V súčasnosti existujú dve najpopulárnejšie architektúry procesorov. Toto je x86, ktorý bol vyvinutý už v 80-tych rokoch a používa sa v osobných počítačoch a ARM - modernejší, čo vám umožňuje robiť procesory menšie a úspornejšie. Používa sa vo väčšine mobilné zariadenia alebo tablety.
Obe architektúry majú svoje pre a proti, ako aj oblasti použitia, no nájdu sa aj spoločné črty. Mnoho odborníkov hovorí, že ARM je budúcnosť, ale stále má niektoré nevýhody, ktoré x86 nemá. V našom dnešnom článku sa pozrieme na to, ako sa architektúra ramena líši od x86. Zvážte základné rozdiely medzi ARM alebo x86 a tiež sa pokúste určiť, čo je lepšie.
Procesor je hlavnou súčasťou každého výpočtového zariadenia, či už ide o smartfón alebo počítač. Jeho výkon určuje, ako rýchlo bude zariadenie fungovať a koľko dokáže bežať na batériu. Zjednodušene povedané, architektúra procesora je súbor inštrukcií, ktoré možno použiť pri programovaní a implementovať na hardvérovej úrovni pomocou určitých kombinácií tranzistorov procesora. Sú to tie, ktoré umožňujú programom interagovať s hardvérom a určujú, ako sa budú dáta prenášať a čítať z pamäte.
V súčasnosti existujú dva typy architektúr: CISC (Complex Instruction Set Computing) a RISC (Reduced Instruction Set Computing). Prvý predpokladá, že v procesore budú implementované inštrukcie pre všetky príležitosti, druhý, RISC, kladie vývojárom za úlohu vytvoriť procesor so sadou príkazov, ktoré sú na prevádzku minimálne potrebné. Inštrukcie RISC sú menšie a jednoduchšie.
architektúra x86
Architektúra procesora x86 bola vyvinutá v roku 1978 a prvýkrát sa objavila v procesoroch Intel a patrí k typu CISC. Jeho názov je prevzatý z modelu prvého procesora s touto architektúrou – Intel 8086. Postupom času pre nedostatok lepšej alternatívy začali túto architektúru podporovať aj iní výrobcovia procesorov, ako napríklad AMD. Teraz je to štandard pre stolné počítače, notebooky, netbooky, servery a ďalšie podobné zariadenia. Ale niekedy sa procesory x86 používajú aj v tabletoch, to je pomerne bežná prax.
Prvý procesor Intel 8086 mal bitovú hĺbku 16 bitov, potom v roku 2000 vyšiel procesor s 32-bitovou architektúrou a ešte neskôr sa objavila 64-bitová architektúra. Podrobne sme to rozobrali v samostatnom článku. Za túto dobu sa architektúra veľmi rozvinula, pribudli nové inštrukčné sady a rozšírenia, ktoré môžu výrazne zvýšiť výkon procesora.
x86 má niekoľko významných nevýhod. Po prvé, je to zložitosť tímov, ich zmätok, ktorý vznikol v dôsledku dlhej histórie vývoja. Po druhé, takéto procesory z tohto dôvodu spotrebúvajú príliš veľa energie a generujú veľa tepla. Inžinieri x86 sa spočiatku vydali cestou maximálneho výkonu a rýchlosť si vyžaduje zdroje. Predtým, ako sa pozrieme na rozdiely medzi arm x86, povedzme si o architektúre ARM.
architektúra ARM
Táto architektúra bola predstavená o niečo neskôr pre x86 - v roku 1985. Bol vyvinutý spoločnosťou Acorn, známou spoločnosťou v Británii, potom sa táto architektúra nazývala Arcon Risk Machine a patrila k typu RISC, ale potom bola vydaná jej vylepšená verzia Advanced RISC Machine, ktorá je teraz známa ako ARM.
Pri vývoji tejto architektúry si inžinieri dali za cieľ odstrániť všetky nedostatky x86 a vytvoriť úplne novú a najefektívnejšiu architektúru. Čipy ARM dostali minimálnu spotrebu energie a nízka cena, ale v porovnaní s x86 mali nízky výkon, preto si spočiatku na osobných počítačoch nezískali veľkú obľubu.
Na rozdiel od x86 sa vývojári spočiatku snažili získať minimálne náklady na zdroje, majú menej inštrukcií procesora, menej tranzistorov, ale v dôsledku toho menej pridané vlastnosti. V posledných rokoch sa však výkon procesorov ARM zlepšil. Vzhľadom na to a nízku spotrebu energie sa stali veľmi široko používanými v mobilných zariadeniach, ako sú tablety a smartfóny.
Rozdiely medzi ARM a x86
A teraz, keď sme sa pozreli na históriu vývoja týchto architektúr a ich zásadné rozdiely, urobme podrobné porovnanie ARM a x86 podľa ich rôznych charakteristík, aby sme určili, ktorá je lepšia a presnejšie pochopili, aký je ich rozdiel. je.
Výroba
x86 vs výroba zbraní je iná. Procesory x86 vyrábajú iba dve spoločnosti Intel a AMD. Spočiatku to bola jedna spoločnosť, ale toto je úplne iný príbeh. Iba tieto spoločnosti majú právo uvoľniť takýchto spracovateľov, čo znamená, že len oni budú riadiť smerovanie rozvoja infraštruktúry.
ARM funguje úplne inak. Spoločnosť, ktorá vyvíja ARM, nič nevydáva. Jednoducho vydajú povolenie na vývoj procesorov tejto architektúry a výrobcovia už môžu robiť, čo potrebujú, napríklad vydať konkrétne čipy s modulmi, ktoré potrebujú.
Počet pokynov
Toto sú hlavné rozdiely medzi architektúrami arm a x86. Procesory x86 sa rýchlo vyvíjali ako výkonnejšie a produktívnejšie. Vývojári pridali veľké množstvo inštrukcií procesora a tu nie je len základná sada, ale množstvo príkazov, od ktorých by sa dalo upustiť. Spočiatku sa to robilo s cieľom znížiť množstvo pamäte obsadenej programami na disku. Taktiež boli vyvinuté mnohé možnosti ochrany a virtualizácie, optimalizácie a mnoho ďalšieho. To všetko si vyžaduje dodatočné tranzistory a energiu.
ARM je jednoduchší. Inštrukcií procesora je tu oveľa menej, iba tie, ktoré operačný systém potrebuje a skutočne sa používajú. Ak porovnáme x86, tak len 30% zo všetkých možné pokyny. Ľahšie sa ich naučia, ak sa rozhodnete písať programy ručne, a ich implementácia vyžaduje menej tranzistorov.
Spotreba energie
Ďalší záver vyplýva z predchádzajúceho odseku. Čím viac tranzistorov je na doske, tým väčšia je jej plocha a spotreba energie a naopak.
Procesory x86 spotrebujú oveľa viac energie ako ARM. Spotrebu energie ale ovplyvňuje aj veľkosť samotného tranzistora. Napríklad procesor Intel i7 spotrebuje 47 wattov a akýkoľvek procesor ARM pre smartfóny spotrebuje nie viac ako 3 watty. Predtým sa vyrábali dosky s veľkosťou jedného prvku 80 nm, potom to Intel znížil na 22 nm a tento rok vedci dokázali vytvoriť dosku s veľkosťou prvku 1 nanometer. To výrazne zníži spotrebu energie bez obetovania výkonu.
V posledných rokoch sa spotreba x86 procesorov výrazne znížila, napríklad nové procesory Intel Haswell vydržia dlhšie na batériu. Teraz sa rozdiel rameno vs x86 postupne vymazáva.
Odvod tepla
Počet tranzistorov ovplyvňuje ďalší parameter - to je tvorba tepla. Moderné zariadenia nedokážu premeniť všetku energiu na efektívne pôsobenie, časť z nej sa rozptýli ako teplo. Účinnosť dosiek je rovnaká, čo znamená, že čím menej tranzistorov a čím menšia je ich veľkosť, tým menej tepla bude procesor generovať. Už tu nie je otázka ARM alebo x86 bude generovať menej tepla.
Výkon procesora
ARM nebol stavaný na maximálny výkon, v tom sa x86 darí. Čiastočne je to spôsobené menším počtom tranzistorov. Ale v V poslednej dobe Výkon ARM procesorov rastie a dajú sa už naplno využiť v notebookoch alebo na serveroch.
závery
V tomto článku sme sa pozreli na to, ako sa ARM líši od x86. Rozdiely sú dosť vážne. V poslednej dobe sa však hranica medzi oboma architektúrami stiera. Procesory ARM sa stávajú produktívnejšími a rýchlejšími a x86 v dôsledku zmenšenia veľkosti konštrukčného prvku dosky začína spotrebovávať menej energie a generovať menej tepla. Procesory ARM už nájdete na serveroch a notebookoch a procesory x86 na tabletoch a smartfónoch.
A ako sa vám páčia tieto x86 a ARM? Aká technológia je podľa vás budúcnosť? Napíšte do komentárov! Mimochodom, .
Na konci videa o vývoji architektúry ARM:
Každý, kto sa zaujíma o mobilné technológie, už počul o architektúre ARM. Zároveň sa to pre väčšinu ľudí spája s procesormi tabletov či smartfónov. Iní ich opravujú a upresňujú, že nejde o samotný kameň, ale iba o jeho architektúru. Ale prakticky nikoho z nich určite nezaujímalo, kde a kedy táto technológia vznikla.
Medzitým je táto technológia rozšírená medzi mnohými modernými prístrojmi, ktorých je každým rokom čoraz viac. Navyše na ceste vývoja spoločnosti, ktorá vyvíjala ARM procesory, je jeden zaujímavý prípad, ktorý nie je hriechom spomenúť, možno sa pre niekoho stane poučením do budúcnosti.
Architektúra ARM pre figuríny
Pod skratkou ARM sa skrýva pomerne úspešná britská spoločnosť ARM Limited v oblasti IT technológií. Je to skratka pre Advanced RISC Machines a je jedným z hlavných svetových vývojárov a poskytovateľov licencií na 32-bitovú architektúru RISC procesorov, ktorá poháňa väčšinu prenosných zariadení.
Čo je však charakteristické, samotná spoločnosť sa nezaoberá výrobou mikroprocesorov, ale iba vyvíja a licencuje svoju technológiu iným stranám. Architektúru mikrokontrolérov ARM nakupujú najmä títo výrobcovia:
- Atmel.
- Cirrus Logic.
- Intel.
- Apple.
- nVidia.
- HiSilicon.
- Marvell.
- Samsung.
- Qualcomm.
- Sony ericsson.
- Texas Instruments.
- Broadcom.
Niektoré z nich sú známe širokému publiku spotrebiteľov digitálnych prístrojov. Podľa ubezpečenia britskej korporácie ARM je celkový počet mikroprocesorov vyrobených pomocou ich technológie viac ako 2,5 miliardy. Existuje niekoľko sérií mobilných kameňov:
- ARM7 - hodinová frekvencia 60-72 MHz, ktorá je relevantná pre lacné mobilné telefóny.
- ARM9/ ARM9E - frekvencia je už vyššia, cca 200 MHz. Takéto mikroprocesory sú vybavené funkčnejšími smartfónmi a vreckovými počítačmi (PDA).
Cortex a ARM11 sú už pokročilejšie rodiny mikroprocesorov ako minulé architektúry mikrokontrolérov ARM s rýchlosťou hodín až 1 GHz a pokročilými možnosťami digitálneho spracovania signálu.
Populárne mikroprocesory xScale od Marvellu (do polovice leta 2007 mal projekt k dispozícii Intel) sú vlastne rozšírenou verziou architektúry ARM9, doplnenou o inštrukčnú sadu Wireless MMX. Toto riešenie od Intelu bol zameraný na podporu multimediálnych aplikácií.
Technológia ARM označuje 32-bitovú architektúru mikroprocesora obsahujúcu redukovanú inštrukčnú sadu, označovanú ako RISC. Podľa výpočtov je využitie ARM procesorov 82% z celkového počtu vyrobených RISC procesorov, čo naznačuje dosť širokú oblasť pokrytia pre 32-bitové systémy.
Architektúrou procesora ARM je vybavených mnoho elektronických zariadení, pričom nejde len o PDA a mobilné telefóny, ale aj o prenosné herné konzoly, kalkulačky, počítačové periférie, sieťové zariadenia a mnohé ďalšie.
Malý výlet do minulosti
Poďme na pomyselný stroj času spred niekoľkých rokov a skúsme prísť na to, ako to všetko začalo. Dá sa povedať, že ARM je vo svojom odbore skôr monopol. A potvrdzuje to aj fakt, že drvivá väčšina smartfónov a iných elektronických digitálnych zariadení funguje pod kontrolou mikroprocesorov vytvorených podľa tejto architektúry.
V roku 1980 bola založená spoločnosť Acorn Computers, ktorá začala vytvárať osobné počítače. Preto bol ARM predtým predstavený ako Acorn RISC Machines.
O rok neskôr bola spotrebiteľom predstavená domáca verzia BBC Micro PC s úplne prvou architektúrou procesorov ARM. Bol to úspech, čip si však neporadil s grafickými úlohami a ďalšie možnosti voči procesorom Motorola 68000 a National Semiconductor 32016 na to tiež neboli vhodné.
Potom sa vedenie spoločnosti zamyslelo nad vytvorením vlastného mikroprocesora. Inžinieri sa zaujímali o novú architektúru procesora, ktorú vymysleli absolventi miestnej univerzity. Použila len zmenšenú inštrukčnú sadu alebo RISC. A po objavení sa prvého počítača, ktorý bol riadený procesorom Acorn Risc Machine, úspech prišiel veľmi rýchlo - v roku 1990 bola podpísaná dohoda medzi britskou značkou a spoločnosťou Apple. To znamenalo začiatok vývoja nového čipsetu, ktorý následne viedol k vytvoreniu celého vývojového tímu, označovaného ako Advanced RISC Machines alebo ARM.
Od roku 1998 spoločnosť zmenila svoj názov na ARM Limited. A teraz sa špecialisti nezaoberajú výrobou a implementáciou architektúry ARM. čo to dalo? To nijako neovplyvnilo vývoj spoločnosti, aj keď hlavným a jediným smerovaním spoločnosti bol vývoj technológií, ako aj predaj licencií firmám tretích strán, aby mohli využívať architektúru procesora. Niektoré spoločnosti zároveň získavajú práva na hotové jadrá, iné vybavujú procesory vlastnými jadrami v rámci zakúpenej licencie.
Podľa niektorých údajov je zárobok spoločnosti na každom takomto riešení 0,067 $. Ale tieto informácie sú priemerné a zastarané. Počet jadier v čipových súpravách každým rokom rastie, a preto náklady na moderné procesory prevyšujú staré vzorky.
Oblasť použitia
Práve vývoj mobilných zariadení priniesol spoločnosti ARM Limited obrovskú popularitu. A keď sa výroba smartfónov a iných prenosných elektronických zariadení rozšírila, okamžite sa začali používať energeticky efektívne procesory. Zaujímalo by ma, či existuje linux na architektúre arm?
Vrchol vývoja ARM spadá do roku 2007, kedy boli obnovené partnerstvá so značkou Apple. Potom bol spotrebiteľskému súdu predstavený prvý iPhone založený na procesore ARM. Odvtedy sa takáto architektúra procesora stala neoddeliteľnou súčasťou takmer každého vyrobeného smartfónu, ktorý možno nájsť iba na modernom mobilnom trhu.
Môžeme povedať, že takmer každé moderné elektronické zariadenie, ktoré je potrebné ovládať procesorom, je nejako vybavené čipmi ARM. A skutočnosť, že takáto architektúra procesora podporuje mnoho operačných systémov, či už ide o Linux, Android, iOS a Windows, je nepopierateľnou výhodou. Medzi nimi je Windows embedded CE 6.0 Core, podporovaná je aj architektúra arm. Táto platforma je určená pre vreckové počítače, mobilné telefóny a vstavané systémy.
Charakteristické vlastnosti x86 a ARM
Mnoho používateľov, ktorí veľa počuli o ARM a x86, si tieto dve architektúry trochu pletú. A predsa majú určité rozdiely. Existujú dva hlavné typy architektúr:
- CISC (Complex Instruction Set Computing).
- Výpočtový).
CISC zahŕňa procesory x86 (Intel alebo AMD), RISC, ako ste už pochopili, je rodina ARM. Architektúra x86 a rameno majú svojich fanúšikov. Vďaka úsiliu ARM špecialistov, ktorí kládli dôraz na energetickú efektívnosť a používanie jednoduchej inštrukčnej sady, z toho procesory výrazne profitovali - mobilný trh sa začal rýchlo rozvíjať a mnohé smartfóny sa takmer vyrovnali schopnostiam počítačov.
Na druhej strane, spoločnosť Intel bola vždy známa vydávaním procesorov s vysokým výkonom a šírkou pásma pre stolné počítače, notebooky, servery a dokonca aj superpočítače.
Tieto dve rodiny si svojím spôsobom získali srdcia používateľov. Aký je však ich rozdiel? Existuje niekoľko charakteristických čŕt alebo dokonca čŕt, budeme analyzovať najdôležitejšie z nich.
Výkon spracovania
Analýzu rozdielov medzi architektúrami ARM a x86 začnime týmto parametrom. Funkciou profesorov RISC je používať čo najmenej inštrukcií. Okrem toho by mali byť čo najjednoduchšie, čo im dáva výhody nielen pre inžinierov, ale aj pre vývojárov softvéru.
Filozofia je tu jednoduchá - ak je inštrukcia jednoduchá, potom pre požadovaný obvod nie je potrebných príliš veľa tranzistorov. V dôsledku toho sa uvoľní ďalší priestor pre niečo alebo sa veľkosť čipov zmenší. Z tohto dôvodu začali mikroprocesory ARM spájať periférne zariadenia, ako napríklad grafické procesory. Príkladom je počítač Raspberry Pi, ktorý má minimálny počet komponentov.
Jednoduchosť pokynov však niečo stojí. Na vykonanie určitých úloh potrebujete dodatočné pokyny, čo zvyčajne vedie k zvýšeniu spotreby pamäte a času na dokončenie úloh.
Na rozdiel od arm-architektúry procesora môžu inštrukcie čipov CISC, ktoré sú riešeniami od Intelu, vykonávať zložité úlohy s veľkou flexibilitou. Inými slovami, stroje založené na RISC vykonávajú operácie medzi registrami a zvyčajne sa vyžaduje, aby program pred vykonaním operácie načítal premenné do registra. Procesory CISC sú schopné vykonávať operácie niekoľkými spôsobmi:
- medzi registrami;
- medzi registrom a pamäťovým miestom;
- medzi pamäťovými bunkami.
Ale to je len časť charakteristické rysy Prejdime k ďalším funkciám.
Spotreba energie
V závislosti od typu zariadenia môže mať spotreba energie rôznu mieru významnosti. Pre systém, ktorý je pripojený k trvalému zdroju energie (sieti), jednoducho neexistuje obmedzenie spotreby energie. Mobilné telefóny a iné elektronické vychytávky sú však úplne závislé od správy napájania.
Ďalším rozdielom medzi architektúrou arm a x86 je, že prvá z nich má spotrebu energie menej ako 5 wattov, vrátane mnohých súvisiacich balíkov: GPU, periférie, pamäť. Tento nízky výkon je spôsobený menším počtom tranzistorov v kombinácii s relatívne nízkymi rýchlosťami (v porovnaní so stolnými procesormi). Zároveň si to vyžiadalo daň na výkone – dokončenie zložitých operácií trvá dlhšie.
Jadrá Intel sa vyznačujú komplexnou štruktúrou, a preto je ich spotreba energie výrazne vyššia. Napríklad vysoko výkonný procesor Intel I-7 spotrebuje približne 130 W energie, mobilné verzie- 6-30 W.
softvér
Je dosť ťažké porovnať tento parameter, pretože obe značky sú vo svojich kruhoch veľmi obľúbené. Zariadenia založené na procesoroch arm-architecture skvele fungujú s mobilnými operačnými systémami (Android atď.).
Stroje s procesormi Intel sú schopné bežať na platformách ako Windows a Linux. Obe rodiny mikroprocesorov sú navyše priateľské k aplikáciám napísaným v jazyku Java.
Pri analýze rozdielov v architektúrach sa dá jednoznačne povedať jedna vec – procesory ARM riadia hlavne spotrebu energie mobilných zariadení. Úlohou desktopových riešení je predovšetkým zabezpečiť vysoký výkon.
Nové úspechy
ARM prostredníctvom svojej inteligentnej politiky úplne ovládol mobilný trh. V budúcnosti sa tam však nezastaví. Nie je to tak dávno, čo bol predstavený nový vývoj jadier: Cortex-A53 a Cortex-A57, v ktorých bola vykonaná jedna dôležitá aktualizácia - podpora 64-bitových výpočtov.
Jadro A53 je priamym nástupcom ARM Cortex-A8, ktorý síce nemal príliš vysoký výkon, no spotreba bola na minimálnej úrovni. Podľa odborníkov architektúra architektúry znížila spotrebu energie 4-krát a z hľadiska výkonu nebude nižšia ako jadro Cortex-A9. A to aj napriek tomu, že jadrová plocha A53 je o 40 % menšia ako plocha A9.
Jadro A57 nahradí Cortex-A9 a Cortex-A15. Inžinieri ARM zároveň tvrdia fenomenálny nárast výkonu – trikrát vyšší ako v prípade jadra A15. Inými slovami, mikroprocesor A57 bude 6-krát rýchlejší ako Cortex-A9 a jeho energetická účinnosť bude 5-krát lepšia ako u A15.
Stručne povedané, séria cortex, konkrétne pokročilejšia a53, sa líši od svojich predchodcov vyšším výkonom na pozadí rovnako vysokej energetickej účinnosti. Dokonca ani procesory Cortex-A7 nachádzajúce sa vo väčšine smartfónov nemôžu konkurovať!
Čo je však cennejšie je, že architektúra kôry ramena a53 je tá, ktorá sa vyhne problémom spojeným s nedostatkom pamäte. Okrem toho bude zariadenie vybíjať batériu pomalšie. Vďaka novinke teraz tieto problémy zostanú v dávnej minulosti.
Grafické riešenia
Okrem vývoja procesorov ARM pracuje na implementácii grafických akcelerátorov série Mali. A úplne prvým z nich je Mali 55. Týmto akcelerátorom bol vybavený telefón LG Renoir. A áno, toto je najbežnejší mobilný telefón. Iba v ňom nebol GPU zodpovedný za hry, ale iba vykresľoval rozhranie, pretože podľa moderných štandardov má grafický procesor primitívne schopnosti.
Pokrok však neúprosne letí vpred, a preto, aby sme držali krok s dobou, má ARM aj pokročilejšie modely, ktoré sú relevantné pre smartfóny strednej triedy. Hovoríme o bežnom GPU Mali-400 MP a Mali-450 MP. Hoci majú nízky výkon a obmedzenú sadu API, nebráni to ich použitiu v moderných mobilných modeloch. Pozoruhodným príkladom je telefón Zopo ZP998, v ktorom je osemjadrový čip MTK6592 spárovaný s grafickým akcelerátorom Mali-450 MP4.
konkurencieschopnosť
V súčasnosti sa ARMu zatiaľ nikto nebráni a je to spôsobené najmä tým, že v jeden čas padlo správne rozhodnutie. Ale kedysi dávno, na začiatku svojej cesty, vývojový tím pracoval na vytváraní procesorov pre PC a dokonca sa pokúsil konkurovať takému gigantovi, akým je Intel. Ale aj po zmene smeru činnosti mala spoločnosť ťažké časy.
A keď sa svetoznáma počítačová značka Microsoft dohodla s Intelom, ostatní výrobcovia jednoducho nemali šancu – operačný systém Windows odmietol spolupracovať s procesormi ARM. Ako nemôžete odolať použitiu emulátorov gcam pre architektúru arm?! Čo sa týka Intelu, pri sledovaní vlny úspechu ARM Limited sa tiež pokúsil vytvoriť procesor, ktorý by bol hodný konkurencie. Na tento účel bol čip Intel Atom sprístupnený širokej verejnosti. Trvalo to však oveľa dlhšie ako ARM Limited. A čip sa začal vyrábať až v roku 2011, ale drahocenný čas sa už stratil.
Intel Atom je v podstate procesor CISC s architektúrou x86. Špecialistom sa podarilo dosiahnuť nižšiu spotrebu ako pri ARM riešeniach. Napriek tomu je všetok softvér, ktorý vychádza pre mobilné platformy, nedostatočne prispôsobený architektúre x86.
Nakoniec spoločnosť uznala úplnú všadeprítomnosť rozhodnutia a následne upustila od výroby procesorov pre mobilné zariadenia. Jediným veľkým výrobcom čipov Intel Atom je ASUS. Zároveň tieto procesory neupadli do zabudnutia, boli masívne vybavené netbookmi, nettopmi a inými prenosnými zariadeniami.
Existuje však možnosť, že sa situácia zmení a milovaný operačný systém Windows bude podporovať mikroprocesory ARM. Navyše sa v tomto smere robia kroky, možno sa objaví niečo ako emulátory gcam na architektúre ARM pre mobilné riešenia?! Ktovie, čas ukáže a dá všetko na svoje miesto.
V histórii vývoja ARM je jeden zaujímavý moment (na samom začiatku článku bol myslený práve on). Kedysi v srdci ARM Limited bol Apple a je pravdepodobné, že celá technológia ARM by patrila jemu. Osud však rozhodol inak - v roku 1998 bol Apple v kríze a vedenie bolo nútené predať svoj podiel. V súčasnosti je na rovnakej úrovni ako ostatní výrobcovia a naďalej získava technológiu od spoločnosti ARM Limited pre svoje telefóny iPhone a iPad. Kto mohol vedieť, ako sa veci môžu vyvíjať?!
Moderné procesory ARM sú schopné zložitejších operácií. A v blízkej budúcnosti má vedenie spoločnosti za cieľ vstúpiť na trh serverov, o ktorý má nepochybne záujem. Navyše v našej modernej dobe, kedy sa blíži éra rozvoja internetu vecí (IoT) vrátane „inteligentných“ domácich spotrebičov, môžeme predpovedať ešte väčší dopyt po čipoch s architektúrou ARM.
Takže ARM Limited má pred sebou ďaleko od beznádejnej budúcnosti! A je nepravdepodobné, že sa v blízkej budúcnosti nájde niekto, kto takého, nepochybne, mobilného giganta vo vývoji procesorov pre smartfóny a iné podobné elektronické zariadenia dokáže zosadiť.
Ako záver
Procesory ARM rýchlo zaujali trh s mobilnými zariadeniami a to všetko vďaka nízkej spotrebe energie a, aj keď nie príliš vysokému, ale stále dobrému výkonu. V súčasnosti možno stav vecí v ARM len závidieť. Mnoho výrobcov používa jeho technológie, čo stavia Advanced RISC Machines na úroveň takých gigantov v oblasti vývoja procesorov, akými sú Intel a AMD. A to aj napriek tomu, že firma nemá vlastnú výrobu.
Nejaký čas bol MIPS s rovnomennou architektúrou konkurentom mobilnej značky. V súčasnosti však stále existuje jediný vážny konkurent zoči-voči spoločnosti Intel Corporation, hoci jej vedenie neverí, že architektúra ramena môže predstavovať hrozbu pre jej podiel na trhu.
Podľa odborníkov z Intelu tiež procesory ARM nie sú schopné spúšťať desktopové verzie operačných systémov. Takéto tvrdenie však vyznieva trochu nelogicky, pretože majitelia ultramobilných PC nepoužívajú „ťažký“ softvér. Vo väčšine prípadov potrebujete prístup na internet, úpravu dokumentov, počúvanie mediálnych súborov (hudba, filmy) a ďalšie jednoduché úkony. A riešenia ARM odvádzajú pri takýchto operáciách vynikajúcu prácu.
Meno ARM už určite počul každý záujemca o mobilné technológie. Mnohí túto skratku chápu ako typ procesora pre smartfóny a tablety, iní zas upresňujú, že tu vôbec nejde o procesor, ale o jeho architektúru. A určite sa málokto ponoril do histórie vzniku ARM. V tomto článku sa pokúsime pochopiť všetky tieto nuansy a povedať vám, prečo moderné gadgety potrebujú procesory ARM.
Krátky exkurz do histórie
Na otázku „ARM“ uvádza Wikipedia pre túto skratku dva významy: Acorn RISC Machine a Advanced RISC Machines. Začnime po poriadku. V 80. rokoch minulého storočia bola v UK založená spoločnosť Acorn Computers, ktorá začala svoju činnosť tvorbou osobné počítače. V tom čase sa Žaluď nazýval aj „Britské jablko“. Rozhodujúce obdobie pre firmu nastalo koncom 80. rokov, keď jej hlavný inžinier využil rozhodnutie dvoch absolventov miestnych univerzít prísť s novým druhom architektúry procesorov RISC (Reduced Instruction Set). Takto sa objavil prvý počítač založený na procesore Acorn Risc Machine. Úspech na seba nenechal dlho čakať. V roku 1990 Briti uzavreli dohodu s Apple a čoskoro začali pracovať na novej verzii čipsetu. Výsledkom bolo, že vývojový tím vytvoril spoločnosť s názvom Advanced RISC Machines, podobne ako procesor. Čipy s novou architektúrou sa stali známymi aj ako Advanced Risc Machine alebo skrátene ARM.Od roku 1998 sa Advanced Risc Machine stal známym ako ARM Limited. V súčasnosti sa spoločnosť nezaoberá výrobou a predajom vlastných procesorov. Hlavnou a jedinou činnosťou ARM Limited je vývoj technológií a predaj licencií rôznym spoločnostiam na využitie architektúry ARM. Niektorí výrobcovia si kupujú licenciu na bežne dostupné jadrá, iní takzvanú „architektonickú licenciu“ na výrobu procesorov s vlastnými jadrami. Medzi tieto spoločnosti patria Apple, Samsung, Qualcomm, nVidia, HiSilicon a ďalšie. Podľa niektorých správ ARM Limited zarobí 0,067 $ na každom takomto procesore. Tento údaj je priemerný a tiež zastaraný. Každý rok je v čipových súpravách stále viac jadier a nové viacjadrové procesory svojou cenou prekonávajú zastarané vzorky.
Technické vlastnosti čipov ARM
Existujú dva typy moderných architektúr procesorov: CISC(Complex Instruction Set Computing) a RISC(Redukovaná inštrukčná sada Computing). Architektúra CISC sa týka rodiny procesorov x86 (Intel a AMD), zatiaľ čo architektúra RISC sa týka rodiny ARM. Hlavným formálnym rozdielom medzi RISC a CISC a teda x86 a ARM je redukovaná inštrukčná sada používaná v RISC procesoroch. Takže napríklad každá inštrukcia v architektúre CISC je transformovaná do niekoľkých RISC inštrukcií. Procesory RISC navyše využívajú menej tranzistorov, a teda spotrebujú menej energie.Hlavnou prioritou procesorov ARM je pomer výkonu a spotreby energie. ARM má vyšší pomer výkonu na watt ako x86. Potrebný výkon môžete získať z 24 jadier x86 alebo zo stoviek malých jadier ARM s nízkou spotrebou. Samozrejme, ani ten najvýkonnejší procesor na architektúre ARM nebude nikdy výkonovo porovnateľný s Intel Core i7. Ale ten istý Intel Core i7 potrebuje aktívny chladiaci systém a nikdy sa nezmestí do puzdra na telefón. Tu je ARM mimo konkurencie. Na jednej strane to vyzerá ako atraktívna možnosť, ako postaviť superpočítač využívajúci milión ARM procesorov namiesto tisícky x86 procesorov. Na druhej strane nemožno tieto dve architektúry jednoznačne porovnávať. V niektorých ohľadoch bude výhoda pre ARM av niektorých ohľadoch - pre x86.
Nazývať čipy architektúry ARM procesormi však nie je úplne správne. Okrem niekoľkých procesorových jadier obsahujú aj ďalšie komponenty. Najvhodnejší výraz by bol „jednočipový systém“ alebo „systém na čipe“ (SoC). Moderné jednočipové systémy pre mobilné zariadenia zahŕňajú radič RAM, grafický akcelerátor, video dekodér, zvukový kodek a moduly bezdrôtovej komunikácie. Ako už bolo spomenuté, jednotlivé komponenty čipsetu môžu byť vyvinuté výrobcami tretích strán. Najvýraznejším príkladom sú grafické jadrá, ktoré okrem ARM Limited (Mali grafika) vyvíjajú aj Qualcomm (Adreno), NVIDIA (GeForce ULP) a Imagination Technologies (PowerVR).
V praxi to vyzerá takto. Väčšina lacných mobilných zariadení so systémom Android sa dodáva s čipsetmi vyrobenými spoločnosťou. MediaTek, ktorý sa takmer bez výnimky riadi pokynmi ARM Limited a dopĺňa ich o jadrá Cortex-A a grafiku Mali (menej často PowerVR).
Značky A pre svoje vlajkové zariadenia často používajú čipsety vyrobené spoločnosťou Qualcomm. Mimochodom, najnovšie čipy Qualcomm Snapdragon (,) sú vybavené plne zákazkovými jadrami Kryo pre centrálny procesor a Adreno pre grafický akcelerátor.
Čo sa týka Apple, potom pre iPhone a iPad spoločnosť používa vlastné čipy série A s grafickým akcelerátorom PowerVR, ktoré vyrábajú spoločnosti tretích strán. Je teda nainštalovaný 64-bitový štvorjadrový procesor A10 Fusion a grafický procesor PowerVR GT7600.
Architektúra procesorov rodiny sa považuje za relevantnú v čase písania článku. ARMv8. Ako prvý použil 64-bitovú inštrukčnú sadu a podporoval viac ako 4 GB RAM. Architektúra ARMv8 je spätne kompatibilná s 32-bitovými aplikáciami. Najefektívnejšie a najvýkonnejšie procesorové jadro vyvinuté spoločnosťou ARM Limited je doteraz Cortex-A73 a väčšina výrobcov SoC ho používa bez zmeny.
Cortex-A73 poskytuje o 30 % rýchlejší výkon ako Cortex-A72 a podporuje celú sadu architektúr ARMv8. Maximálna frekvencia jadra procesora je 2,8 GHz.
Rozsah použitia ARM
Najväčšiu slávu ARM priniesol vývoj mobilných zariadení. V očakávaní masovej výroby smartfónov a iných prenosných zariadení prišli vhod energeticky nenáročné procesory. Vyvrcholením vývoja ARM Limited bol rok 2007, kedy britská spoločnosť obnovila partnerstvo s Apple a o nejaký čas neskôr Cupertinčania predstavili svoj prvý iPhone s procesorom architektúry ARM. Následne sa jednočipový systém založený na architektúre ARM stal neoddeliteľnou súčasťou takmer všetkých smartfónov na trhu.
Portfólio ARM Limited sa neobmedzuje len na rodinu jadier Cortex-A. V skutočnosti sa pod značkou Cortex skrývajú tri série procesorových jadier, ktoré sú označené písmenami A, R, M. Core family Cortex-A, ako už vieme, je najsilnejší. Používajú sa najmä v smartfónoch, tabletoch, set-top boxoch, satelitných prijímačoch, automobilových systémoch, robotike. Jadrá procesorov Cortex-R sú optimalizované na vykonávanie vysokovýkonných úloh v reálnom čase, takže takéto čipy sa nachádzajú v zdravotníckych zariadeniach, autonómnych bezpečnostných systémoch a pamäťových médiách. Hlavná úloha rodiny Cortex-M je jednoduchosť a nízke náklady. Technicky ide o najslabšie procesorové jadrá s najnižšou spotrebou energie. Procesory založené na takýchto jadrách sa používajú takmer všade tam, kde sa od zariadenia vyžaduje minimálny výkon a nízke náklady: senzory, ovládače, alarmy, displeje, inteligentné hodinky a iná technológia.
Vo všeobecnosti väčšina dnešných zariadení, od malých po veľké, ktoré vyžadujú CPU, používa čipy ARM. Obrovským plusom je fakt, že architektúru ARM podporujú mnohé operačné systémy založené na Linuxe (vrátane Androidu a Chrome OS), iOS a Windows (Windows Phone).
Konkurencia na trhu a vyhliadky do budúcnosti
Je pravda, že v súčasnosti nemá ARM žiadnych vážnych konkurentov. A vo všeobecnosti je to spôsobené tým, že ARM Limited v určitom čase urobil správna voľba. No na samom začiatku svojej cesty firma vyrábala procesory pre PC a dokonca sa snažila konkurovať Intelu. Po tom, čo ARM Limited zmenila smer svojich aktivít, to tiež nemala ľahké. Potom softvérový monopol zastúpený spoločnosťou Microsoft, ktorý uzavrel dohodu o partnerstve s Intelom, nenechal žiadnu šancu pre iných výrobcov, vrátane ARM Limited - Windows jednoducho nefungoval na systémoch s procesormi ARM. Bez ohľadu na to, ako paradoxne to môže znieť, teraz sa situácia môže dramaticky zmeniť a Windows je už pripravený podporovať procesory založené na tejto architektúre.
Po úspechu čipov ARM sa Intel pokúsil vytvoriť konkurencieschopný procesor a vstúpil na trh s čipom Intel Atom. Trvalo jej to oveľa viac času ako ARM Limited. Čipset vstúpil do výroby v roku 2011, ale ako sa hovorí, vlak už odišiel. Intel Atom je x86 CISC procesor. Inžinieri spoločnosti dosiahli nižšiu spotrebu energie ako ARM, ale v súčasnosti sa rôzne mobilné softvéry zle prispôsobujú architektúre x86.
V minulom roku Intel opustil niekoľko kľúčových rozhodnutí v ďalšom vývoji mobilných systémov. V skutočnosti spoločnosť pre mobilné zariadenia, pretože sa stali nerentabilnými. Jediným veľkým výrobcom, ktorý pribalil svoje smartfóny k čipsetom Intel Atom, bol ASUS. Intel Atom sa však stále masívne používal v netbookoch, nettopoch a iných prenosných zariadeniach.
Postavenie ARM Limited na trhu je jedinečné. V súčasnosti takmer všetci výrobcovia využívajú jeho vývoj. Zároveň spoločnosť nemá vlastné továrne. To jej nebráni postaviť sa na rovnakú úroveň ako Intel a AMD. História ARM zahŕňa ďalší zaujímavý fakt. Je možné, že teraz by technológia ARM mohla patriť spoločnosti Apple, ktorá bola jadrom založenia ARM Limited. Je iróniou, že v roku 1998 Cupertinos, ktorí prechádzali časmi krízy, predali svoj podiel. Teraz je Apple nútený spolu s ďalšími spoločnosťami kúpiť licenciu na procesory ARM používané v iPhone a iPad.
Teraz sú procesory ARM schopné vykonávať vážne úlohy. V krátkodobom horizonte sa budú používať na serveroch, najmä dátové centrá Facebook a PayPal už takéto riešenia majú. V ére internetu vecí (IoT) a inteligentných domácich zariadení sa čipy ARM stali ešte žiadanejšími. Takže to najzaujímavejšie pre ARM ešte len príde.
Prevažná väčšina moderných gadgetov využíva procesory založené na architektúre ARM, ktorú vyvíja rovnomenná spoločnosť ARM Limited. Zaujímavosťou je, že samotná spoločnosť nevyrába procesory, ale iba licencuje svoje technológie výrobcom čipov tretích strán. Okrem toho spoločnosť vyvíja aj jadrá procesorov Cortex a grafické akcelerátory Mali, ktorých sa v tomto materiáli určite dotkneme.
ARM Limited
Spoločnosť ARM je v skutočnosti monopolom vo svojom odbore a drvivá väčšina moderných smartfónov a tabletov na rôznych mobilných operačných systémoch používa procesory založené na architektúre ARM. Výrobcovia čipov licencujú jednotlivé jadrá, inštrukčné sady a súvisiace technológie od ARM a náklady na licencie sa výrazne líšia v závislosti od typu procesorových jadier (od nízkoenergetických rozpočtových riešení až po špičkové štvorjadrové a dokonca osemjadrové čipy) a doplnkových komponentov. Ročný výkaz ziskov a strát spoločnosti ARM Limited za rok 2006 ukázal príjmy vo výške 161 miliónov USD za licencovanie približne 2,5 miliardy procesorov (nárast zo 7,9 miliardy USD v roku 2011), čo predstavuje približne 0,067 USD na čip. Z vyššie uvedeného dôvodu je to však vzhľadom na rozdiel v cenách za rôzne licencie veľmi priemerné číslo a odvtedy mal zisk spoločnosti mnohonásobne narásť.
V súčasnosti sú procesory ARM veľmi rozšírené. Čipy na tejto architektúre sa používajú všade, až po servery, ale najčastejšie možno ARM nájsť vo vstavaných a mobilných systémoch, od radičov pevných diskov až po moderné smartfóny, tablety a iné gadgety.
Cortexové jadrá
ARM vyvíja niekoľko rodín jadier, ktoré sa používajú na rôzne úlohy. Napríklad procesory založené na Cortex-Mx a Cortex-Rx (kde „x“ je číslica alebo číslo označujúce presné číslo jadra) sa používajú vo vstavaných systémoch a dokonca aj v spotrebiteľských zariadeniach, ako sú smerovače alebo tlačiarne.
Nebudeme sa nimi podrobne zaoberať, pretože nás zaujíma predovšetkým rodina Cortex-Ax - čipy s takýmito jadrami sa používajú v najproduktívnejších zariadeniach vrátane smartfónov, tabletov a herných konzol. ARM neustále pracuje na nových jadrách z radu Cortex-Ax, ale v čase písania tohto článku používajú smartfóny tieto:
Čím väčšie číslo, tým vyšší je výkon procesora, a teda aj drahšia trieda zariadení, v ktorých sa používa. Je však potrebné poznamenať, že toto pravidlo nie je vždy dodržané: napríklad čipy založené na jadrách Cortex-A7 majú vyšší výkon ako čipy založené na Cortex-A8. Napriek tomu, ak sú procesory Cortex-A5 už považované za takmer zastarané a v moderných zariadeniach sa takmer vôbec nepoužívajú, potom procesory Cortex-A15 nájdeme vo vlajkových komunikátoroch a tabletoch. Nie je to tak dávno, čo ARM oficiálne oznámil vývoj nových, výkonnejších a zároveň energeticky efektívnejších jadier Cortex-A53 a Cortex-A57, ktoré budú kombinované na jednom čipe s využitím technológie a podpory ARM big.LITTLE inštrukčnú sadu ARMv8 („verzia architektúry“), ale v súčasnosti sa nepoužívajú v zariadeniach masových spotrebiteľov. Väčšina čipov s jadrami Cortex môže byť viacjadrová a štvorjadrové procesory sú v moderných špičkových smartfónoch všadeprítomné.
Veľkí výrobcovia smartfónov a tabletov zvyčajne používajú procesory od známych čipových výrobcov ako Qualcomm alebo ich vlastné riešenia, ktoré sa už stali pomerne populárnymi (napríklad Samsung a jeho rodina čipsetov Exynos), no medzi technické vlastnosti väčšiny gadgetov patria malé spoločnostičasto sa môžete stretnúť s popismi ako “Cortex-A7 procesor na 1 GHz” alebo “Dvojjadrový Cortex-A7 na 1 GHz”, ktoré bežnému používateľovi nič nepovedia. Aby sme pochopili, aké sú rozdiely medzi takýmito jadrami, zamerajme sa na tie hlavné.
Jadro Cortex-A5 sa používa v lacných procesoroch pre najlacnejšie zariadenia. Takéto zariadenia sú určené len na vykonávanie obmedzeného rozsahu úloh a spúšťanie jednoduchých aplikácií, ale vôbec nie sú určené pre programy náročné na zdroje a najmä hry. Príkladom gadgetu s procesorom Cortex-A5 je Highscreen Blast, ktorý dostal čip Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 obsahujúci dve jadrá Cortex-A5 taktované na 1,2 GHz.
Procesory Cortex-A7 sú výkonnejšie ako čipy Cortex-A5 a sú bežnejšie. Takéto čipy sa vyrábajú 28-nanometrovou procesnou technológiou a majú veľkú vyrovnávaciu pamäť druhej úrovne až 4 megabajty. Jadrá Cortex-A7 sa nachádzajú hlavne v lacných smartfónoch a lacných zariadeniach strednej triedy, ako je iconBIT Mercury Quad, a výnimočne v Samsung Galaxy S IV GT-i9500 s procesorom Exynos 5 Octa – tento čipset používa energeticky úsporný štvorjadrový procesor na Cortex-A7.
Jadro Cortex-A8 nie je také bežné ako jeho „susedia“, Cortex-A7 a Cortex-A9, ale stále sa používa v rôznych zariadeniach základnej úrovne. Frekvencia pracovných hodín čipov Cortex-A8 sa môže pohybovať od 600 MHz do 1 GHz, no niekedy výrobcovia pretaktujú procesory na vyššie frekvencie. Charakteristickým rysom jadra Cortex-A8 je nedostatočná podpora pre viacjadrové konfigurácie (to znamená, že procesory na týchto jadrách môžu byť iba jednojadrové) a sú vykonávané na 65-nanometrovej procesnej technológii, ktorá sa už zvažuje. zastaraný.
Cortex-A9
Pred niekoľkými rokmi boli jadrá Cortex-A9 považované za špičkové riešenie a používali sa v tradičných jednojadrových aj výkonnejších dvojjadrových čipoch, ako sú Nvidia Tegra 2 a Texas Instruments OMAP4. V súčasnosti procesory založené na Cortex-A9, vyrobené podľa 40-nanometrovej výrobnej technológie, nestrácajú na popularite a používajú sa v mnohých smartfónoch strednej triedy. Pracovná frekvencia takýchto procesorov môže byť od 1 do 2 alebo viac gigahertzov, ale zvyčajne je obmedzená na 1,2-1,5 GHz.
V júni 2013 spoločnosť ARM oficiálne predstavila jadro Cortex-A12, ktoré je založené na novej 28nm procesnej technológii a má nahradiť jadrá Cortex-A9 v smartfónoch strednej triedy. Vývojár sľubuje 40% nárast výkonu v porovnaní s Cortex-A9 a okrem toho sa jadrá Cortex-A12 budú môcť podieľať na architektúre ARM big.LITTLE ako produktívne spolu s energeticky úsporným Cortex-A7, čo umožní výrobcovia vytvárať lacné osemjadrové čipy. Pravda, v čase písania tohto článku je to všetko len v plánoch a masová výroba čipov Cortex-A12 ešte nebola zavedená, hoci RockChip už oznámil svoj zámer vydať štvorjadrový procesor Cortex-A12 s frekvencia 1,8 GHz.
Pre rok 2013 je jadro Cortex-A15 a jeho deriváty špičkovým riešením a používajú sa vo vlajkových čipoch komunikátorov od rôznych výrobcov. Medzi nové procesory vyrobené podľa 28-nm procesnej technológie a založené na Cortex-A15 patria Samsung Exynos 5 Octa a Nvidia Tegra 4, pričom toto jadro často funguje ako platforma pre úpravy od iných výrobcov. Napríklad najnovší procesor Apple A6X využíva jadrá Swift, ktoré sú modifikáciou Cortex-A15. Čipy na Cortex-A15 sú schopné pracovať na frekvencii 1,5-2,5 GHz a podpora mnohých štandardov tretích strán a schopnosť adresovať až 1 TB fyzickej pamäte umožňuje použitie takýchto procesorov v počítačoch (ako možno nepamätám si minipočítač veľkosti bankovej karty Raspberry Pi).
Séria Cortex-A50
V prvej polovici roku 2013 spoločnosť ARM predstavila nový rad čipov s názvom Cortex-A50. Jadrá tohto radu budú vyrobené podľa Nová verzia architektúry, ARMv8 a podporujú nové inštrukčné sady a tiež sa stanú 64-bitovými. Prechod na novú bitovú hĺbku si vyžiada optimalizáciu mobilných operačných systémov a aplikácií, no samozrejme zostane zachovaná podpora pre desaťtisíce 32-bitových aplikácií. Apple ako prvý prešiel na 64-bitovú architektúru. Najnovšie zariadenia spoločnosti ako iPhone 5S bežia práve na takomto procesore Apple A7 založenom na ARM. Je pozoruhodné, že nepoužíva jadrá Cortex - sú nahradené vlastnými jadrami výrobcu s názvom Swift. Jedným zo zjavných dôvodov potreby prechodu na 64-bitové procesory je podpora viac ako 4 GB RAM a navyše možnosť operovať pri výpočte s oveľa väčšími číslami. Samozrejme, je to relevantné predovšetkým pre servery a počítače, ale nebudeme prekvapení, ak sa o niekoľko rokov objavia na trhu smartfóny a tablety s týmto množstvom pamäte RAM. K dnešnému dňu nie je nič známe o plánoch na vydanie čipov na novej architektúre a smartfónoch, ktoré ich používajú, ale je pravdepodobné, že takéto procesory dostanú vlajkové lode v roku 2014, ako už Samsung oznámil.
Jadro Cortex-A53 otvára sériu, ktorá bude priamym „nástupcom“ Cortex-A9. Procesory založené na Cortex-A53 výrazne predčia čipy založené na Cortex-A9 vo výkone, no zároveň je zachovaná nízka spotreba energie. Takéto procesory je možné použiť ako samostatne, tak aj v konfigurácii ARM big.LITTLE, pričom sú kombinované na rovnakej čipovej sade s procesorom Cortex-A57
Výkon Cortex-A53, Cortex-A57
Procesory na Cortex-A57, ktoré budú vyrobené na 20-nanometrovej procesnej technológii, by sa mali v blízkej budúcnosti stať najvýkonnejšími ARM procesormi. Nové jadro výrazne prevyšuje svojho predchodcu Cortex-A15 v rôznych výkonnostných metrikách (porovnanie si môžete pozrieť vyššie) a podľa ARM, ktorý vážne mieri na PC trh, bude ziskovým riešením pre bežné počítače (vrátane notebookov) nielen mobilných zariadení.
ARM veľká.MALÁ
Ako high-tech riešenie problému spotreby energie moderných procesorov ponúka ARM technológiu big.LITTLE, ktorej podstatou je kombinovať rôzne typy jadier na jednom čipe, zvyčajne rovnaký počet energeticky úsporných a vysoko- výkonové jadrá.
Existujú tri schémy fungovania rôznych typov jadier na jednom čipe: big.LITTLE (migrácia medzi klastrami), big.LITTLE IKS (migrácia medzi jadrami) a big.LITTLE MP (heterogénne multiprocesing).
big.LITTLE (migrácia medzi klastrami)
Prvý čipset založený na architektúre ARM big.LITTLE bol procesor Samsung Exynos 5 Octa. Používa pôvodnú schému big.LITTLE „4+4“, čo znamená dva klastre (odtiaľ názov schémy) na jednom čipe so štyrmi vysokovýkonnými jadrami Cortex-A15 pre aplikácie a hry náročné na zdroje a štyri energeticky úsporné Jadrá Cortex-A7 pre každodennú prácu s väčšinou programov a súčasne môže fungovať iba jeden typ jadra. K prepínaniu medzi skupinami jadier dochádza takmer okamžite a pre užívateľa v plne automatickom režime.
big.LITTLE IKS (migrácia medzi jadrami)
Zložitejšou implementáciou architektúry big.LITTLE je spojenie niekoľkých reálnych jadier (zvyčajne dvoch) do jedného virtuálneho riadeného jadra operačný systém, ktorý rozhoduje o tom, ktoré jadrá použiť – energeticky efektívne alebo produktívne. Samozrejmosťou je aj niekoľko virtuálnych jadier – na obrázku je príklad schémy IKS, kde každé zo štyroch virtuálnych jadier obsahuje jedno jadro Cortex-A7 a Cortex-A15.
big.LITTLE MP (heterogénny multiprocessing)
Schéma big.LITTLE MP je "najpokročilejšia" - v nej je každé jadro nezávislé a môže byť zapnuté jadrom OS podľa potreby. To znamená, že ak sa použijú štyri jadrá Cortex-A7 a rovnaký počet jadier Cortex-A15, v čipsete postavenom na architektúre ARM big.LITTLE MP bude všetkých 8 jadier schopných pracovať súčasne, aj keď odlišné typy. Jedným z prvých procesorov tohto typu bol osemjadrový čip Mediateku – MT6592, ktorý dokáže pracovať na taktovacej frekvencii 2 GHz, ako aj nahrávať a prehrávať videá v rozlíšení UltraHD.
Budúcnosť
Podľa aktuálne dostupných informácií plánuje ARM v blízkej budúcnosti spolu s ďalšími spoločnosťami spustiť vydanie novej generácie čipov big.LITTLE, ktoré budú využívať nové jadrá Cortex-A53 a Cortex-A57. Okrem toho čínsky výrobca MediaTek vydá rozpočtové procesory na ARM big.LITTLE, ktoré budú fungovať podľa schémy „2 + 2“, to znamená, že budú používať dve skupiny dvoch jadier.
Mali grafické akcelerátory
Okrem procesorov ARM vyvíja aj grafické akcelerátory z rodiny Mali. Podobne ako procesory, aj grafické akcelerátory sa vyznačujú mnohými parametrami, ako je úroveň vyhladzovania, rozhranie zbernice, vyrovnávacia pamäť (ultrarýchla pamäť používaná na zvýšenie rýchlosti) a počet „grafických jadier“ (aj keď, ako sme písali v V predchádzajúcom článku má tento ukazovateľ napriek podobnosti s výrazom používaným na opis CPU malý alebo žiadny vplyv na výkon pri porovnaní dvoch GPU).
Prvým grafickým akcelerátorom ARM bol dnes už nepoužívaný Mali 55, ktorý bol použitý v dotykovom telefóne LG Renoir (áno, ten najobyčajnejší mobil). GPU sa v hrách nepoužíval - iba na kreslenie rozhrania a mal primitívne vlastnosti podľa dnešných štandardov, ale bol to on, kto sa stal "predchodcom" série Mali.
Odvtedy pokrok prešiel dlhou cestou a podporované rozhrania API a herné štandardy majú nemalý význam. Napríklad podpora pre OpenGL ES 3.0 je teraz oznámená iba v najvýkonnejších procesoroch, ako sú Qualcomm Snapdragon 600 a 800, a ak hovoríme o produktoch ARM, štandard podporujú také urýchľovače ako Mali-T604 (bol to on ktorý sa stal prvým grafickým procesorom ARM vyrobeným na novej mikroarchitektúre Midgard), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 a niektorých ďalších čipoch podobných vlastností. Jeden alebo druhý GPU spravidla úzko súvisí s jadrom, ale napriek tomu je uvedený samostatne, čo znamená, že ak je pre vás dôležitá kvalita grafiky v hrách, potom má zmysel pozrieť sa na názov akcelerátor v špecifikáciách smartfónu alebo tabletu.
ARM má tiež grafické akcelerátory pre smartfóny strednej triedy, z ktorých najbežnejšie sú Mali-400 MP a Mali-450 MP, ktoré sa od svojich starších bratov líšia relatívne nízkym výkonom a obmedzenou sadou API a podporovaných štandardov. Napriek tomu sa tieto GPU naďalej používajú v nových smartfónoch, napríklad Zopo ZP998, ktorý okrem osemjadrového procesora MTK6592 dostal grafický akcelerátor Mali-450 MP4 (vylepšená modifikácia Mali-450 MP).
Podľa všetkého by sa koncom roka 2014 mali objaviť smartfóny s najnovšími grafickými akcelerátormi ARM: Mali-T720, Mali-T760 a Mali-T760 MP, ktoré boli predstavené v októbri 2013. Mali-T720 by mal byť novým GPU pre smartfóny nižšej triedy a prvým GPU v tomto segmente s podporou Open GL ES 3.0. Mali-T760 sa zase stane jedným z najvýkonnejších mobilných grafických akcelerátorov: podľa deklarovaných charakteristík má GPU 16 výpočtových jadier a má skutočne obrovský výpočtový výkon, 326 Gflops, ale zároveň štyrikrát menej. spotrebu energie ako Mali-T604 spomenuté vyššie.
Úloha CPU a GPU od ARM na trhu
Napriek tomu, že ARM je autorom a vývojárom rovnomennej architektúry, ktorá sa, opakujeme, dnes používa v drvivej väčšine mobilných procesorov, jej riešenia v podobe jadier a grafických akcelerátorov nie sú u veľkých smartfónov obľúbené. výrobcov. Napríklad sa správne verí, že vlajkové komunikátory na OS Android by mali mať procesor Snapdragon s jadrami Krait a grafickým akcelerátorom Adreno od Qualcommu, čipsety od tej istej spoločnosti sa používajú v smartfónoch s Windows Phone a niektorí výrobcovia gadgetov, napríklad Apple , rozvíjať svoje vlastné jadrá. . Prečo je to súčasný stav?
Možno niektoré dôvody môžu byť hlbšie, ale jedným z nich je nedostatok jasného umiestnenia CPU a GPU od ARM medzi produkty iných spoločností, v dôsledku čoho je vývoj spoločnosti vnímaný ako základné komponenty pre použitie v Zariadenia značky B, lacné smartfóny a tvorba na základe nich zrelšie rozhodnutia. Napríklad Qualcomm takmer na každej prezentácii opakuje, že jedným z jeho hlavných cieľov pri vytváraní nových procesorov je zníženie spotreby energie a jeho jadrá Krait, upravené jadrami Cortex, neustále vykazujú vyššie výkonové výsledky. Podobné tvrdenie platí aj pre čipsety Nvidia, ktoré sú zamerané na hry, no čo sa týka procesorov Exynos od Samsungu a radu A od Apple, tie majú svoj trh vďaka inštalácii do smartfónov tých istých spoločností.
Vyššie uvedené vôbec neznamená, že vývoj ARM je výrazne horší ako procesory a jadrá tretích strán, ale konkurencia na trhu v konečnom dôsledku prospieva len kupujúcim smartfónov. Dá sa povedať, že ARM ponúka nejaké polotovary, zakúpením licencie si ich už výrobcovia môžu upravovať svojpomocne.
Záver
Mikroprocesory na báze ARM úspešne dobyli trh mobilných zariadení vďaka nízkej spotrebe energie a relatívne veľkému výpočtovému výkonu. Predtým ARMu konkurovali aj iné RISC architektúry, ako napríklad MIPS, no teraz mu zostal len jeden vážny konkurent – Intel s architektúrou x86, ktorý mimochodom, hoci aktívne bojuje o svoj podiel na trhu, zatiaľ nie je vnímaný. zo strany spotrebiteľov alebo väčšiny výrobcov vážne, najmä ak na ňom v skutočnosti neexistujú žiadne vlajkové lode (Lenovo K900 už nemôže konkurovať najnovším špičkovým smartfónom s procesormi ARM).
Čo myslíte, podarí sa niekomu presadiť ARM a ako sa bude ďalej vyvíjať osud tejto spoločnosti a jej architektúry?
Počítačový svet sa rýchlo mení. Stolné počítače stratili prvé miesto v rebríčku predajnosti v prospech notebookov a chystajú sa vzdať trhu tabletom a iným mobilným zariadeniam. Pred 10 rokmi sme si vážili čistý megahertz, skutočný výkon a výkon. Aby procesor dobyl trh, musí byť nielen rýchly, ale aj ekonomický. Mnohí považujú ARM za architektúru 21. storočia. Je to tak?
Nové - dobre zabudnuté staré
Novinári, sledujúci ARM PR ľudí, často prezentujú túto architektúru ako niečo úplne nové, čo by malo pochovať šedovlasú x86.
V skutočnosti sú ARM a x86, na základe ktorých sú postavené procesory Intel, AMD a VIA, inštalované v notebookoch a stolných počítačoch, prakticky rovnaké. Prvý x86 čip bol vydaný v roku 1978. Projekt ARM oficiálne začal v roku 1983, ale bol založený na vývoji, ktorý sa uskutočnil takmer súčasne s vytvorením x86.
Rané ARM zapôsobili na špecialistov svojou jemnosťou, no s relatívne nízkym výkonom nedokázali dobyť trh, ktorý si vyžadoval vysoké rýchlosti a nevenoval pozornosť efektivite práce. Aby popularita ARM raketovo vzrástla, museli existovať určité podmienky.
Na prelome osemdesiatych a deväťdesiatych rokov boli s relatívne lacnou ropou žiadané obrovské SUV s výkonnými 6-litrovými motormi. O elektromobily sa zaujímal málokto. No v dnešnej dobe, keď barel ropy stojí viac ako 100 dolárov, sú veľké autá s nenásytnými motormi len pre bohatých, ostatní sa ponáhľajú prejsť na úsporné autá. Podobná vec sa stala s ARM. Keď vyvstala otázka mobility a efektívnosti, architektúra sa ukázala byť veľmi žiadanou.
„Rizikový“ procesor
ARM je architektúra RISC. Používa redukovanú sadu príkazov - RISC (reduced installation set computer). Tento typ architektúry sa objavil koncom sedemdesiatych rokov, približne v rovnakom čase, keď Intel predstavil svoj x86.
Pri experimentovaní s rôznymi kompilátormi a mikrokódovanými procesormi si inžinieri všimli, že v niektorých prípadoch boli sekvencie jednoduchých inštrukcií rýchlejšie ako jedna komplexná operácia. Bolo rozhodnuté vytvoriť architektúru, ktorá by zahŕňala prácu s obmedzeným súborom jednoduchých inštrukcií, ktorých dekódovanie a vykonávanie by zabralo minimum času.
Jeden z prvých projektov pre RISC procesory realizovala skupina študentov a učiteľov z University of Berkeley v roku 1981. Práve v tomto čase čelila britská spoločnosť Acorn výzve doby. Vyrábala vzdelávacie počítače BBC Micro, ktoré boli vo Foggy Albion veľmi populárne, založené na procesore 6502. Čoskoro však tieto domáce počítače začali strácať na pokročilejšie stroje. Žaluď riskoval stratu trhu. Inžinieri spoločnosti, ktorí sa oboznámili so študentskými prácami na procesoroch RISC, sa rozhodli, že bude celkom jednoduché vyrovnať sa s vytvorením vlastného čipu. V roku 1983 začal projekt Acorn RISC Machine, ktorý sa neskôr zmenil na ARM. O tri roky neskôr bol vydaný prvý procesor.
Prvé ARM
Bol mimoriadne jednoduchý. Prvé čipy ARM boli dokonca bez inštrukcií na násobenie a delenie, čo sa zdalo byť súborom jednoduchších inštrukcií. Ďalšou vlastnosťou čipov boli princípy práce s pamäťou: všetky operácie s dátami bolo možné vykonávať iba v registroch. Procesor zároveň pracoval s takzvaným registrovým oknom, to znamená, že mohol pristupovať len k časti všetkých dostupných registrov, ktoré boli v podstate univerzálne a ich práca závisela od režimu, v ktorom sa procesor nachádzal. To umožnilo úplne prvým verziám ARM opustiť vyrovnávaciu pamäť.
Navyše, zjednodušením inštrukčných sád sa architekti zaobišli bez množstva ďalších blokov. Napríklad v prvom ARM nebol vôbec žiadny mikrokód, rovnako ako jednotka s pohyblivou rádovou čiarkou, FPU. Celkový počet tranzistorov v prvom ARM bol 30 000. V podobných x86 ich bolo niekoľkonásobne, ba dokonca rádovo viac. Ďalšie úspory energie sa dosahujú podmieneným vykonávaním príkazov. To znamená, že táto alebo tá operácia sa vykoná, ak v registri existuje zodpovedajúca skutočnosť. To pomáha procesoru vyhnúť sa „prehnaným gestám“. Všetky inštrukcie sa vykonávajú postupne. V dôsledku toho ARM stratil na výkone, ale nie výrazne, pričom výrazne získal na spotrebe energie.
Základné princípy budovania architektúry zostávajú rovnaké ako pri prvých ARMoch: práca s dátami iba v registroch, redukovaná sada inštrukcií, minimum prídavných modulov. To všetko poskytuje architektúre nízku spotrebu energie pri relatívne vysokom výkone.
S cieľom zvýšiť jeho ARM počas v posledných rokoch implementovalo niekoľko ďalších súborov inštrukcií. Spolu s klasickým ARMom sú tu Thumb, Thumb 2, Jazelle. Ten je navrhnutý tak, aby urýchlil vykonávanie kódu Java.
Cortex - najpokročilejší ARM
Cortex - moderné architektúry pre mobilné zariadenia, vstavané systémy a mikrokontroléry. Podľa toho sú CPU označené ako Cortex-A, embedded - Cortex-R a mikrokontroléry - Cortex-M. Všetky sú založené na architektúre ARMv7.
Najpokročilejšia a najvýkonnejšia architektúra v rade ARM je Cortex-A15. Predpokladá sa, že na jeho základe sa budú vyrábať najmä dvoj alebo štvorjadrové modely. Cortex-A15 zo všetkých predchádzajúcich ARM je z hľadiska počtu a kvality blokov najbližšie k x86.
Cortex-A15 je založený na procesorových jadrách vybavených FPU a sadou NEON SIMD inštrukcií určených na zrýchlenie spracovania multimediálnych dát. Jadrá majú 13-stupňovú pipeline, podporujú vykonávanie inštrukcií vo voľnom poradí, virtualizáciu na báze ARM.
Cortex-A15 podporuje rozšírený systém adresovania pamäte. ARM zostáva 32-bitovou architektúrou, ale inžinieri spoločnosti sa naučili, ako previesť 64-bitové alebo iné rozšírené adresovanie na 32-bitový zrozumiteľný procesor. Táto technológia sa nazýva Long Physical Address Extensions. Vďaka nej dokáže Cortex-A15 teoreticky adresovať až 1 TB pamäte.
Každé jadro je vybavené vyrovnávacou pamäťou prvej úrovne. Okrem toho je k dispozícii až 4 MB distribuovanej vyrovnávacej pamäte L2 s nízkou latenciou. Procesor je vybavený 128-bitovou koherentnou zbernicou, ktorú je možné použiť na komunikáciu s ďalšími blokmi a perifériami.
Jadrá, ktoré sú základom Cortex-A15, sú evolúciou Cortex-A9. Majú podobnú štruktúru.
Cortex-A9, na rozdiel od Cortex-A15, je možné vyrábať vo viac- aj jednojadrovej verzii. Maximálna frekvencia je 2,0 GHz, Cortex-A15 naznačuje možnosť vytvorenia čipov pracujúcich na frekvencii 2,5 GHz. Čipy na jeho základe sa budú vyrábať pomocou 40 nm a tenších výrobných procesov. Cortex-A9 je dostupný v procesných technológiách 65 a 40 nm.
Cortex-A9, podobne ako Cortex-A15, je navrhnutý na použitie vo vysokovýkonných smartfónoch a tabletoch, ale je príliš tvrdý na serióznejšie aplikácie, napríklad na serveroch. Iba Cortex-A15 má hardvérovú virtualizáciu, rozšírené adresovanie pamäte. Okrem toho sú inštrukčná sada NEON Advanced SIMD a FPU v Cortex-A9 voliteľné prvky, zatiaľ čo v Cortex-A15 sú povinné.
Cortex-A8 v budúcnosti postupne zmizne zo scény, no zatiaľ táto možnosť s jedným jadrom nájde využitie v lacných smartfónoch. Nízkonákladové riešenie s frekvenciami od 600 MHz do 1 GHz je vyvážená architektúra. Má FPU, podporuje prvú verziu SIMD NEON. Cortex-A8 predpokladá jediný výrobný proces – 65 nm.
ARM predchádzajúcej generácie
Procesory ARM11 sú na mobilnom trhu celkom bežné. Sú založené na architektúre ARMv6 a jej modifikáciách. Charakterizujú ho 8-9-stupňové pipeline, podpora Jazelle, ktorá urýchľuje spracovanie Java kódu, streamovanie SIMD inštrukcií, Thumb-2.
Procesory XScale, ARM10E, ARM9E sú založené na architektúre ARMv5 a jej modifikáciách. Maximálna dĺžka potrubia je 6 stupňov, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP. Čipy XScale majú vyrovnávaciu pamäť druhej úrovne. Procesory sa používali v smartfónoch od polovice roku 2000 a dnes ich možno nájsť v niektorých lacných mobilných telefónoch.
ARM9TDMI, ARM8, StrongARM sú zástupcovia ARMv4, ktorý má 3-5 stupňové potrubie, podporuje Thumb. ARMv4 sa napríklad nachádzal v raných klasických iPodoch.
ARM6 a ARM7 sú ARMv3. V tejto architektúre sa prvýkrát objavil blok FPU, implementovalo sa 32-bitové adresovanie pamäte a nie 26-bitové, ako v prvých ukážkach architektúry. Formálne boli ARMv2 a ARMv1 32-bitové čipy, no v skutočnosti aktívne pracovali len s 26-bitovým adresným priestorom. Cache sa prvýkrát objavila v ARMv2.
Ich meno je légia
Acorn sa pôvodne nechystal stať sa hráčom na trhu procesorov. Úlohou projektu ARM malo byť vytvorenie čipu vlastnej výroby na výrobu počítačov - práve vytvorenie PC v Acorn bolo považované za jeho hlavný biznis.
Zo skupiny vývojárov sa vďaka Applu stala spoločnosť ARM. V roku 1990 sa Apple spojil s VLSI a Acorn, aby vyvinuli ekonomický procesor pre prvý vreckový počítač Newton. Pre tieto účely bola vytvorená samostatná spoločnosť, ktorá dostala názov interného projektu Acorn – ARM.
Za účasti spoločnosti Apple bol vytvorený procesor ARM6, ktorý je najbližšie k moderným čipom anglického vývojára. V rovnakom čase si DEC mohol patentovať architektúru ARM6 a začal vyrábať čipy pod značkou StrongARM. O pár rokov neskôr bola technológia prevedená na Intel v rámci ďalšieho patentového sporu. Mikroprocesorový gigant vytvoril svoj vlastný analóg založený na ARM - procesor XScale. Ale v polovici predchádzajúcej dekády sa Intel zbavil tohto „nezákladného aktíva“ a sústredil sa výlučne na x86. XScale prevzala spoločnosť Marvell, ktorá už ARM licencovala.
Novo sa svetu objavila spoločnosť ARM najskôr nebola schopná zapojiť sa do výroby procesorov. Jej manažment zvolil iný spôsob zarábania peňazí. Architektúra ARM sa vyznačovala jednoduchosťou a flexibilitou. Najprv bolo jadro dokonca zbavené vyrovnávacej pamäte, preto následne ďalšie moduly vrátane FPU, radičov neboli tesne integrované do procesora, ale boli akoby zavesené na základni.
V súlade s tým sa ARM dostal do rúk inteligentného dizajnéra, ktorý umožnil technologicky vyspelým spoločnostiam vytvárať procesory alebo mikrokontroléry pre ich potreby. Deje sa tak pomocou takzvaných koprocesorov, ktoré dokážu rozšíriť štandardnú funkcionalitu. Celkovo architektúra podporuje až 16 koprocesorov (číslovaných od 0 do 15), ale číslo 15 je vyhradené pre koprocesor, ktorý vykonáva funkcie správy vyrovnávacej pamäte a pamäte.
Periférne zariadenia sa pripájajú k čipu ARM namapovaním ich registrov do pamäťového priestoru procesora alebo koprocesora. Čip na spracovanie obrazu môže napríklad pozostávať z relatívne jednoduchého jadra založeného na ARM7TDMI a koprocesora, ktorý zabezpečuje dekódovanie HDTV.
ARM začal licencovať svoju architektúru. Na jeho implementácii v kremíku sa už podieľali ďalšie spoločnosti, medzi ktoré patria Texas Instruments, Marvell, Qualcomm, Freescale, ale aj úplne nejadrové ako Samsung, Nokia, Nintendo či Canon.
Nedostatok vlastných tovární, ako aj pôsobivé licenčné poplatky, umožnili ARM byť flexibilnejší pri vývoji nových verzií architektúry. Spoločnosť ich upiekla ako teplé rožky a vstúpila do nových výklenkov. Okrem smartfónov a tabletov sa architektúra používa v špecializovaných procesoroch, ako sú GPS navigácie, digitálne fotoaparáty a videokamery. Na jeho základe sú vytvorené priemyselné ovládače a ďalšie čipy pre vstavané systémy.
Licenčný systém ARM je skutočným hypermarketom mikroelektroniky. Spoločnosť licencuje nielen nové, ale aj zastarané architektúry. Ten možno použiť na vytvorenie mikrokontrolérov alebo čipov pre lacné zariadenia. Prirodzene, výška licenčných poplatkov závisí od stupňa novosti a zložitosti variantu architektúry, ktorý je pre výrobcu zaujímavý. Tradične sú technické procesy, pre ktoré ARM vyvíja procesory, 1-2 kroky za tými, ktoré sa považujú za relevantné pre x86. Vysoká energetická efektívnosť architektúry ju robí menej závislou na prechode na nové technické normy. Intel a AMD sa snažia vyrábať tenšie čipy, aby zvýšili rýchlosť hodín a počet jadier pri zachovaní fyzickej veľkosti a spotreby energie. ARM má natívne nižšie nároky na energiu a tiež poskytuje vyšší výkon na watt.
Vlastnosti procesorov NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell
Licencovaním ARM vpravo a vľavo vývojári posilnili pozíciu svojej architektúry na úkor kompetencií partnerov. Za klasický príklad v tomto prípade možno považovať NVIDIA Tegra. Tento rad systémov na čipe je založený na architektúre ARM, ale NVIDIA už mala svoj vlastný veľmi vážny vývoj v oblasti trojrozmernej grafiky a systémovej logiky.
ARM dáva svojim poskytovateľom licencií široké právomoci na prepracovanie architektúry. V súlade s tým boli inžinieri NVIDIA schopní kombinovať v Tegre silné stránky ARM (CPU computing) a vlastné produkty – práca s trojrozmernou grafikou a pod. Výsledkom je, že Tegra má najvyšší 3D výkon vo svojej triede. Sú o 25 – 30 % rýchlejšie ako PowerVR používané spoločnosťami Samsung a Texas Instruments a sú takmer dvakrát rýchlejšie ako Adreno od Qualcommu.
Ďalší výrobcovia procesorov založených na architektúre ARM posilňujú určité dodatočné bloky, vylepšujú čipy za účelom dosiahnutia vyšších frekvencií a výkonu.
Napríklad Qualcomm nepoužíva referenčný dizajn ARM. Inžinieri spoločnosti ho vážne prepracovali a nazvali ho Scorpio - je to on, kto je základom čipov Snapdragon. Čiastočne bol dizajn prepracovaný tak, aby zvládal jemnejšie technické procesy, ako poskytuje štandardný IP ARM. Výsledkom bolo, že prvé Snapdragony boli vyrábané v štandardoch 45 nm, čo im poskytovalo vyššie frekvencie. A nová generácia týchto procesorov s deklarovaným 2,5 GHz sa môže stať dokonca najrýchlejšou medzi analógmi založenými na ARM Cortex-A9. Qualcomm tiež používa vlastné grafické jadro Adreno, založené na návrhoch získaných od AMD. Takže svojim spôsobom sú Snapdragon a Tegra nepriatelia na genetickej úrovni.
Samsung sa pri tvorbe Hummingbird vydal aj cestou optimalizácie architektúry. Kórejci spolu s Intrinsity zmenili logiku, čím sa znížil počet inštrukcií potrebných na vykonanie niektorých operácií. Takto bolo možné vyhrať 5-10% produktivity. Okrem toho pribudla dynamická vyrovnávacia pamäť druhej úrovne a multimediálne rozšírenie ARM NEON. Kórejci ako grafický modul použili PowerVR SGX540.
Texas Instruments v novej sérii OMAP založenej na architektúre ARM Cortex-A pridal špeciálny modul IVA zodpovedný za zrýchlenie spracovania obrazu. Umožňuje vám rýchlo spracovať údaje pochádzajúce zo vstavanej kamery snímača. Navyše je pripojený k ISP a prispieva k zrýchleniu videa. OMAP tiež používa grafiku PowerVR.
Apple A4 má veľkú vyrovnávaciu pamäť 512 KB, grafiku PowerVR a samotné jadro ARM je založené na variante architektúry prepracovanej Samsungom.
Dvojjadrový Apple A5, ktorý debutoval v iPade 2 začiatkom roka 2011, je založený na architektúre ARM Cortex-A9, rovnako ako ho naposledy optimalizoval Samsung. V porovnaní s A4 má nový čip dvojnásobné množstvo vyrovnávacej pamäte L2 – zväčšila sa na 1 MB. Procesor obsahuje dvojkanálový radič RAM a má vylepšený video blok. Výsledkom je, že jeho výkon v niektorých úlohách je dvojnásobný oproti Apple A4.
Marvell ponúka čipy založené na vlastnej architektúre Sheeva, ktorá sa po bližšom preskúmaní ukáže ako hybrid XScale, kedysi kúpeného od Intelu, a ARM. Tieto čipy majú oproti svojim náprotivkom veľkú vyrovnávaciu pamäť a sú vybavené špeciálnym multimediálnym modulom.
V súčasnosti držitelia licencie ARM vyrábajú iba čipy založené na architektúre ARM Cortex-A9. Zároveň, hoci umožňuje vytvárať štvorjadrové varianty, NVIDIA, Apple, Texas Instruments a ďalšie sú stále obmedzené na modely s jedným alebo dvoma jadrami. Čipy navyše pracujú na frekvenciách až 1,5 GHz. Cortex-A9 umožňuje vyrábať dvoj-GHz procesory, no výrobcovia sa opäť nesnažia rýchlo zvyšovať frekvencie – zatiaľ bude mať trh dostatok dvojjadrových procesorov na 1,5 GHz.
Procesory založené na Cortex-A15 by sa mali stať skutočne viacjadrovými, no ak budú ohlásené, tak na papieri. Ich vzhľad v kremíku by sa mal očakávať budúci rok.
Aktuálne procesory s licenciou ARM založené na Cortex-A9:
x86 - hlavný rival
x86 je predstaviteľom architektúr CISC. Používajú celú sadu príkazov. Jedna inštrukcia v tomto prípade vykonáva niekoľko operácií na nízkej úrovni. Programový kód je na rozdiel od ARM kompaktnejší, ale nebeží tak rýchlo a vyžaduje viac zdrojov. Okrem toho boli od samého začiatku x86 vybavené všetkými potrebnými blokmi, čo naznačovalo ich všestrannosť aj obžerstvo. Ďalšia energia bola vynaložená na bezpodmienečné paralelné vykonávanie príkazov. To vám umožňuje dosiahnuť výhodu rýchlosti, ale niektoré operácie sú nečinné, pretože nespĺňajú predchádzajúce podmienky.
Boli to klasické x86, ale počnúc 80486 Intel de facto vytvoril interné jadro RISC, ktoré vykonávalo inštrukcie CISC, predtým rozložené na jednoduchšie inštrukcie. Moderné procesory Intel a AMD majú rovnaký dizajn.
Windows 8 a ARM
ARM a x86 sa dnes líšia pred menej ako 30 rokmi, no stále sú založené na odlišných princípoch, čo ich rozdeľuje do rôznych výklenkov na trhu s procesormi. Architektúry by sa možno nikdy neskrížili, keby sa nezmenil samotný počítač.
Do popredia sa dostala mobilita a efektivita, väčšia pozornosť sa venovala smartfónom a tabletom. Apple zarába veľa peňazí na mobilných zariadeniach a infraštruktúre, ktorá je s nimi spojená. Microsoft nechce zostať pozadu a už druhý rok sa snaží presadiť na trhu s tabletmi. Google je na tom celkom dobre.
Stolný počítač sa stáva predovšetkým pracovným nástrojom, výklenok domáceho počítača zaberajú tablety a špecializované zariadenia. Za týchto podmienok sa Microsoft chystá urobiť bezprecedentný krok. . Nie je celkom jasné, k čomu to povedie. Dostaneme dve verzie operačného systému, prípadne takú, ktorá bude fungovať s oboma architektúrami. Pochová podpora x86 od Microsoftu ARM alebo nie?
Informácií je zatiaľ málo. Microsoft predviedol Windows 8 na zariadení založenom na ARM počas CES 2011. Steve Ballmer ukázal, že na platforme ARM môžete pomocou Windowsu sledovať videá, pracovať s obrázkami, používať internet – Internet Explorer dokonca pracoval s hardvérovou akceleráciou – pripojiť USB zariadenia na tlač dokumentov. Najdôležitejšie v tejto ukážke bolo, že Microsoft Office beží na ARM bez virtuálneho počítača. Prezentácia ukázala tri gadgety založené na procesoroch Qualcomm, Texas Instruments a NVIDIA. Windows mal štandardný "sedem" shell, ale zástupcovia Microsoftu oznámili nové, prepracované jadro systému.
Windows však nie je len operačný systém vytvorený inžiniermi Microsoftu, sú to aj milióny programov. Niektorý softvér je kritický pre ľudí v mnohých profesiách. Napríklad balík Adobe CS. Bude spoločnosť podporovať verziu softvéru pre ARM-Windows, alebo nové jadro umožní Photoshop a ďalšie populárne aplikácie bežať na počítačoch s NVIDIA Tegra alebo podobnými čipmi bez dodatočných úprav kódu?
Okrem toho existuje otázka s grafickými kartami. Teraz sa grafické karty pre notebooky vyrábajú optimalizáciou spotreby energie grafických čipov pre stolné počítače - sú architektonicky rovnaké. Zároveň je teraz grafická karta niečo ako „počítač v počítači“ – má vlastnú ultrarýchlu RAM a vlastný výpočtový čip, ktorý v konkrétnych úlohách výrazne prevyšuje bežné procesory. Samozrejmosťou je pre nich vykonaná zodpovedajúca optimalizácia aplikácií pracujúcich s 3D grafikou. Áno, a rôzne programy na úpravu videa a grafické editory (najmä Photoshop od verzie CS4) a v poslednej dobe aj prehliadače používajú hardvérovú akceleráciu GPU.
Samozrejme, v systémoch Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS a ďalších mobilných systémoch bola vykonaná potrebná optimalizácia pre rôzne mobilné (presnejšie ultramobilné) akcelerátory na trhu. Nie sú však podporované v systéme Windows. Ovládače samozrejme budú napísané (a už napísané – procesory Intel Atom série Z500 sú dodávané s čipsetom, kde je integrované „smartfónové“ grafické jadro PowerVR SGX 535), no optimalizácia aplikácií pre ne môže byť oneskorená, ak vôbec .
Je zrejmé, že „ARM na ploche“ sa skutočne neujme. Ibaže v systémoch s nízkou spotrebou energie, na ktorých budú mať prístup na internet a sledovať filmy. Na nettopoch všeobecne. ARM sa teda len snaží naraziť na miesto, ktoré obsadil Intel Atom a kam sa teraz aktívne tlačí AMD so svojou platformou Brazos. A zdá sa, že je toho súčasťou. Pokiaľ si obe spracovateľské firmy „nevystrelia“ s niečím veľmi konkurenčným.
Miestami si už konkurujú Intel Atom a ARM. Používajú sa na vytváranie sieťových úložísk a serverov s nízkou spotrebou energie, ktoré môžu slúžiť malej kancelárii alebo byte. Existuje aj niekoľko komerčných klastrových projektov založených na úsporných čipoch Intel. Charakteristiky nových procesorov založených na ARM Cortex-A9 umožňujú ich použitie na podporu infraštruktúry. O pár rokov tak môžeme získať ARM servery alebo ARM-NAS pre malé lokálnych sietí, nemožno vylúčiť vznik webových serverov s nízkou spotrebou.
Prvý sparing
Hlavným rivalom ARM zo strany x86 je Intel Atom a teraz môžete pridať . Porovnanie x86 a ARM vykonal Van Smith, ktorý vytvoril testovacie balíčky OpenSourceMark, miniBench a jeden zo spoluautorov SiSoftware Sandra. Pretekov sa zúčastnil Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050. Frekvencie čipov x86 boli znížené, ale stále mali výhodu vďaka pokročilejšej pamäti.
Výsledky boli veľmi zaujímavé. Čip ARM sa ukázal byť rovnako rýchly ako jeho konkurenti v celočíselných operáciách, pričom spotrebuje menej energie. Nie je tu nič prekvapujúce. Spočiatku bola architektúra pomerne rýchla a ekonomická. Pri operáciách s pohyblivou rádovou čiarkou ARM stratil x86. Tu zasiahol tradične výkonný blok FPU dostupný pre čipy Intel a AMD. Pripomeňme, že sa v ARM objavil relatívne nedávno. Úlohy, ktoré pripadajú na FPU, zaujímajú významné miesto v živote moderného používateľa - sú to hry, kódovanie videa a zvuku a ďalšie operácie streamovania. Samozrejme, testy, ktoré vykonal Van Smith, už dnes nie sú také relevantné. ARM výrazne zvýšil slabiny svojej architektúry vo verziách Cortex-A9 a najmä Cortex-A15, ktoré napríklad už dokážu bezpodmienečne vykonávať inštrukcie, paralelizujúc vykonávanie úloh.
ARM výhľad
Akú architektúru by ste teda mali nakoniec použiť, ARM alebo x86? Najlepšie by bolo staviť na oboje. Dnes žijeme v podmienkach preformátovania počítačového trhu. V roku 2008 netbooky predpovedali svetlú budúcnosť. Lacné kompaktné notebooky sa mali stať hlavným počítačom pre väčšinu používateľov, najmä na pozadí globálnej krízy. Potom však začalo ekonomické oživenie a prišiel iPad. Tablety sú teraz kráľmi trhu. Tablet je však dobrý ako zábavná konzola, ale práca s ním nie je príliš pohodlná kvôli dotykovému vstupu - napísať tento článok na iPad by bolo veľmi ťažké a dlhé. Obstoja tablety v skúške času? Možno o pár rokov prídeme s novou hračkou.
Napriek tomu v mobilnom segmente, kde sa nevyžaduje vysoký výkon a činnosť používateľov je obmedzená hlavne na zábavu a nesúvisí s prácou, vyzerá ARM vhodnejšie ako x86. Poskytujú tiež prijateľnú úroveň výkonu veľký čas offline prácu. Pokusy Intelu pripomenúť si Atom boli zatiaľ neúspešné. ARM nastavuje novú latku výkonu na watt. S najväčšou pravdepodobnosťou bude ARM úspešný v kompaktných mobilných zariadeniach. Na trhu netbookov sa môžu stať lídrami, ale tu všetko nezávisí ani tak od vývojárov procesorov, ale od spoločnosti Microsoft a Google. Ak prvý implementuje normálnu podporu ARM v systéme Windows 8, a druhý vám pripomenie Chrome OS. Smartbooky, ktoré ponúka Qualcomm, sa zatiaľ na trhu nepresadili. Netbooky založené na x86 prežili.
Prelom v tomto smere, ako plánuje ARM, by mala urobiť architektúra Cortex-A15. Spoločnosť odporúča dvojjadrové a štvorjadrové procesory na ňom založené s frekvenciou 1,0-2,0 GHz pre systémy domácej zábavy, ktoré budú kombinovať prehrávač médií, 3D TV a internetový terminál. Štvorjadrové čipy s frekvenciou 1,5-2,5 GHz sa môžu stať základom domácich a webových serverov. Nakoniec, najambicióznejším prípadom použitia pre Cortex-A15 je infraštruktúra bezdrôtové siete. Môže využívať čipy so štyrmi a viacerými jadrami, s frekvenciou 1,5-2,5 GHz.
Ale zatiaľ sú to len plány. Cortex-A15 bol predstavený spoločnosti ARM v septembri minulého roka. Cortex-A9 spoločnosť ukázala v októbri 2007, o dva roky neskôr predstavila verziu A9 so schopnosťou zvýšiť frekvenciu čipov až na 2,0 GHz. Pre porovnanie, NVIDIA Tegra 2 - jedno z najpopulárnejších riešení na báze Cortex-A9 - bolo vydané len v januári minulého roka. No, prvé gadgety založené na ňom mohli používatelia pocítiť po ďalších šiestich mesiacoch.
Pre x86 zostane segment pracovných počítačov a vysokovýkonných riešení. Nebude to znamenať smrť architektúry, no v peňažnom vyjadrení by sa Intel a AMD mali pripraviť na stratu časti príjmov, ktoré pripadnú výrobcom ARM procesorov.
