb programmal, és egyszerre csak egyfajta kernel tud működni. A magcsoportok közötti váltás szinte azonnal és a felhasználó által észrevétlenül történik teljesen automatikus üzemmódban.
big.LITTLE IKS (migráció a magok között)
A big.LITTLE architektúra bonyolultabb megvalósítása több valós mag (általában kettő) egy virtuális mag kombinációja, amelyet a mag vezérel. operációs rendszer, amely eldönti, hogy melyik magot használja – energiahatékony vagy produktív. Természetesen több virtuális mag is létezik – az illusztráció az IKS-séma példáját mutatja, ahol mind a négy virtuális mag egy-egy Cortex-A7 és Cortex-A15 magot tartalmaz.
big.LITTLE MP (heterogén többfeldolgozás)
A big.LITTLE MP séma a legfejlettebb – benne minden mag független, és az operációs rendszer kernelje szükség szerint bekapcsolhatja. Ez azt jelenti, hogy ha négy Cortex-A7 magot és ugyanennyi Cortex-A15 magot használunk, akkor az ARM big.LITTLE MP architektúrára épített lapkakészletben mind a 8 mag képes lesz egyszerre dolgozni, annak ellenére, hogy különböző típusok. Az egyik első ilyen típusú processzor a Mediatek - MT6592 nyolcmagos chipje volt, amely 2 GHz-es órajelen is képes működni, valamint UltraHD felbontásban videót is rögzíteni és lejátszani.
Jövő
A jelenleg rendelkezésre álló információk szerint a közeljövőben az ARM más cégekkel együtt a következő generációs big.LITTLE chipek piacra dobását tervezi, amelyek az új Cortex-A53 és Cortex-A57 magokat használják majd. Emellett a kínai MediaTek gyártó ARM big.LITTLE alapú költségvetési processzorokat is gyárt majd, amelyek a „2+2” séma szerint fognak működni, vagyis két, kétmagos csoportot használnak.
Mali grafikus gyorsítók
Az ARM a processzorok mellett a Mali család grafikus gyorsítóit is fejleszti. A processzorokhoz hasonlóan a grafikus gyorsítókat is számos paraméter jellemzi, például az élsimítás szintje, a busz interfész, a gyorsítótár (működési sebesség növelésére használt ultragyors memória) és a „grafikus magok” száma (bár mint írtuk az előző cikkben ez a mutató a CPU leírására használt kifejezéssel való hasonlóság ellenére gyakorlatilag nincs hatással a teljesítményre, ha két GPU-t hasonlítunk össze).
Az első ARM grafikus gyorsító a már nem használt Mali 55 volt, amelyet az LG Renoir érintőtelefonban (igen, a leggyakoribb mobiltelefonban) használtak. A GPU-t játékokban nem használták - csak az interfész renderelésére, és a mai szabványok szerint primitív jellemzőkkel bírt, de ez lett a Mali sorozat „őse”.
Azóta a fejlődés nagy utat tett meg, és most a támogatott API-k és játékszabványok jelentős jelentőséggel bírnak. Például az OpenGL ES 3.0 támogatását már csak a legerősebb processzorokban jelentették be, mint a Qualcomm Snapdragon 600 és 800, és ha már ARM termékekről beszélünk, a szabványt olyan gyorsítók támogatják, mint a Mali-T604 (ez volt az első Az új Midgard mikroarchitektúrára készült ARM GPU), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 és néhány más, hasonló jellemzőkkel rendelkező chip. Ez vagy az a GPU általában szorosan kapcsolódik a kernelhez, de ennek ellenére külön van feltüntetve, ami azt jelenti, hogy ha a játékokban a grafika minősége fontos Önnek, akkor érdemes megnézni a nevét. gyorsítót az okostelefon vagy táblagép specifikációiban.
Az ARM a középkategóriás okostelefonokhoz való grafikus gyorsítókat is tartalmazza, amelyek közül a leggyakoribb a Mali-400 MP és a Mali-450 MP, amelyek viszonylag alacsony teljesítményükben, valamint korlátozott API-k és támogatott szabványok terén különböznek idősebb testvéreiktől. Ennek ellenére ezeket a GPU-kat továbbra is használják az új okostelefonokban, például a Zopo ZP998-ban, amely a nyolcmagos MTK6592 processzor mellett a Mali-450 MP4 grafikus gyorsítót (a Mali-450 MP továbbfejlesztett módosítása) is megkapta.
Vélhetően 2014 végén kell megjelenniük a legújabb ARM grafikus gyorsítókkal felszerelt okostelefonoknak: a 2013 októberében bemutatott Mali-T720, Mali-T760 és Mali-T760 MP. A Mali-T720 a tervek szerint az alacsony költségű okostelefonok új GPU-ja, és ebben a szegmensben az első GPU, amely támogatja az Open GL ES 3.0-t. A Mali-T760 pedig az egyik legerősebb mobil grafikus gyorsító lesz: a leírt jellemzők szerint a GPU 16 számítási maggal rendelkezik, és valóban óriási számítási teljesítménnyel rendelkezik, 326 Gflops, ugyanakkor négyszeres. kisebb fogyasztás, mint a fent említett Mali-T604.
Az ARM CPU-inak és GPU-inak szerepe a piacon
Annak ellenére, hogy az ARM az azonos nevű architektúra szerzője és fejlesztője, amelyet, ismételjük, ma már a mobil processzorok túlnyomó többségében használnak, a magok és a grafikus gyorsítók formájában megjelenő megoldásai nem népszerűek a nagy okostelefonok körében. gyártók. Jogosan gondolják például, hogy az Android operációs rendszeren futó zászlóshajó kommunikátoroknak Krait magokkal rendelkező Snapdragon processzorral és a Qualcomm Adreno grafikus gyorsítójával kell rendelkezniük; ugyanazon cég lapkakészleteit használják a Windows Phone okostelefonokban, és például néhány kütyügyártó is. Apple, fejleszteni saját magokat. Miért áll fenn jelenleg ez a helyzet?
Lehet, hogy az okok egy része mélyebben rejlik, de az egyik az ARM-ből származó CPU-k és GPU-k egyértelmű pozicionálásának hiánya más cégek termékei között, aminek következtében a cég fejlesztéseit a B-ben való felhasználás alapelemeinek tekintik. -márkás eszközök, olcsó okostelefonok és kiforrottabb megoldások létrehozása. A Qualcomm például szinte minden prezentáción megismétli, hogy az új processzorok létrehozásakor az egyik fő célja az energiafogyasztás csökkentése, Krait magjai pedig, mivel módosított Cortex magok, folyamatosan magasabb teljesítményt mutatnak. Hasonló megállapítás igaz a játékokra koncentráló Nvidia lapkakészletekre is, de ami a Samsung Exynos és az Apple A-sorozatú processzorait illeti, ezeknek is megvan a saját piacuk az ugyanazon cégek okostelefonjaiba való telepítés miatt.
A fentiek egyáltalán nem jelentik azt, hogy az ARM fejlesztései lényegesen rosszabbak, mint a külső cégek processzorai és magjai, de a piaci verseny végső soron csak az okostelefon-vásárlók számára előnyös. Elmondhatjuk, hogy az ARM kínál néhány blankot, amelyhez licenc megvásárlásával a gyártók önállóan módosíthatják azokat.
Következtetés
Az ARM architektúrára épülő mikroprocesszorok alacsony fogyasztásuk és viszonylag nagy számítási teljesítményük miatt sikeresen meghódították a mobileszközök piacát. Korábban más RISC architektúrák versenyeztek az ARM-mel, például a MIPS, de mára már csak egy komoly versenytársa maradt - az Intel az x86 architektúrával, amely egyébként, bár aktívan küzd piaci részesedéséért, még nem érzékelhető. akár a fogyasztók, akár a gyártók többsége komolyan, különösen az erre épülő zászlóshajók virtuális hiánya miatt (a Lenovo K900 már nem tud versenyezni a legújabb csúcskategóriás ARM processzoros okostelefonokkal).
Mit gondolsz, képes lesz-e valaki kiszorítani az ARM-et, és mi lesz ennek a cégnek és architektúrájának a jövője?
A számítógépes világ gyorsan változik. Az asztali PC-k elvesztették az első helyet az eladási rangsorban a laptopokkal szemben, és hamarosan átadják a piacot a táblagépeknek és más mobileszközöknek. 10 évvel ezelőtt nagyra értékeltük a tiszta megahertzet, a valódi teljesítményt és teljesítményt. Most a piac meghódításához a processzornak nem csak gyorsnak, de gazdaságosnak is kell lennie. Sokan azt hiszik, hogy az ARM a 21. század építészete. így van?
Új - jól elfeledett régi
Az újságírók az ARM PR embereit követve gyakran úgy mutatják be ezt az architektúrát, mint valami teljesen újat, aminek el kell temetnie az ősz hajú x86-ot.
Valójában az ARM és az x86, amelyre a laptopokba és asztali PC-kbe telepített Intel, AMD és VIA processzorok épülnek, szinte egyidősek. Az első x86-os chip 1978-ban jelent meg. Az ARM projekt hivatalosan 1983-ban indult, de az x86 megalkotásával szinte egy időben végrehajtott fejlesztéseken alapult.
Az első ARM-ek eleganciájukkal nyűgözték le a szakembereket, de viszonylag alacsony teljesítményükkel nem tudtak meghódítani egy olyan piacot, amely nagy sebességet követelt és nem figyelt a hatékonyságra. Bizonyos feltételeknek kellett fennállniuk ahhoz, hogy az ARM népszerűsége az egekbe szökjön.
A nyolcvanas-kilencvenes évek fordulóján a viszonylag olcsó olajjal hatalmas, 6 literes motorral szerelt SUV-k voltak keresettek. Kevesen érdeklődtek az elektromos autók iránt. De manapság, amikor egy hordó olaj több mint 100 dollárba kerül, a nagy, energiaéhes motoros autókra csak a gazdagoknak van szükségük, a többiek sietnek áttérni a gazdaságos autókra. Hasonló dolog történt az ARM-mel is. Amikor felmerült a mobilitás és a hatékonyság kérdése, az építészetre nagy kereslet mutatkozott.
"Risk" processzor
Az ARM egy RISC architektúra. Csökkentett parancskészletet használ – RISC (redukált utasításkészletű számítógép). Ez a fajta architektúra a hetvenes évek végén jelent meg, nagyjából egy időben, amikor az Intel az x86-ot kínálta.
A különféle fordítókkal és mikrokód-feldolgozókkal való kísérletezés során a mérnökök észrevették, hogy egyes esetekben az egyszerű parancsok sorozata gyorsabban hajtható végre, mint egyetlen összetett művelet. Úgy döntöttek, hogy egy olyan architektúrát hoznak létre, amely korlátozott számú egyszerű utasítással dolgozik, amelyek dekódolása és végrehajtása minimális időt vesz igénybe.
Az egyik első RISC processzor projektet a Berkeley Egyetem diákjaiból és tanáraiból álló csoport hajtotta végre 1981-ben. Éppen ebben az időben a brit Acorn cég szembesült az idő kihívásával. A 6502-es processzoron alapuló BBC Micro oktatási számítógépeket gyártott, amelyek nagyon népszerűek voltak a Foggy Albionban, de hamarosan ezek az otthoni PC-k elvesztek a fejlettebb gépekkel szemben. Acorn-t a piac elvesztése fenyegette. A cég mérnökei, miután megismerkedtek a RISC processzorokon végzett hallgatói munkával, úgy döntöttek, hogy saját chip létrehozása meglehetősen egyszerű. 1983-ban elindult az Acorn RISC Machine projekt, amely később ARM lett. Három évvel később megjelent az első processzor.
Első ARM
Rendkívül egyszerű volt. Az első ARM chipekből még a szorzás és az osztás utasításai is hiányoztak, amelyeket egyszerűbb utasítások halmaza képviselt. A chipek másik jellemzője a memóriával való munka elve volt: az adatokkal végzett összes műveletet csak regiszterekben lehetett végrehajtani. Ugyanakkor a processzor az úgynevezett regiszter ablakkal dolgozott, vagyis az összes rendelkezésre álló, főként univerzális regiszternek csak egy részét tudta elérni, működésük a processzor elhelyezkedésétől függött. Ez lehetővé tette a gyorsítótár elhagyását az ARM legelső verzióiban.
Ezenkívül az utasításkészletek egyszerűsítésével az architektúrafejlesztők számos más blokkot nélkülözhettek. Például az első ARM-ekből teljesen hiányzott a mikrokód, valamint a lebegőpontos egység (FPU). A tranzisztorok száma az első ARM-ben összesen 30 000. Hasonló x86-osokban többször, vagy akár egy nagyságrenddel több is volt. További energiamegtakarítás érhető el a parancsok feltételes végrehajtásával. Vagyis ez vagy az a művelet akkor kerül végrehajtásra, ha a nyilvántartásban van egy megfelelő tény. Ez segít a processzornak elkerülni a „felesleges mozgásokat”. Az összes utasítást egymás után hajtják végre. Ennek eredményeként az ARM veszített teljesítményében, de nem jelentősen, miközben jelentősen nőtt az energiafogyasztásban.
Az architektúra alapelvei ugyanazok maradnak, mint az első ARM-ben: csak regiszterekben lévő adatokkal való munkavégzés, csökkentett utasításkészlet, minimális kiegészítő modul. Mindez alacsony energiafogyasztást és viszonylag nagy teljesítményt biztosít az architektúrának.
Annak érdekében, hogy növelje, ARM belül utóbbi években több további utasításkészletet is végrehajtott. A klasszikus ARM mellett van Thumb, Thumb 2, Jazelle. Ez utóbbi célja a Java kód végrehajtásának felgyorsítása.
Cortex - a legfejlettebb ARM
Cortex – modern architektúrák mobileszközökhöz, beágyazott rendszerekhez és mikrokontrollerekhez. Ennek megfelelően a CPU-k Cortex-A, beágyazott - Cortex-R és mikrokontrollerek - Cortex-M. Mindegyik az ARMv7 architektúrára épül.
Az ARM sorozat legfejlettebb és legerősebb architektúrája a Cortex-A15. Feltételezhető, hogy ennek alapján főként két- vagy négymagos modelleket gyártanak majd. Az összes korábbi ARM közül a Cortex-A15 áll a legközelebb az x86-hoz a blokkok számát és minőségét tekintve.
A Cortex-A15 processzormagokon alapul, amelyek FPU egységgel és NEON SIMD utasításkészlettel vannak felszerelve, amelyek célja a multimédiás adatok feldolgozásának felgyorsítása. A magok 13 lépcsős pipeline-t tartalmaznak, támogatják a szabadon rendelhető utasítás-végrehajtást és az ARM alapú virtualizációt.
A Cortex-A15 támogatja a fejlett memóriacímzési rendszert. Az ARM továbbra is 32 bites architektúra, de a vállalat mérnökei megtanulták átalakítani a 64 bites vagy más fejlett címzéseket processzorbarát 32 bitessé. A technológia neve Long Physical Address Extensions. Ennek köszönhetően a Cortex-A15 elméletileg akár 1 TB memóriát is képes megszólítani.
Minden mag első szintű gyorsítótárral van felszerelve. Emellett akár 4 MB elosztott, alacsony késleltetésű L2 gyorsítótár is rendelkezésre áll. A processzor 128 bites koherens busszal van felszerelve, amivel más egységekkel és perifériákkal kommunikálhatunk.
A Cortex-A15 alapját képező magok a Cortex-A9 fejlesztései. Hasonló szerkezettel rendelkeznek.
A Cortex-A9 a Cortex-A15-tel ellentétben több- és egymagos változatban is gyártható. A maximális frekvencia 2,0 GHz, a Cortex-A15 2,5 GHz-es frekvencián működő chipek létrehozásának lehetőségét javasolja. Az erre épülő chipek 40 nm-es és vékonyabb műszaki eljárásokkal készülnek majd. A Cortex-A9 65 és 40 nm-es technológiai technológiával készül.
A Cortex-A9 a Cortex-A15-höz hasonlóan nagy teljesítményű okostelefonokban és táblagépekben való használatra készült, de komolyabb alkalmazásokhoz, például szervereken nem alkalmas. Csak a Cortex-A15 rendelkezik hardveres virtualizációval, fejlett memóriacímzéssel. Ezenkívül a NEON Advanced SIMD utasításkészlet és az FPU opcionális a Cortex-A9-ben, míg a Cortex-A15-ben kötelező.
A Cortex-A8 a jövőben fokozatosan eltűnik a színről, de egyelőre ez az egymagos változat a pénztárcabarát okostelefonokban is használható lesz. Az alacsony költségű, 600 MHz-től 1 GHz-ig terjedő megoldás kiegyensúlyozott architektúrát biztosít. FPU egységgel rendelkezik, és támogatja a SIMD NEON első verzióját. A Cortex-A8 egyetlen technológiai folyamatot feltételez - 65 nm.
Az előző generációk ARM-je
Az ARM11 processzorok meglehetősen elterjedtek a mobilpiacon. Az ARMv6 architektúra és annak módosításai alapján épülnek fel. Jellemzője a 8-9 fokozatú pipeline, a Java kód feldolgozását segítő Jazelle támogatás, SIMD stream utasítások, Thumb-2.
Az XScale, ARM10E, ARM9E processzorok az ARMv5 architektúrán és annak módosításain alapulnak. A csővezeték maximális hossza 6 szakasz, hüvelykujj, Jazelle DBX, továbbfejlesztett DSP. Az XScale chipek második szintű gyorsítótárral rendelkeznek. A processzorokat a 2000-es évek közepén használták okostelefonokban, ma már néhány olcsó mobiltelefonban is megtalálhatóak.
ARM9TDMI, ARM8, StrongARM - az ARMv4 képviselői, amely 3-5 szakaszból áll, és támogatja a hüvelykujjat. Az ARMv4 például megtalálható volt az első klasszikus iPodokban.
Az ARM6 és az ARM7 az ARMv3-hoz tartoznak. Ebben az architektúrában jelent meg először az FPU egység; 32 bites memóriacímzés valósult meg, és nem 26 bites, mint az architektúra első példáiban. Az ARMv2 és az ARMv1 technikailag 32 bites chipek voltak, de a valóságban csak 26 bites címtérrel dolgoztak aktívan. A gyorsítótár először az ARMv2-ben jelent meg.
A nevük légió
Az Acorn kezdetben nem szándékozott a processzorpiac szereplőjévé válni. Az ARM projekt feladata egy saját gyártású chip létrehozása volt számítógépek gyártásához - az Acorn a PC-k létrehozását tekintette fő tevékenységének.
Az Apple-nek köszönhetően az ARM fejlesztői csoportból vállalattá fejlődött. 1990-ben az Apple a VLSI-vel és az Acornnal közösen megkezdte az alacsony költségű processzor fejlesztését az első zsebszámítógéphez, a Newtonhoz. Ebből a célból külön céget hoztak létre, amely az Acorn - ARM belső projekt nevet kapta.
Az Apple részvételével egy ARM6 processzor született, amely a legközelebb áll egy angol fejlesztő modern chipjeihez. Ezzel egy időben a DEC szabadalmaztatta az ARM6 architektúrát, és StrongARM márkanév alatt kezdett chipeket gyártani. Néhány évvel később a technológia átkerült az Intelhez egy másik szabadalmi vita részeként. A mikroprocesszor-óriás megalkotta saját analógját, az ARM-en alapuló XScale processzort. Ám az előző évtized közepén az Intel megszabadult ettől a „nem alapvető eszköztől”, kizárólag az x86-ra összpontosítva. Az XScale a Marvell kezébe került, amely már licencelte az ARM-et.
A világ számára újdonságnak számító ARM eleinte nem tudott processzorokat gyártani. Vezetősége más módot választott a pénzszerzésre. Az ARM architektúra egyszerű és rugalmas volt. A magnak eleinte még gyorsítótár sem volt, így a későbbiekben további modulokat, köztük FPU-t, a vezérlőket nem integrálták szorosan a processzorba, hanem úgymond az alaphoz erősítették.
Ennek megfelelően az ARM egy intelligens tervezőre akadt, amely lehetővé tette a technológiailag fejlett vállalatok számára, hogy igényeiknek megfelelő processzorokat vagy mikrokontrollereket hozzanak létre. Ez úgynevezett társprocesszorokkal történik, amelyek bővíthetik a szabványos funkcionalitást. Az architektúra összesen legfeljebb 16 társprocesszort támogat (0-tól 15-ig), de a 15-ös szám a gyorsítótár- és memóriakezelési funkciókat ellátó társprocesszor számára van fenntartva.
A perifériák az ARM chiphez csatlakoznak, regisztereiket leképezve a processzor vagy társprocesszor memóriaterére. Például egy képfeldolgozó chip állhat egy viszonylag egyszerű ARM7TDMI alapú magból és egy társprocesszorból, amely HDTV jel dekódolást biztosít.
Az ARM megkezdte az architektúra licencelését. Más cégek is alkalmazták már szilíciumban, köztük a Texas Instruments, a Marvell, a Qualcomm, a Freescale, de a teljesen nem magvú cégek is, mint a Samsung, a Nokia, a Nintendo vagy a Canon.
A saját gyárak hiánya, valamint a lenyűgöző licencdíjak lehetővé tették az ARM-nek, hogy rugalmasabb legyen az architektúra új verzióinak fejlesztésében. A cég úgy sütötte őket, mint a meleg süteményt, új résekbe lépve. Az okostelefonok és táblagépek mellett az architektúrát speciális processzorokban használják, például GPS-navigátorokban, digitális kamerákban és videokamerákban. Ennek alapján ipari vezérlőket és egyéb chipeket hoznak létre a beágyazott rendszerekhez.
Az ARM licencrendszer egy igazi mikroelektronikai hipermarket. A cég nem csak új, hanem régi architektúrákat is licencel. Utóbbiak segítségével mikrokontrollerek vagy chipek készíthetők olcsó eszközökhöz. A licencdíjak mértéke természetesen a gyártó számára érdekes architektúraváltozat újdonságának és összetettségének mértékétől függ. Hagyományosan azok a technikai folyamatok, amelyekhez az ARM processzorokat fejleszt, 1-2 lépéssel lemaradnak az x86 esetében relevánsnak tekintett folyamatoktól. Az architektúra magas energiahatékonysága kevésbé teszi függővé az új technológiai szabványokra való átállástól. Az Intel és az AMD vékonyabb chipek gyártására törekszik, hogy növeljék a frekvenciákat és a magok számát, miközben megtartják a fizikai méretet és az energiafogyasztást. Az ARM eleve alacsonyabb energiaigényű, és magasabb wattonkénti teljesítményt is biztosít.
NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell processzorok jellemzői
Az ARM bal- és jobboldali licencelésével a fejlesztők megerősítették architektúrájuk pozícióját partnereik kompetenciáinak rovására. Klasszikus példa ebben az esetben az NVIDIA Tegra. A chipen található rendszerek ezen sora az ARM architektúrán alapul, de az NVIDIA-nak már megvoltak a maga igen komoly fejlesztései a 3D grafika és a rendszerlogika területén.
Az ARM széles mérlegelési jogkört biztosít a licencadói számára az architektúra újratervezéséhez. Ennek megfelelően az NVIDIA mérnökei kombinálhattak Tegrában erősségeit ARM (CPU computing) és saját termékeink - 3D grafikával való munka stb. Ennek eredményeként a Tegra a legmagasabb 3D-s teljesítményt nyújtja processzoraihoz képest. 25-30%-kal gyorsabbak, mint a Samsung és a Texas Instruments által használt PowerVR, és majdnem kétszer olyan gyorsak, mint a Qualcomm által fejlesztett Adreno.
Az ARM architektúrán alapuló processzorok más gyártói megerősítenek bizonyos további blokkokat és javítják a chipeket a magasabb frekvenciák és teljesítmény elérése érdekében.
Például a Qualcomm nem használja az ARM referenciatervet. A cég mérnökei komolyan átdolgozták és Scorpio-nak nevezték el – ez a Snapdragon chipek alapja. A kialakítást részben újratervezték, hogy a szabványos IP ARM által biztosítottnál kifinomultabb műszaki folyamatokhoz illeszkedjen. Ennek eredményeként az első Snapdragonok 45 nm-en készültek el, ami magasabb frekvenciákat biztosított számukra. És ezeknek a 2,5 GHz-es processzoroknak az új generációja akár a leggyorsabb is lehet az ARM Cortex-A9 alapú analógok között. A Qualcomm saját Adreno grafikus magot is használ, amelyet az AMD-től vásárolt fejlesztések alapján hoztak létre. Tehát bizonyos értelemben a Snapdragon és a Tegra genetikai szinten ellenségek.
A Hummingbird létrehozásakor a Samsung is az architektúra optimalizálásának útját választotta. A koreaiak az Intrinsity céggel együtt változtattak a logikán, ezzel csökkentve az egyes műveletek végrehajtásához szükséges utasítások számát. Így a termelékenység 5-10%-át sikerült megszereznünk. Ezenkívül egy dinamikus L2 gyorsítótár és ARM NEON multimédiás bővítmény került hozzáadásra. A koreaiak a PowerVR SGX540-et használták grafikus modulként.
A Texas Instruments az ARM Cortex-A architektúrára épülő új OMAP sorozatában egy speciális IVA modullal bővült, amely a képfeldolgozás felgyorsításáért felelős. Lehetővé teszi az érzékelőtől a beépített kamerába érkező adatok gyors feldolgozását. Ezen kívül csatlakozik az internetszolgáltatóhoz, és segít a videó gyorsításában. Az OMAP PowerVR grafikát is használ.
Az Apple A4 nagy, 512 KB gyorsítótárral rendelkezik, PowerVR grafikát használ, maga az ARM mag pedig a Samsung által újratervezett architektúra egy változatára épül.
A kétmagos Apple A5, amely 2011 elején debütált az iPad 2-ben, az ARM Cortex-A9 architektúrán alapul, akárcsak a Samsung által korábban optimalizált. Az A4-hez képest az új lapka kétszer annyi második szintű gyorsítótárral rendelkezik – ez 1 MB-ra nőtt. A processzor kétcsatornás RAM-vezérlőt és továbbfejlesztett videoegységet tartalmaz. Ennek eredményeként bizonyos feladatokban kétszer jobban teljesít, mint az Apple A4.
A Marvell saját Sheeva architektúrájára épülő lapkákat kínál, amelyekről közelebbről megvizsgálva kiderül, hogy az Inteltől vásárolt XScale és az ARM hibridje. Ezek a chipek az analógokhoz képest nagyobb mennyiségű gyorsítótárral rendelkeznek, és speciális multimédiás modullal vannak felszerelve.
Jelenleg az ARM-engedélyesek csak az ARM Cortex-A9 architektúrán alapuló chipeket gyártanak. Ugyanakkor, bár lehetővé teszi négymagos változatok létrehozását, az NVIDIA, az Apple, a Texas Instruments és mások továbbra is csak egy vagy két magos modellekre korlátozódnak. Ezenkívül a chipek legfeljebb 1,5 GHz-es frekvencián működnek. A Cortex-A9 lehetővé teszi két GHz-es processzorok készítését, de a gyártók ismét nem próbálják meg gyorsan növelni a frekvenciákat - elvégre a piacnak egyelőre elegendő kétmagos processzora lesz 1,5 GHz-en.
A Cortex-A15-re épülő processzoroknak valóban többmagossá kellene válniuk, de ha bejelentik is, csak papíron. Szilíciumban való megjelenésükre jövőre kell számítani.
Modern Cortex-A9 alapú ARM licences processzorok:
Az x86 a fő versenyző
Az x86 a CISC architektúrák képviselője. A parancsok teljes készletét használják. Ebben az esetben egy utasítás több alacsony szintű műveletet hajt végre. A programkód az ARM-mel ellentétben kompaktabb, de nem fut olyan gyorsan, és több erőforrást igényel. Ezenkívül az x86-ot a kezdetektől fogva minden szükséges blokkkal felszerelték, ami sokoldalúságukat és falánkságukat egyaránt jelentette. További energiát fordítottak a parancsok feltétel nélküli, párhuzamos végrehajtására. Ez lehetővé teszi sebességelőny elérését, de egyes műveleteket hiába hajtanak végre, mert nem felelnek meg az előző feltételeknek.
Ezek a klasszikus x86-ok voltak, de a 80486-tól kezdve az Intel de facto létrehozott egy belső RISC magot, amely végrehajtotta a korábban egyszerűbb utasításokra bontott CISC utasításokat. A modern Intel és AMD processzorok azonos kialakításúak.
Windows 8 és ARM
Az ARM és az x86 ma kevesebb, mint 30 évvel ezelőtt különbözik egymástól, de még mindig más elveken alapulnak, ami a processzorpiac különböző réseire osztja őket. Az architektúrák talán soha nem metszették volna egymást, ha maga a számítógép nem változott volna.
Első helyen a mobilitás és a költséghatékonyság állt, nagyobb figyelem irányult az okostelefonokra és táblagépekre. Az Apple rengeteg pénzt keres a mobil kütyükből és a hozzájuk kötött infrastruktúrából. A Microsoft nem akar lemaradni, és második éve próbálja megvetni a lábát a táblagépek piacán. A Google elég sikeres.
Az asztali PC elsősorban munkaeszközzé válik, a háztartási számítógépek rését a tabletek és a speciális eszközök foglalják el. Ilyen körülmények között a Microsoft példátlan lépést fog tenni. . Még nem teljesen világos, hogy ez mire vezet. Az operációs rendszer két verzióját kapjuk, vagy egyet, amely mindkét architektúrával működik. A Microsoft ARM támogatása megöli az x86-ot vagy sem?
Kevés információ van még. A Microsoft a CES 2011 során bemutatta az ARM processzoros eszközön futó Windows 8-at. Steve Ballmer megmutatta, hogy az ARM platformon Windows segítségével videókat nézhet, képekkel dolgozhat, böngészhet az interneten - az Internet Explorer még hardveres gyorsítással is működött - USB-csatlakozás- eszközök, dokumentumok nyomtatása. A legfontosabb dolog ebben a demóban az ARM-en futó Microsoft Office jelenléte volt virtuális gép részvétele nélkül. A bemutatón három Qualcomm, Texas Instruments és NVIDIA processzorokra épülő kütyüt mutattak be. A Windows szabványos „hét” héjjal rendelkezett, de a Microsoft képviselői új, újratervezett rendszermagot jelentettek be.
A Windows azonban nem csak a Microsoft mérnökei által készített operációs rendszer, hanem több millió program is. Egyes szoftverek számos szakmában kritikusak az emberek számára. Például az Adobe CS csomag. Támogatja-e a cég a szoftver ARM-Windows verzióját, vagy az új kernel lehetővé teszi a Photoshop és más népszerű alkalmazások futtatását NVIDIA Tegra vagy más hasonló chipekkel ellátott számítógépeken további kódmódosítások nélkül?
Ráadásul a videókártyáknál is felmerül a kérdés. Napjainkban a laptopokhoz való videokártyákat az asztali grafikus chipek energiafogyasztásának optimalizálásával készítik – ezek felépítésileg megegyeznek. Ugyanakkor most a videokártya olyan, mint egy „számítógép a számítógépben” - saját ultragyors RAM-mal és saját számítási chippel rendelkezik, amely bizonyos feladatokban jelentősen felülmúlja a hagyományos processzorokat. Magától értetődik, hogy a 3D grafikával működő alkalmazásokat megfelelően optimalizálták számukra. Igen, és különféle videószerkesztő programok és grafikus szerkesztők (különösen a Photoshop a CS4 verziótól), és újabban a böngészők is használnak hardveres gyorsítást GPU-k segítségével.
Természetesen Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS és egyéb mobil rendszerekben a piacon lévő különféle mobil (pontosabban ultramobil) gyorsítókhoz megtörtént a szükséges optimalizálás. A Windows azonban nem támogatja őket. Az illesztőprogramokat természetesen megírják (és már írták is – az Intel Atom Z500 sorozatú processzorokhoz a PowerVR SGX 535 „okostelefon” grafikus magját integráló lapkakészlet tartozik), de az alkalmazások optimalizálása rájuk késhet, ha egyáltalán. .
Nyilvánvaló, hogy az „ARM az asztalon” nem igazán fog elkapni. Talán alacsony fogyasztású rendszerekben, amelyeken hozzáférnek az internethez és filmeket néznek. A nettopokon általában. Az ARM tehát egyelőre csak azt a rést próbálja megcélozni, amelyet az Intel Atom elfoglalt, és ahol az AMD jelenleg aktívan keresi a Brazos platformot. És úgy tűnik, részben sikerül. Hacsak mindkét processzorcég nem áll elő valami nagyon versenyképes dologgal.
Egyes helyeken már az Intel Atom és az ARM is versenyez. Hálózati adattárolók és kis fogyasztású szerverek létrehozására szolgálnak, amelyek egy kisebb irodát vagy lakást is ki tudnak szolgálni. Számos kereskedelmi projekt is létezik a költséghatékony Intel chipeken alapuló klaszterekről. Az ARM Cortex-A9 alapú új processzorok jellemzői lehetővé teszik, hogy infrastruktúra támogatására is használják őket. Így néhány éven belül ARM-szervereink vagy ARM-NAS-szervereink lehetnek kicsiknek helyi hálózatok, nem zárható ki az alacsony fogyasztású webszerverek megjelenése.
Első sparring
Az ARM fő versenytársa az x86 oldalról az Intel Atom, és most hozzáadhatjuk a . Az x86 és az ARM összehasonlítását Van Smith végezte el, aki létrehozta az OpenSourceMarkot, a miniBench tesztcsomagokat és a SiSoftware Sandra egyik társszerzője. A „versenyen” Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050 vett részt. Az x86-os chipek frekvenciáját csökkentették, de a fejlettebb memória miatt így is előnyben voltak.
Az eredmények nagyon érdekesnek bizonyultak. Az ARM chip olyan gyorsnak bizonyult, mint versenytársai az egész műveletekben, miközben kevesebb energiát fogyaszt. Nincs itt semmi meglepő. Kezdetben az építészet meglehetősen gyors és gazdaságos volt. A lebegőpontos műveletekben az ARM rosszabb volt, mint az x86. Az Intel és AMD lapkákban található hagyományosan erős FPU egység itt éreztette hatását. Emlékezzünk rá, hogy viszonylag nemrég jelent meg az ARM-ben. Az FPU-ra háruló feladatok jelentős helyet foglalnak el a modern felhasználó életében - ezek a játékok, a videó- és hangkódolás, valamint egyéb streaming műveletek. Természetesen a Van Smith által végzett tesztek ma már nem annyira relevánsak. Az ARM jelentősen megerősítette architektúrája gyengeségeit a Cortex-A9 és különösen a Cortex-A15 verzióiban, amelyek például már feltétel nélkül képesek végrehajtani az utasításokat, párhuzamosítva a problémamegoldást.
Az ARM kilátásai
Tehát melyik architektúrát válassza végül, az ARM-ot vagy az x86-ot? A leghelyesebb lenne mindkettőre fogadni. Ma a számítógép-piac újraformázásának körülményei között élünk. 2008-ban a netbookok fényes jövőt jósoltak. Az olcsó kompakt laptopoknak kellett volna a legtöbb felhasználó fő számítógépévé válniuk, különösen a globális válság hátterében. De aztán a gazdaság kezdett talpra állni, és megjelent az iPad. Mára a táblagépeket a piac királyainak nyilvánították. Szórakozási konzolnak azonban jó a táblagép, de munkához nem túl kényelmes, elsősorban az érintéses bemenet miatt – ezt a cikket iPaden megírni nagyon nehéz és időigényes lenne. A tabletták kiállják az idő próbáját? Talán pár éven belül kitalálunk egy új játékot.
Ennek ellenére a mobilszegmensben, ahol nincs szükség nagy teljesítményre, és a felhasználói tevékenység elsősorban a szórakoztatásra korlátozódik, és nem kapcsolódik a munkához, az ARM jobbnak tűnik, mint az x86. Elfogadható szintű teljesítményt nyújtanak, valamint nagy idő autonóm munka. Az Intel kísérletei az Atom megvalósítására eddig sikertelenek voltak. Az ARM új mércét állít fel a wattonkénti teljesítmény tekintetében. Valószínűleg az ARM sikeres lesz a kompakt mobil kütyükben. A netbookok piacán is vezetőkké válhatnak, de itt nem annyira a processzorfejlesztőkön múlik minden, mint inkább a Microsofton és a Google-n. Ha az első a normál ARM-támogatást valósítja meg a Windows 8-ban, a második pedig a Chrome OS-t hozza létre. A Qualcomm által javasolt okosbookok eddig nem kerültek piacra. Az x86-on alapuló netbookok megmaradtak.
Az ARM szerint ebben az irányban a Cortex-A15 architektúrának kellene áttörést elérnie. A cég az erre épülő, 1,0-2,0 GHz-es frekvenciájú, két- és négymagos processzorokat ajánlja az otthoni szórakoztató rendszerekhez, amelyek egy médialejátszót, egy 3D tévét és egy internetes terminált kombinálnak majd. Az 1,5-2,5 GHz-es négymagos chipek az otthoni és webszerverek alapjává válhatnak. Végül a Cortex-A15 legambiciózusabb használati esete - infrastruktúra vezeték nélküli hálózatok. Itt négy vagy több maggal és 1,5-2,5 GHz-es frekvenciájú chipek használhatók.
De ezek egyelőre csak tervek. A Cortex-A15-öt az ARM tavaly szeptemberben mutatta be. A Cortex-A9-et 2007 októberében mutatta be a cég, két évvel később a cég bemutatta az A9-es változatot, amely képes a chipek frekvenciáját 2,0 GHz-re növelni. Összehasonlításképpen, az NVIDIA Tegra 2 - az egyik legnépszerűbb Cortex-A9 alapú megoldás - csak tavaly januárban jelent meg. Nos, a felhasználók újabb hat hónap után nyúlhattak hozzá az első kütyükhöz.
A munkahelyi PC-szegmens és a nagy teljesítményű megoldások továbbra is az x86-nál maradnak. Ez nem jelenti az architektúra halálát, de pénzben kifejezve az Intelnek és az AMD-nek fel kell készülnie az ARM processzorgyártók bevételének egy részének elvesztésére.
