Nuförtiden finns det två mest populära processorarkitekturer. Det här är x86, som utvecklades redan på 80-talet och används i persondatorer och ARM – en modernare sådan, vilket gör processorerna mindre och mer ekonomiska. Det används i de flesta mobila enheter eller surfplattor.
Båda arkitekturerna har sina för- och nackdelar, såväl som användningsområden, men det finns också gemensamma drag. Många experter säger att ARM är framtiden, men det har fortfarande några nackdelar som x86 inte har. I vår artikel idag kommer vi att titta på hur armarkitekturen skiljer sig från x86. Låt oss titta på de grundläggande skillnaderna mellan ARM och x86, och även försöka avgöra vilken som är bättre.
Processorn är huvudkomponenten i alla datorer, oavsett om det är en smartphone eller en dator. Dess prestanda avgör hur snabbt enheten kommer att fungera och hur länge den kan köras på batteri. Enkelt uttryckt är en processorarkitektur en uppsättning instruktioner som kan användas för att komponera program och implementeras i hårdvara med hjälp av vissa kombinationer av processortransistorer. Det är de som tillåter program att interagera med hårdvara och avgöra hur data ska överföras till och läsas från minnet.
För närvarande finns det två typer av arkitekturer: CISC (Complex Instruction Set Computing) och RISC (Reduced Instruction Set Computing). Den första förutsätter att processorn kommer att implementera instruktioner för alla tillfällen, den andra, RISC, ger utvecklare uppgiften att skapa en processor med en uppsättning av de minimiinstruktioner som krävs för drift. RISC-instruktionerna är mindre och enklare.
x86 arkitektur
x86-processorarkitekturen utvecklades 1978 och dök upp först i Intel-processorer och är av CISC-typ. Dess namn är hämtat från modellen för den första processorn med denna arkitektur - Intel 8086. Med tiden, i avsaknad av ett bättre alternativ, började andra processortillverkare, till exempel AMD, stödja denna arkitektur. Det är nu standarden för stationära datorer, bärbara datorer, netbooks, servrar och andra liknande enheter. Men ibland används x86-processorer i surfplattor, detta är en ganska vanlig praxis.
Den första Intel 8086-processorn hade en 16-bitars kapacitet, sedan 2000 släpptes en 32-bitars arkitekturprocessor, och ännu senare dök en 64-bitars arkitektur upp. Vi diskuterade detta i detalj i en separat artikel. Under denna tid har arkitekturen utvecklats väldigt mycket, nya uppsättningar instruktioner och tillägg har lagts till, vilket avsevärt kan öka processorns prestanda.
x86 har flera betydande nackdelar. För det första är detta kommandonas komplexitet, deras förvirring, som uppstod på grund av utvecklingens långa historia. För det andra förbrukar sådana processorer för mycket ström och genererar mycket värme på grund av detta. x86-ingenjörer tog initialt vägen för att uppnå maximal prestanda, och hastighet kräver resurser. Innan vi tittar på skillnaderna mellan arm x86, låt oss prata om ARM-arkitekturen.
ARM arkitektur
Denna arkitektur introducerades lite senare bakom x86 - 1985. Den utvecklades av det berömda brittiska företaget Acorn, sedan kallades denna arkitektur Arcon Risk Machine och tillhörde RISC-typen, men sedan släpptes dess förbättrade version Advanted RISC Machine, som nu är känd som ARM.
När ingenjörerna utvecklade denna arkitektur, satte sig ingenjörerna som mål att eliminera alla brister med x86 och skapa en helt ny och mest effektiv arkitektur. ARM-chips har minimal strömförbrukning och lågt pris, men hade dålig prestanda jämfört med x86, så de blev till en början inte mycket populära på persondatorer.
Till skillnad från x86 försökte utvecklare initialt uppnå minimala resurskostnader; de har färre processorinstruktioner, färre transistorer, men också, följaktligen, färre ytterligare egenskaper. Men prestandan hos ARM-processorer har förbättrats de senaste åren. Med tanke på detta, och låg strömförbrukning, har de blivit mycket flitigt använda i mobila enheter som surfplattor och smartphones.
Skillnader mellan ARM och x86
Och nu när vi har tittat på historien om utvecklingen av dessa arkitekturer och deras grundläggande skillnader, låt oss göra en detaljerad jämförelse av ARM och x86 baserat på deras olika egenskaper för att avgöra vilken som är bättre och mer exakt förstå vad deras skillnader är.
Produktion
Produktion x86 vs arm är annorlunda. Endast två företag tillverkar x86-processorer: Intel och AMD. Från början var detta ett företag, men det är en helt annan historia. Endast dessa företag har rätt att producera sådana processorer, vilket innebär att endast de kommer att kontrollera riktningen för infrastrukturutvecklingen.
ARM fungerar väldigt annorlunda. Företaget som utvecklar ARM släpper ingenting. De ger helt enkelt tillstånd att utveckla processorer med denna arkitektur, och tillverkare kan göra vad de behöver, till exempel producera specifika chips med de moduler de behöver.
Antal instruktioner
Dessa är de viktigaste skillnaderna mellan arm- och x86-arkitektur. x86-processorer utvecklades snabbt och blev mer kraftfulla och produktiva. Utvecklarna har lagt till ett stort antal processorinstruktioner, och det finns inte bara en grundläggande uppsättning, utan ganska många kommandon som skulle kunna göras utan. Ursprungligen gjordes detta för att minska mängden minne som upptas av program på disken. Många alternativ för skydd och virtualisering, optimering och mycket mer har också utvecklats. Allt detta kräver ytterligare transistorer och energi.
ARM är enklare. Det finns mycket färre processorinstruktioner här, bara de som operativsystemet behöver och faktiskt används. Om vi jämför x86 så används bara 30% av alla där möjliga instruktioner. De är lättare att lära sig om du bestämmer dig för att skriva program för hand, och de kräver också färre transistorer att implementera.
Energiförbrukning
En annan slutsats framgår av föregående stycke. Ju fler transistorer på kortet, desto större är dess yta och energiförbrukning, och det omvända är också sant.
x86-processorer förbrukar mycket mer ström än ARM. Men strömförbrukningen påverkas också av storleken på själva transistorn. Till exempel förbrukar en Intel i7-processor 47 watt, och alla ARM-smarttelefonprocessorer förbrukar inte mer än 3 watt. Tidigare producerades kort med en enda elementstorlek på 80 nm, sedan uppnådde Intel en minskning till 22 nm, och i år kunde forskare skapa ett kort med en elementstorlek på 1 nanometer. Detta kommer att kraftigt minska strömförbrukningen utan att förlora prestanda.
De senaste åren har strömförbrukningen för x86-processorer minskat rejält, till exempel kan de nya Intel Haswell-processorerna hålla längre på batteri. Nu försvinner skillnaden mellan arm vs x86 gradvis.
Värmeavledning
Antalet transistorer påverkar en annan parameter - värmegenerering. Moderna enheter kan inte omvandla all energi till effektiva åtgärder, en del av den försvinner i form av värme. Effektiviteten på korten är densamma, vilket innebär att ju färre transistorer och ju mindre de är desto mindre värme genererar processorn. Här uppstår inte längre frågan om ARM eller x86 kommer att generera mindre värme.
Processorprestanda
ARM designades inte ursprungligen för maximal prestanda, det är här x86 utmärker sig. Detta beror delvis på det mindre antalet transistorer. Men i Nyligen Prestandan hos ARM-processorer växer, och de kan redan användas fullt ut i bärbara datorer eller servrar.
Slutsatser
I den här artikeln tittade vi på hur ARM skiljer sig från x86. Skillnaderna är ganska allvarliga. Men på senare tid har gränsen mellan båda arkitekturerna suddats ut. ARM-processorer blir mer produktiva och snabbare, och x86-processorer, tack vare minskningen av storleken på kortets strukturella element, börjar förbruka mindre ström och generera mindre värme. Du kan redan hitta ARM-processorer på servrar och bärbara datorer, och x86 på surfplattor och smartphones.
Vad tycker du om dessa x86 och ARM? Vilken teknik är framtiden enligt dig? Skriv i kommentarerna! Förresten, .
För att avsluta videon om utvecklingen av ARM-arkitekturen:
Alla som är intresserade av mobil teknik har hört talas om ARM-arkitektur. Men för de flesta människor är detta förknippat med surfplattor eller smartphone-processorer. Andra rättar dem och förtydligar att detta inte är själva stenen, utan bara dess arkitektur. Men nästan ingen av dem var säkert intresserade av var denna teknik faktiskt kom ifrån och när.
Samtidigt är denna teknik utbredd bland många moderna prylar, av vilka det blir fler och fler varje år. Dessutom, på utvecklingsvägen för företaget, som började utveckla ARM-processorer, finns det ett intressant fall som inte är synd att nämna; kanske kommer det att bli en lärdom för framtiden för någon.
ARM-arkitektur för dummies
Förkortningen ARM döljer ett ganska framgångsrikt brittiskt företag ARM Limited inom IT-teknik. Det står för Advanced RISC Machines och är en av världens största utvecklare och licensgivare av 32-bitars RISC-processorarkitekturen som driver de flesta bärbara enheter.
Men karakteristiskt är att företaget självt inte producerar mikroprocessorer, utan bara utvecklar och licensierar ut sin teknologi till andra parter. I synnerhet köps ARM mikrokontrollerarkitektur av följande tillverkare:
- Atmel.
- Cirrus logik.
- Intel.
- Äpple.
- nVidia.
- HiSilicon.
- Marvell.
- Samsung.
- Qualcomm.
- Sony Ericsson.
- Texas instrument.
- Broadcom.
Några av dem är kända för en bred publik av konsumenter av digitala prylar. Enligt det brittiska företaget ARM är det totala antalet mikroprocessorer som produceras med deras teknik mer än 2,5 miljarder. Det finns flera serier av mobila stenar:
- ARM7 - klockfrekvens 60-72 MHz, vilket är relevant för budgetmobiler.
- ARM9/ARM9E - frekvensen är redan högre, cirka 200 MHz. Mer funktionella smartphones och personliga digitala assistenter (PDA) är utrustade med sådana mikroprocessorer.
Cortex och ARM11 är mer moderna mikroprocessorfamiljer jämfört med den tidigare ARM-mikrokontrollerarkitekturen, med klockhastigheter på upp till 1 GHz och avancerade digitala signalbehandlingsmöjligheter.
De populära xScale-mikroprocessorerna från Marvell (fram till mitten av sommaren 2007 stod projektet till Intels förfogande) är faktiskt en utökad version av ARM9-arkitekturen, kompletterad med Wireless MMX-instruktionsuppsättningen. Detta beslut från Intel fokuserade på att stödja multimediaapplikationer.
ARM-teknik hänvisar till en 32-bitars mikroprocessorarkitektur som innehåller en reducerad instruktionsuppsättning, som kallas RISC. Enligt beräkningar är användningen av ARM-processorer 82% av det totala antalet producerade RISC-processorer, vilket indikerar ett ganska brett täckningsområde för 32-bitarssystem.
Många elektroniska enheter är utrustade med ARM-processorarkitektur, och dessa är inte bara handdatorer och mobiltelefoner, utan även handhållna spelkonsoler, miniräknare, kringutrustning för datorer, nätverksutrustning och mycket mer.
En liten resa tillbaka i tiden
Låt oss ta en imaginär tidsmaskin tillbaka några år och försöka lista ut var allt började. Det är säkert att säga att ARM snarare är en monopolist inom sitt område. Och detta bekräftas av det faktum att den stora majoriteten av smartphones och andra elektroniska digitala enheter styrs av mikroprocessorer skapade med denna arkitektur.
1980 grundades Acorn Computers och började skapa persondatorer. Därför introducerades ARM tidigare som Acorn RISC Machines.
Ett år senare presenterades en hemmaversion av BBC Micro PC med den allra första ARM-processorarkitekturen för konsumenterna. Det blev en succé, dock orkade inte chippet med grafikuppgifter, och andra alternativ i form av Motorola 68000 och National Semiconductor 32016-processorer var inte heller lämpliga för detta.
Sedan funderade företagsledningen på att skapa en egen mikroprocessor. Ingenjörerna var intresserade av en ny processorarkitektur som uppfanns av utexaminerade från ett lokalt universitet. Den använde bara den reducerade instruktionsuppsättningen, eller RISC. Och efter uppkomsten av den första datorn, som styrdes av Acorn Risc Machine-processorn, kom framgången ganska snabbt - 1990 slöts ett avtal mellan det brittiska varumärket och Apple. Detta markerade början på utvecklingen av en ny styrkrets, som i sin tur ledde till bildandet av ett helt utvecklingsteam kallat Advanced RISC Machines, eller ARM.
Från och med 1998 bytte företaget namn till ARM Limited. Och nu är specialister inte längre involverade i produktion och implementering av ARM-arkitektur. Vad gav det? Detta påverkade inte på något sätt utvecklingen av företaget, även om företagets huvudsakliga och enda inriktning var utvecklingen av teknologier, samt försäljningen av licenser till tredjepartsföretag så att de kunde använda processorarkitekturen. Samtidigt förvärvar vissa företag rättigheterna till färdiga kärnor, medan andra utrustar processorer med egna kärnor under en förvärvad licens.
Enligt vissa uppgifter är företagets intäkter på varje sådan lösning 0,067 $. Men denna information är genomsnittlig och föråldrad. Antalet kärnor i chipset växer varje år, och följaktligen överstiger kostnaden för moderna processorer äldre modeller.
Applikationsområde
Det var utvecklingen av mobila enheter som gav enorm popularitet till ARM Limited. Och när produktionen av smartphones och andra bärbara elektroniska apparater blev utbredd, energieffektiva processorer hittade omedelbart tillämpning. Jag undrar om det finns Linux på arm-arkitektur?
Kulmen på ARM:s utveckling inträffade 2007, när partnerskapet med Apples varumärke förnyades. Därefter presenterades den första iPhone baserad på en ARM-processor för konsumenterna. Sedan dess har en sådan processorarkitektur blivit en oföränderlig komponent i nästan alla tillverkade smartphones som bara kan hittas på den moderna mobilmarknaden.
Vi kan säga att nästan varje modern elektronisk enhet som behöver styras av en processor på något sätt är utrustad med ARM-chips. Och det faktum att en sådan processorarkitektur stöder många operativsystem, oavsett om det är Linux, Android, iOS och Windows, är en obestridlig fördel. Bland dem finns Windows inbyggd CE 6.0 Core; armarkitekturen stöds också av den. Denna plattform är designad för handdatorer, mobiltelefoner och inbyggda system.
Utmärkande egenskaper hos x86 och ARM
Många användare som har hört mycket om ARM och x86 blandar lite ihop dessa två arkitekturer med varandra. De har dock vissa skillnader. Det finns två huvudtyper av arkitekturer:
- CISC (Complex Instruction Set Computing).
- Datoranvändning).
CISC inkluderar x86-processorer (Intel eller AMD), RISC, som du redan kan förstå, inkluderar ARM-familjen. X86- och armarkitekturen har sina fans. Tack vare ansträngningarna från ARM-specialister, som betonade energieffektivitet och användningen av en enkel uppsättning instruktioner, hade processorer stor nytta av detta - den mobila marknaden började utvecklas snabbt, och många smartphones motsvarade nästan datorernas kapacitet.
Intel har i sin tur alltid varit känt för att producera processorer med hög prestanda och bandbredd för stationära datorer, bärbara datorer, servrar och till och med superdatorer.
Dessa två familjer vann användarnas hjärtan på sitt eget sätt. Men vad är deras skillnad? Det finns flera utmärkande egenskaper eller till och med funktioner; låt oss titta på de viktigaste av dem.
Process kraft
Låt oss börja analysera skillnaderna mellan ARM- och x86-arkitekturer med denna parameter. RISC-professorernas specialitet är att använda så lite undervisning som möjligt. Dessutom bör de vara så enkla som möjligt, vilket ger dem fördelar inte bara för ingenjörer utan också för mjukvaruutvecklare.
Filosofin här är enkel - om instruktionerna är enkla, kräver den önskade kretsen inte för många transistorer. Som ett resultat frigörs ytterligare utrymme för något eller så blir chipstorlekarna mindre. Av denna anledning började ARM-mikroprocessorer att integrera kringutrustning som grafikprocessorer. Ett exempel är Raspberry Pi-datorn, som har ett minimalt antal komponenter.
Enkla instruktioner kostar dock. För att utföra vissa uppgifter behöver du Ytterligare instruktioner, vilket vanligtvis leder till ökad minnesförbrukning och tid att utföra uppgiften.
Till skillnad från armprocessorarkitekturen kan instruktionerna från CISC-chips, som lösningar från Intel, utföra komplexa uppgifter med stor flexibilitet. Med andra ord, RISC-baserade maskiner utför operationer mellan register och kräver vanligtvis att programmet laddar variabler i registret innan operationen utförs. CISC-processorer kan utföra operationer på flera sätt:
- mellan register;
- mellan register och minnesplats;
- mellan minnesceller.
Men det är bara en del särdrag, låt oss gå vidare till att analysera andra tecken.
Energiförbrukning
Beroende på typ av enhet kan strömförbrukningen ha varierande grad av betydelse. För ett system som är anslutet till en konstant strömkälla (elnät) finns det helt enkelt ingen gräns för energiförbrukningen. Mobiltelefoner och andra elektroniska prylar är dock helt beroende av strömhantering.
En annan skillnad mellan arm- och x86-arkitekturen är att den förstnämnda har en strömförbrukning på mindre än 5 W, inklusive många relaterade paket: GPU:er, kringutrustning, minne. Denna låga effekt beror på det mindre antalet transistorer i kombination med relativt låga hastigheter (om vi drar en parallell med stationära processorer). Samtidigt påverkar detta produktiviteten – komplexa operationer tar längre tid att slutföra.
Intel-kärnor har en mer komplex struktur och som ett resultat är deras energiförbrukning betydligt högre. Till exempel förbrukar en högpresterande Intel I-7-processor cirka 130 W ström, mobila versioner- 6-30 W.
programvara
Det är ganska svårt att göra en jämförelse på denna parameter, eftersom båda märkena är mycket populära i sina kretsar. Enheter som är baserade på armarkitekturprocessorer fungerar perfekt med mobila operativsystem (Android, etc.).
Maskiner som kör Intel-processorer kan köra plattformar som Windows och Linux. Dessutom är båda familjerna av mikroprocessorer vänliga med applikationer skrivna i Java.
Om man analyserar skillnaderna i arkitekturer kan en sak sägas säkert - ARM-processorer hanterar främst strömförbrukningen för mobila enheter. Huvudmålet med skrivbordslösningar är att ge hög prestanda.
Nya prestationer
ARM-företaget har, på grund av sin kompetenta policy, helt tagit kontroll över mobilmarknaden. Men i framtiden tänker hon inte sluta där. För inte så länge sedan presenterades en ny utveckling av kärnor: Cortex-A53 och Cortex-A57, som fick en viktig uppdatering - stöd för 64-bitars beräkning.
A53-kärnan är en direkt efterföljare till ARM Cortex-A8, som, även om dess prestanda inte var särskilt hög, hade minimal strömförbrukning. Som experter noterar minskas arkitekturens strömförbrukning med 4 gånger, och när det gäller prestanda kommer den inte att vara sämre än Cortex-A9-kärnan. Och detta trots att kärnområdet på A53 är 40% mindre än A9:s.
A57-kärnan kommer att ersätta Cortex-A9 och Cortex-A15. Samtidigt hävdar ARM-ingenjörer en fenomenal prestandaökning - tre gånger högre än A15-kärnan. Med andra ord kommer A57-mikroprocessorn att vara 6 gånger snabbare än Cortex-A9, och dess energieffektivitet kommer att vara 5 gånger bättre än A15.
För att sammanfatta så skiljer sig cortex-serien, nämligen den mer avancerade a53:an från sina föregångare i högre prestanda mot bakgrund av lika hög energieffektivitet. Även Cortex-A7-processorer, som är installerade på de flesta smartphones, kan inte konkurrera!
Men vad som är mer värdefullt är att arm cortex a53-arkitekturen är den komponent som gör att du kan undvika problem i samband med brist på minne. Dessutom kommer enheten att tömma batteriet långsammare. Tack vare den nya produkten kommer dessa problem nu att vara ett minne blott.
Grafiska lösningar
Förutom att utveckla processorer, arbetar ARM med implementeringen av Mali-seriens grafikacceleratorer. Och den allra första av dem är Mali 55. LG Renoir-telefonen var utrustad med denna accelerator. Och ja, det här är den vanligaste mobiltelefonen. Endast i den var GPU:n inte ansvarig för spel, utan återgav bara gränssnittet, för att döma av moderna standarder har grafikprocessorn primitiva möjligheter.
Men framstegen flyger obönhörligen framåt och därför har ARM, för att hänga med i tiden, även mer avancerade modeller som är relevanta för smartphones med mellanpris. Vi pratar om den vanliga grafikprocessorn Mali-400 MP och Mali-450 MP. Även om de har låg prestanda och en begränsad uppsättning API:er, hindrar detta dem inte från att hitta applikationer i moderna mobila modeller. Ett slående exempel är telefonen Zopo ZP998, där det åttakärniga MTK6592-chippet är ihopkopplat med en Mali-450 MP4-grafikaccelerator.
Konkurrenskraft
För närvarande är det ingen som motsätter sig ARM ännu, och det beror främst på att det rätta beslutet togs då. Men en gång i tiden, i början av sin resa, arbetade ett team av utvecklare med att skapa processorer för datorer och gjorde till och med ett försök att konkurrera med en sådan jätte som Intel. Men även efter att verksamhetsriktningen ändrats hade företaget det svårt.
Och när det världsberömda datormärket Microsoft ingick ett avtal med Intel hade andra tillverkare helt enkelt ingen chans – Windows-operativsystemet vägrade fungera med ARM-processorer. Hur kan man inte motstå att använda gcam-emulatorer för armarkitektur?! När det gäller Intel, iakttagande av framgångsvågen för ARM Limited, försökte man också skapa en processor som skulle vara en värdig konkurrent. För detta ändamål gjordes Intel Atom-chippet tillgängligt för allmänheten. Men det tog mycket längre tid än ARM Limited. Och chipet gick i produktion först 2011, men dyrbar tid var redan förlorad.
I huvudsak är Intel Atom en CISC-processor med x86-arkitektur. Specialister lyckades uppnå lägre strömförbrukning än i ARM-lösningar. All mjukvara som släpps för mobila plattformar är dock dåligt anpassad till x86-arkitekturen.
I slutändan insåg företaget den fullständiga enorma beslutet och övergav sedan produktionen av processorer för mobila enheter. Den enda större tillverkaren av Intel Atom-chips är ASUS. Samtidigt har dessa processorer inte sjunkit i glömska, netbooks, nettops och andra bärbara enheter är utrustade med dem i massor.
Det finns dock en möjlighet att situationen kommer att förändras och allas favorit Windows-operativsystem kommer att stödja ARM-mikroprocessorer. Dessutom tas steg i denna riktning, kanske något som gcam-emulatorer på ARM-arkitektur för mobila lösningar verkligen dyker upp?! Vem vet, tiden får utvisa och allt sätts på sin plats.
Det finns en intressant punkt i historien om utvecklingen av ARM-företaget (i början av artikeln var detta vad som menades). En gång i tiden var ARM Limited baserat på Apple och det är troligt att all ARM-teknik skulle ha tillhört det. Men ödet beslutade annorlunda - 1998 befann sig Apple i en kris och ledningen tvingades sälja sin andel. För närvarande är det i nivå med andra tillverkare och återstår att köpa teknik från ARM Limited för sina iPhone- och iPad-enheter. Vem kunde ha vetat hur saker och ting kunde bli?!
Moderna ARM-processorer kan utföra mer komplexa operationer. Och inom en snar framtid siktar företagets ledning på att komma in på servermarknaden, vilket man utan tvekan är intresserad av. Dessutom, i vår moderna tid, när eran av utvecklingen av Internet of Things (IoT), inklusive "smarta" hushållsapparater, närmar sig, kan vi förutsäga en ännu större efterfrågan på chips med ARM-arkitektur.
Så ARM Limited har en långt ifrån dyster framtid framför sig! Och det är osannolikt att det inom en snar framtid kommer att finnas någon som kan ersätta denna, utan tvekan, mobiljätte i utvecklingen av processorer för smartphones och andra liknande elektroniska enheter.
Som slutsats
ARM-processorer tog snabbt över marknaden för mobila enheter, allt tack vare låg strömförbrukning och, om än inte särskilt hög, men ändå bra prestanda. För närvarande kan läget på ARM bara avundas. Många tillverkare använder dess teknologier, vilket sätter Advanced RISC Machines i paritet med sådana jättar inom processorutveckling som Intel och AMD. Och detta trots att företaget inte har egen produktion.
Under en tid var mobilmärkets konkurrent MIPS-företaget med arkitekturen med samma namn. Men för närvarande finns det fortfarande bara en allvarlig konkurrent i Intel Corporations person, även om dess ledning inte tror att armarkitekturen kan utgöra ett hot mot dess marknadsandel.
Dessutom, enligt experter från Intel, är ARM-processorer inte kapabla att köra stationära versioner av operativsystem. Ett sådant uttalande låter dock lite ologiskt, eftersom ägare av ultramobila datorer inte använder "tunga" programvara. I de flesta fall behöver du tillgång till Internet, redigera dokument, lyssna på mediefiler (musik, filmer) och andra enkla uppgifter. Och ARM-lösningar klarar sådana operationer bra.
Alla som är intresserade av mobilteknik har säkert hört namnet ARM. Många förstår denna förkortning som en typ av processor för smartphones och surfplattor, andra klargör att detta inte alls är en processor, utan dess arkitektur. Och säkert har få människor grävt i historien om framväxten av ARM. I den här artikeln kommer vi att försöka förstå alla dessa nyanser och berätta varför moderna prylar behöver ARM-processorer.
En kort utflykt i historien
När du söker efter "ARM" ger Wikipedia två betydelser för denna förkortning: Acorn RISC Machine och Advanced RISC Machines. Låt oss börja i ordning. På 1980-talet grundades Acorn Computers i Storbritannien, som började sin verksamhet med att skapa personliga datorer. På den tiden kallades Acorn också det "brittiska äpplet". Den avgörande perioden för företaget var slutet av 80-talet, då dess chefsingenjör drog fördel av lösningen från två lokala universitetsakademiker som kom på den nya sorten Processorarkitektur för reducerad instruktionsuppsättning (RISC). Så här dök den första datorn baserad på Acorn Risc Machine-processorn ut. Framgången lät inte vänta på sig. 1990 ingick britterna ett avtal med Apple och började snart arbeta med en ny version av chipset. Utvecklingsteamet bildade så småningom ett företag som heter Advanced RISC Machines, inspirerat av processorn. Chips med den nya arkitekturen blev också kända som Advanced Risc Machine eller förkortat ARM.Sedan 1998 blev Advanced Risc Machine känd som ARM Limited. För närvarande är företaget inte engagerat i produktion och försäljning av sina egna processorer. ARM Limiteds huvudsakliga och enda verksamhet är utveckling av teknik och försäljning av licenser till olika företag för att använda ARM-arkitekturen. Vissa tillverkare köper licens för färdiga kärnor, andra köper en så kallad ”arkitekturlicens” för att producera processorer med egna kärnor. Bland sådana företag finns Apple, Samsung, Qualcomm, nVidia, HiSilicon och andra. Enligt vissa rapporter tjänar ARM Limited 0,067 USD på varje sådan processor. Denna siffra är genomsnittlig och även föråldrad. Varje år finns det fler och fler kärnor i chipset, och nya flerkärniga processorer överträffar föråldrade modeller i kostnad.
Tekniska egenskaper hos ARM-chips
Det finns två typer av moderna processorarkitekturer: CISC(Complex Instruction Set Computing) och RISC(Reduced Instruction Set Computing). CISC-arkitekturen inkluderar x86-processorfamiljen (Intel och AMD), och RISC-arkitekturen inkluderar ARM-familjen. Den huvudsakliga formella skillnaden mellan RISC och CISC och, följaktligen, x86 från ARM är den reducerade instruktionsuppsättningen som används i RISC-processorer. Till exempel omvandlas varje instruktion i en CISC-arkitektur till flera RISC-instruktioner. Dessutom använder RISC-processorer färre transistorer och förbrukar därmed mindre ström.Huvudprioriteten för ARM-processorer är förhållandet mellan prestanda och energiförbrukning. ARM har en högre prestanda per watt-förhållande än x86. Du kan få den kraft du behöver från 24 x86 kärnor eller från hundratals små ARM-kärnor med låg effekt. Naturligtvis kommer inte ens en av de mest kraftfulla processorerna baserade på ARM-arkitektur att vara jämförbar i kraft med Intel core i7. Men samma Intel Core i7 behöver ett aktivt kylsystem och kommer aldrig att passa i ett telefonfodral. Här har ARM ingen konkurrens. Å ena sidan ser detta ut som ett attraktivt alternativ för att bygga en superdator med en miljon ARM-processorer istället för tusen x86-processorer. Å andra sidan kan de två arkitekturerna inte entydigt jämföras. På vissa sätt kommer ARM att ha en fördel, och på andra kommer x86 att ha en fördel.
Att anropa ARM-arkitekturchipsprocessorer är dock inte helt korrekt. Förutom flera processorkärnor innehåller de även andra komponenter. Den mest lämpliga termen skulle vara "single chip" eller "system on a chip" (SoC). Moderna enchipssystem för mobila enheter inkluderar en RAM-kontroller, grafikaccelerator, videoavkodare, ljud-codec och trådlösa kommunikationsmoduler. Som nämnts tidigare kan enskilda chipsetkomponenter utvecklas av tredjepartstillverkare. Det mest slående exemplet på detta är grafikkärnorna, som förutom ARM Limited (Mali-grafik) är utvecklade av Qualcomm (Adreno), NVIDIA (GeForce ULP) och Imagination Technologies (PowerVR).
I praktiken ser det ut så här. De flesta budgetmobila Android-enheter kommer med chipsets tillverkade av företaget MediaTek, som nästan undantagslöst följer instruktionerna från ARM Limited och kompletterar dem med Cortex-A-kärnor och Mali-grafik (mindre ofta PowerVR).
A-märken använder ofta tillverkade styrkretsar för sina flaggskeppsenheter Qualcomm. Förresten, de senaste Qualcomm Snapdragon-chippen (,) är utrustade med helt anpassade Kryo-kärnor för centralprocessorn och Adreno för grafikacceleratorn.
Rörande Äpple, sedan för iPhone och iPad använder företaget sina egna chips i A-serien med PowerVR-grafikacceleratorn, som produceras av tredjepartsföretag. Således har den en 64-bitars fyrkärnig A10 Fusion-processor och en PowerVR GT7600-grafikprocessor.
Arkitekturen för familjen av processorer anses vara relevant i skrivande stund ARMv8. Det var den första som använde en 64-bitars instruktionsuppsättning och stöd för mer än 4 GB RAM. ARMv8-arkitekturen är bakåtkompatibel med 32-bitars applikationer. Den mest effektiva och kraftfulla processorkärnan som utvecklats av ARM Limited är för närvarande Cortex-A73, och de flesta SoC-tillverkare använder det oförändrat.
Cortex-A73 ger 30 % högre prestanda än Cortex-A72 och stöder hela utbudet av ARMv8-arkitektur. Den maximala processorns kärnfrekvens är 2,8 GHz.
Omfattning av användningen av ARM
ARM:s största berömmelse kom från utvecklingen av mobila enheter. På tröskeln till massproduktion av smartphones och annan bärbar utrustning kom energieffektiva processorer väl till pass. Utvecklingen av ARM Limited kulminerade 2007, när det brittiska företaget förnyade sitt partnerskap med Apple, och en tid senare presenterade Cupertino-teamet sin första iPhone med en processor baserad på ARM-arkitektur. Därefter blev ett enchipssystem baserat på ARM-arkitektur en oförändrad komponent i nästan alla smartphones på marknaden.
ARM Limiteds portfölj är inte begränsad bara till kärnorna i Cortex-A-familjen. Faktum är att det finns tre serier av processorkärnor under varumärket Cortex, som betecknas med bokstäverna A, R, M. Core-familjen Cortex-A, som vi redan vet, är den mest kraftfulla. De används främst i smartphones, surfplattor, TV-set-top-boxar, satellitmottagare, bilsystem och robotteknik. Processor kärnor Cortex-R optimerad för att utföra högpresterande uppgifter i realtid, så sådana chips finns i medicinsk utrustning, autonoma säkerhetssystem och lagringsmedia. Familjens huvuduppgift Cortex-Mär enkelhet och låg kostnad. Tekniskt sett är dessa de svagaste processorkärnorna med lägst strömförbrukning. Processorer baserade på sådana kärnor används nästan överallt där minimal effekt och låg kostnad krävs från en enhet: sensorer, styrenheter, larm, displayer, smart klocka och annan utrustning.
I allmänhet använder de flesta moderna enheter från små till stora som kräver en CPU ARM-chips. Ett stort plus är det faktum att ARM-arkitekturen stöds av många operativsystem på Linux-plattformen (inklusive Android och Chrome OS), iOS och Windows (Windows Phone).
Marknadskonkurrens och framtidsutsikter
Det är värt att inse att ARM för närvarande inte har några seriösa konkurrenter. Och i stort sett beror det på att ARM Limited vid en viss tidpunkt gjorde det rätt val. Men i början av sin resa producerade företaget processorer för PC och försökte till och med konkurrera med Intel. Efter att ARM Limited ändrade inriktningen på sin verksamhet hade man också en svår tid. Sedan lämnade mjukvarumonopolisten som representeras av Microsoft, efter att ha ingått ett partnerskapsavtal med Intel, ingen chans för andra tillverkare, inklusive ARM Limited - Windows OS fungerade helt enkelt inte på system med ARM-processorer. Hur paradoxalt det än kan låta, men nu kan situationen förändras dramatiskt, och Windows OS är redo att stödja processorer på denna arkitektur.
I kölvattnet av framgångarna med ARM-chips försökte Intel skapa en konkurrenskraftig processor och gick in på marknaden med ett chip Intel Atom. Det tog henne mycket längre tid att göra detta än ARM Limited. Chipsetet började tillverkas 2011, men som de säger har tåget redan gått. Intel Atom är en CISC-processor med x86-arkitektur. Företagets ingenjörer har uppnått lägre strömförbrukning än i ARM, men för tillfället har en mängd olika mobilprogramvara dålig anpassning till x86-arkitekturen.
Förra året övergav Intel flera viktiga beslut i vidareutvecklingen av mobila system. I huvudsak ett företag för mobila enheter eftersom de blev olönsamma. Den enda stora tillverkaren som utrustade sina smartphones med Intel Atom-kretsuppsättningar var ASUS. Intel Atom fick dock fortfarande stor användning i netbooks, nettops och andra bärbara enheter.
ARM Limiteds position på marknaden är unik. För närvarande använder nästan alla tillverkare dess utveckling. Däremot har företaget inga egna fabriker. Detta hindrar inte att den står i nivå med Intel och AMD. ARMs historia inkluderar ett annat intressant faktum. Det är möjligt att nu ARM-teknik kunde tillhöra Apple, som var hjärtat i bildandet av ARM Limited. Ironiskt nog sålde Cupertino-invånarna 1998, i kristider, sin andel. Nu tvingas Apple, tillsammans med andra företag, köpa en licens för ARM-processorerna som används i iPhone och iPad.
Nuförtiden är ARM-processorer kapabla att utföra allvarliga uppgifter. Inom en snar framtid kommer de att användas i servrar, särskilt Facebooks och PayPals datacenter har redan sådana lösningar. I en tid präglad av utvecklingen av Internet of Things (IoT) och smarta hemenheter har ARM-chips blivit ännu mer efterfrågade. Så de mest intressanta sakerna återstår för ARM.
De allra flesta moderna prylar använder processorer baserade på ARM-arkitekturen, som är utvecklad av företaget med samma namn ARM Limited. Intressant nog producerar företaget inte processorer själv, utan licensierar bara sin teknik till tredjepartschiptillverkare. Dessutom utvecklar företaget även Cortex-processorkärnor och Mali-grafikacceleratorer, som vi definitivt kommer att beröra i detta material.
ARM Limited
ARM-företaget är faktiskt en monopolist inom sitt område, och de allra flesta moderna smartphones och surfplattor på olika mobila operativsystem använder processorer baserade på ARM-arkitekturen. Chiptillverkare licensierar individuella kärnor, instruktionsuppsättningar och relaterade teknologier från ARM, och kostnaden för licenser varierar avsevärt beroende på typen av processorkärnor (detta kan variera från budgetlösningar med låg effekt till avancerade fyrkärniga och till och med åttakärniga lösningar chips) och ytterligare komponenter. ARM Limiteds årliga resultatrapport för 2006 visade intäkter på 161 miljoner USD för licensiering av cirka 2,5 miljarder processorer (upp från 7,9 miljarder 2011), vilket motsvarar cirka 0,067 USD per chip. Men av ovan angivna skäl är detta en mycket genomsnittlig siffra på grund av skillnaden i priser för olika licenser, och sedan dess borde företagets vinst ha vuxit många gånger om.
För närvarande är ARM-processorer mycket utbredda. Chips baserade på denna arkitektur används överallt, inklusive servrar, men oftast kan ARM hittas i inbyggda och mobila system, från kontroller för hårddiskar till moderna smartphones, surfplattor och andra prylar.
Cortex kärnor
ARM utvecklar flera familjer av kärnor som används för olika uppgifter. Till exempel används processorer baserade på Cortex-Mx och Cortex-Rx (där "x" är en siffra eller ett nummer som anger det exakta kärnnumret) i inbyggda system och till och med konsumentenheter, såsom routrar eller skrivare.
Vi kommer inte att uppehålla oss i detalj, eftersom vi främst är intresserade av Cortex-Ax-familjen - chips med sådana kärnor används i de mest produktiva enheterna, inklusive smartphones, surfplattor och spelkonsoler. ARM arbetar ständigt med nya kärnor från Cortex-Ax-linjen, men när den här artikeln skrivs används följande i smartphones:
Ju högre siffra, desto högre processorprestanda och följaktligen desto dyrare är den klass av enheter som den används i. Det är dock värt att notera att denna regel inte alltid observeras: till exempel har chips baserade på Cortex-A7-kärnor högre prestanda än de som är baserade på Cortex-A8. Men om processorer baserade på Cortex-A5 redan anses nästan föråldrade och nästan inte används i moderna enheter, så kan processorer baserade på Cortex-A15 hittas i flaggskeppskommunikatörer och surfplattor. För inte så länge sedan tillkännagav ARM officiellt utvecklingen av nya, kraftfullare och samtidigt energieffektiva Cortex-A53- och Cortex-A57-kärnor, som kommer att kombineras på ett chip med hjälp av ARM big.LITTLE-teknologi och stödja ARMv8 instruktionsuppsättning ("arkitekturversion") , men de används för närvarande inte i vanliga konsumentenheter. De flesta Cortex-core-chips kan vara flerkärniga, och fyrkärniga processorer är vanliga i dagens avancerade smartphones.
Stora tillverkare av smartphones och surfplattor använder vanligtvis processorer från välkända chiptillverkare som Qualcomm eller deras egna lösningar som redan har blivit ganska populära (till exempel Samsung och dess familj av Exynos-chipset), men bland de tekniska egenskaperna hos de flesta prylar små företag Du kan ofta hitta beskrivningar som "1 GHz Cortex-A7-processor" eller "1 GHz dual-core Cortex-A7", som till den genomsnittliga användaren kommer inte säga något. För att förstå vad skillnaderna mellan sådana kärnor är, låt oss fokusera på de viktigaste.
Cortex-A5-kärnan används i lågkostnadsprocessorer för de mest budgetenheter. Sådana enheter är endast avsedda för att utföra ett begränsat antal uppgifter och köra enkla applikationer, men är inte alls designade för resurskrävande program och speciellt spel. Ett exempel på en gadget med en Cortex-A5-processor är Highscreen Blast, som fick ett Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225-chip innehållande två Cortex-A5-kärnor klockade till 1,2 GHz.
Cortex-A7-processorer är mer kraftfulla än Cortex-A5-chips och är också vanligare. Sådana chips tillverkas med hjälp av en 28-nanometer processteknik och har en stor andranivåcache på upp till 4 megabyte. Cortex-A7-kärnor finns huvudsakligen i budgetsmarttelefoner och lågkostnadsenheter i mellansegmentet som iconBIT Mercury Quad, och även, som ett undantag, i Samsung Galaxy S IV GT-i9500 med en Exynos 5 Octa-processor - detta chipset använder energibesparande teknik när du utför krävande uppgifter.Quad-core Cortex-A7-processor.
Cortex-A8-kärnan är inte lika utbredd som sina grannar, Cortex-A7 och Cortex-A9, men används fortfarande i olika instegsprylar. Driftsklockhastigheten för Cortex-A8-chips kan variera från 600 MHz till 1 GHz, men ibland överklockar tillverkare processorer till högre frekvenser. En egenskap hos Cortex-A8-kärnan är bristen på stöd för flerkärniga konfigurationer (det vill säga processorer på dessa kärnor kan bara vara enkärniga), och de körs med en 65-nanometer processteknik, som redan anses vara föråldrad.
Сortex-A9
För bara ett par år sedan ansågs Cortex-A9-kärnor vara den bästa lösningen och användes i både traditionella enkelkärniga och kraftfullare dual-core-chips, som Nvidia Tegra 2 och Texas Instruments OMAP4. För närvarande tappar Cortex-A9-processorer tillverkade med 40-nanometer processteknik inte i popularitet och används i många mellansegmentssmartphones. Driftsfrekvensen för sådana processorer kan vara från 1 till 2 eller mer gigahertz, men den är vanligtvis begränsad till 1,2-1,5 GHz.
I juni 2013 introducerade ARM officiellt Cortex-A12-kärnan, som är tillverkad med en ny 28-nanometer processteknik och är designad för att ersätta Cortex-A9-kärnor i mellansegmentssmartphones. Utvecklaren lovar en 40% ökning av prestanda jämfört med Cortex-A9, och dessutom kommer Cortex-A12-kärnor att kunna delta i ARM big.LITTLE-arkitekturen som produktiva tillsammans med energibesparande Cortex-A7, vilket kommer att möjliggöra tillverkare för att skapa billiga åttakärniga chips. Det är sant, i skrivande stund är allt detta bara i planer, och massproduktion av Cortex-A12-chips har ännu inte etablerats, även om RockChip redan har meddelat sin avsikt att släppa en fyrkärnig Cortex-A12-processor med en frekvens på 1,8 GHz.
Från och med 2013 är Cortex-A15-kärnan och dess derivat den bästa lösningen och används i flaggskeppskommunikationschip från olika tillverkare. Bland de nya processorer som tillverkas med en 28-nm processteknik och baserade på Cortex-A15 finns Samsung Exynos 5 Octa och Nvidia Tegra 4, och denna kärna fungerar ofta som en plattform för modifieringar från andra tillverkare. Till exempel använder Apples senaste A6X-processor Swift-kärnor, som är en modifiering av Cortex-A15. Chips baserade på Cortex-A15 kan arbeta med en frekvens på 1,5-2,5 GHz, och stöd för många tredjepartsstandarder och möjligheten att adressera upp till 1 TB fysiskt minne gör det möjligt att använda sådana processorer i datorer (hur kan man inte komma ihåg en minidator i storleken på ett bankkort Raspberry Pi).
Cortex-A50-serien
Under första halvåret 2013 introducerade ARM en ny serie chips som kallas Cortex-A50-serien. Kärnorna i denna linje kommer att göras enligt ny version arkitektur, ARMv8 och stöd för nya instruktionsuppsättningar, och kommer också att bli 64-bitars. Övergången till ett nytt bitdjup kommer att kräva optimering av mobila operativsystem och applikationer, men givetvis kommer stödet för tiotusentals 32-bitars applikationer att finnas kvar. Apple var först med att byta till 64-bitars arkitektur. Senaste enheterna företag, till exempel iPhone 5S, kör på just en sådan ARM-processor, Apple A7. Noterbart är att den inte använder Cortex-kärnor - de ersätts med tillverkarens egna kärnor som heter Swift. En av de uppenbara anledningarna till behovet av att gå över till 64-bitars processorer är stödet för mer än 4 GB RAM, och dessutom möjligheten att hantera mycket större siffror vid beräkning. Naturligtvis är detta för närvarande relevant, först och främst för servrar och datorer, men vi kommer inte att bli förvånade om det om några år dyker upp smartphones och surfplattor med en sådan mängd RAM på marknaden. Hittills är ingenting känt om planer på att producera chips på den nya arkitekturen och smartphones som använder dem, men det är troligt att flaggskepp kommer att få exakt dessa processorer under 2014, vilket Samsung redan har meddelat.
Serien öppnar med Cortex-A53-kärnan, som kommer att bli den direkta "efterträdaren" till Cortex-A9. Processorer baserade på Cortex-A53 är märkbart överlägsna chips baserade på Cortex-A9 i prestanda, men håller samtidigt låg strömförbrukning. Sådana processorer kan användas antingen individuellt eller i en ARM big.LITTLE-konfiguration, kombinerad på samma chipset med en Cortex-A57-processor
Prestanda Cortex-A53, Cortex-A57
Cortex-A57-processorer, som kommer att tillverkas med en 20-nanometer processteknik, bör bli de mest kraftfulla ARM-processorerna inom en snar framtid. Den nya kärnan är betydligt överlägsen sin föregångare, Cortex-A15, i olika prestandaparametrar (du kan se jämförelsen ovan), och enligt ARM, som på allvar riktar in sig på PC-marknaden, kommer det att vara en lönsam lösning för vanliga datorer (inklusive bärbara datorer), inte bara mobila enheter.
ARM stor.LITE
Som en högteknologisk lösning på problemet med energiförbrukning för moderna processorer erbjuder ARM big.LITTLE-teknik, vars essens är att kombinera olika typer av kärnor på ett chip, vanligtvis samma antal energibesparande och högpresterande ettor.
Det finns tre scheman för att driva olika typer av kärnor på ett chip: big.LITTLE (migrering mellan kluster), big.LITTLE IKS (migrering mellan kärnor) och big.LITTLE MP (heterogen multiprocessing).
big.LITTLE (migrering mellan kluster)
Den första styrkretsen baserad på ARM big.LITTLE-arkitekturen var Samsung Exynos 5 Octa-processorn. Den använder det ursprungliga big.LITTLE "4+4"-schemat, vilket innebär att kombinera till två kluster (därav namnet på schemat) på ett chip fyra högpresterande Cortex-A15-kärnor för resurskrävande applikationer och spel och fyra energi- spara Cortex-A7-kärnor för dagligt arbete med de flesta program, och bara en typ av kärna kan fungera åt gången. Växling mellan grupper av kärnor sker nästan omedelbart och obemärkt av användaren i ett helautomatiskt läge.
big.LITTLE IKS (migrering mellan kärnor)
En mer komplex implementering av big.LITTLE-arkitekturen är kombinationen av flera riktiga kärnor (vanligtvis två) till en virtuell, styrd av kärnan operativ system, som avgör vilka kärnor som ska användas - energieffektiva eller produktiva. Naturligtvis finns det också flera virtuella kärnor - illustrationen visar ett exempel på IKS-schemat, där var och en av de fyra virtuella kärnorna innehåller en Cortex-A7 och Cortex-A15 kärna.
big.LITTLE MP (heterogen multiprocessing)
Big.LITTLE MP-schemat är det mest "avancerade" - i det är varje kärna oberoende och kan aktiveras av OS-kärnan efter behov. Detta innebär att om fyra Cortex-A7-kärnor och samma antal Cortex-A15-kärnor används, i en chipset byggd på ARM big.LITTLE MP-arkitekturen, kommer alla 8 kärnor att kunna arbeta samtidigt, även om de olika typer. En av de första processorerna av denna typ var det åttakärniga chippet från Mediatek - MT6592, som kan arbeta med en klockfrekvens på 2 GHz, och även spela in och spela upp video i UltraHD-upplösning.
Framtida
Enligt för närvarande tillgänglig information planerar ARM inom en snar framtid, tillsammans med andra företag, att lansera nästa generation stora.LITTLE-chips, som kommer att använda de nya Cortex-A53- och Cortex-A57-kärnorna. Dessutom kommer den kinesiska tillverkaren MediaTek att producera budgetprocessorer baserade på ARM big.LITTLE, som kommer att fungera enligt "2+2"-schemat, det vill säga använda två grupper med två kärnor.
Mali grafikacceleratorer
Förutom processorer utvecklar ARM även grafikacceleratorer från Mali-familjen. Liksom processorer kännetecknas grafikacceleratorer av många parametrar, till exempel nivån på kantutjämning, bussgränssnitt, cache (ultrasnabbt minne som används för att öka driftshastigheten) och antalet "grafiska kärnor" (även om, som vi skrev) i den tidigare artikeln har denna indikator, trots likheten med termen som används för att beskriva processorn, praktiskt taget ingen inverkan på prestanda när man jämför två GPU:er).
Den första ARM-grafikacceleratorn var den nu oanvända Mali 55, som användes i LG Renoir-pektelefonen (ja, den vanligaste mobiltelefonen). GPU:n användes inte i spel - bara för att rendera gränssnittet och hade primitiva egenskaper enligt dagens standarder, men den blev "förfader" till Mali-serien.
Sedan dess har framstegen kommit långt, och nu är stödda API:er och spelstandarder av stor betydelse. Till exempel, stöd för OpenGL ES 3.0 tillkännages nu endast i de mest kraftfulla processorerna som Qualcomm Snapdragon 600 och 800, och om vi pratar om ARM-produkter stöds standarden av acceleratorer som Mali-T604 (det var den första ARM GPU gjord på ny Midgard mikroarkitektur), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 och några andra chips liknande egenskaper. Denna eller den andra GPU är som regel nära besläktad med kärnan, men indikeras ändå separat, vilket betyder att om kvaliteten på grafiken i spel är viktig för dig, är det vettigt att titta på namnet på accelerator i specifikationerna för smartphonen eller surfplattan.
ARM har även grafikacceleratorer för mellansegmentssmarttelefoner i sin lineup, de vanligaste är Mali-400 MP och Mali-450 MP, som skiljer sig från sina äldre bröder i relativt låg prestanda och en begränsad uppsättning API:er och standarder som stöds. Trots detta fortsätter dessa GPU:er att användas i nya smartphones, till exempel Zopo ZP998, som fick Mali-450 MP4 grafikacceleratorn (en förbättrad modifiering av Mali-450 MP) utöver den åttakärniga MTK6592-processorn.
Förmodligen bör smartphones med de senaste ARM-grafikacceleratorerna dyka upp i slutet av 2014: Mali-T720, Mali-T760 och Mali-T760 MP, som introducerades i oktober 2013. Mali-T720 är tänkt att bli den nya grafikprocessorn för billiga smartphones och den första grafikprocessorn i detta segment som stöder Open GL ES 3.0. Mali-T760 kommer i sin tur att bli en av de mest kraftfulla mobila grafikacceleratorerna: enligt de angivna egenskaperna har GPU:n 16 datorkärnor och har verkligen enorm datorkraft, 326 Gflops, men samtidigt fyra gånger mindre strömförbrukning än Mali-T604 som nämns ovan.
Rollen för CPU:er och GPU:er från ARM på marknaden
Trots det faktum att ARM är författare och utvecklare av arkitekturen med samma namn, som, vi upprepar, nu används i de allra flesta mobila processorer, är dess lösningar i form av kärnor och grafikacceleratorer inte populära med stora smartphones tillverkare. Till exempel tror man med rätta att flaggskeppskommunikatörer på Android OS bör ha en Snapdragon-processor med Krait-kärnor och en Adreno-grafikaccelerator från Qualcomm; chipset från samma företag används i smartphones på Windows Phone, och vissa gadgettillverkare, till exempel, Apple, utveckla sina egna kärnor. Varför finns denna situation för närvarande?
Kanske kan några av orsakerna ligga djupare, men en av dem är avsaknaden av en tydlig positionering av CPU:er och GPU:er från ARM bland produkterna från andra företag, som ett resultat av vilket företagets utveckling uppfattas som grundläggande komponenter för användning i B -märkesenheter, billiga smartphones och skapandet av mer mogna lösningar. Till exempel upprepar Qualcomm vid nästan varje presentation att ett av dess huvudmål när man skapar nya processorer är att minska strömförbrukningen, och dess Krait-kärnor, som är modifierade Cortex-kärnor, visar konsekvent högre prestandaresultat. Ett liknande uttalande gäller för Nvidia-kretsuppsättningar, som är inriktade på spel, men som för Exynos-processorer från Samsung och A-serien från Apple har de sin egen marknad på grund av installation i smartphones från samma företag.
Ovanstående betyder inte alls att ARM:s utveckling är betydligt sämre än processorer och kärnor från tredjepartsföretag, men konkurrensen på marknaden gynnar i slutändan bara smartphoneköpare. Vi kan säga att ARM erbjuder några ämnen, genom att köpa en licens för vilken tillverkare självständigt kan modifiera dem.
Slutsats
Mikroprocessorer baserade på ARM-arkitektur har framgångsrikt erövrat marknaden för mobila enheter på grund av sin låga strömförbrukning och relativt höga datorkraft. Tidigare konkurrerade andra RISC-arkitekturer med ARM, till exempel MIPS, men nu har den bara en seriös konkurrent kvar - Intel med x86-arkitekturen, som förresten, även om den aktivt kämpar för sin marknadsandel, ännu inte uppfattas av antingen konsumenter eller av de flesta tillverkare på allvar, särskilt med tanke på den virtuella frånvaron av flaggskepp baserade på det (Lenovo K900 kan inte längre konkurrera med de senaste smarttelefonerna i toppklass på ARM-processorer).
Vad tror du, kommer någon att kunna ersätta ARM, och hur blir framtiden för detta företag och dess arkitektur?
Datorvärlden förändras snabbt. Stationära datorer har tappat förstaplatsen i försäljningsrankingen till bärbara datorer, och de är på väg att ge marknaden till surfplattor och andra mobila enheter. För 10 år sedan uppskattade vi ren megahertz, sann kraft och prestanda. Nu, för att erövra marknaden, måste processorn inte bara vara snabb utan också ekonomisk. Många tror att ARM är 2000-talets arkitektur. Är det så?
Ny - väl bortglömd gammal
Journalister, som följer ARM PR-folk, presenterar ofta denna arkitektur som något helt nytt som borde begrava den gråhåriga x86:an.
Faktum är att ARM och x86, på grundval av vilka Intel-, AMD- och VIA-processorerna installerade i bärbara och stationära datorer byggs, är nästan i samma ålder. Det första x86-chippet släpptes 1978. ARM-projektet startade officiellt 1983, men baserades på utvecklingar som genomfördes nästan samtidigt med skapandet av x86.
De första armarna imponerade på specialister med sin elegans, men med sin relativt låga prestanda kunde de inte erövra en marknad som krävde höga hastigheter och inte uppmärksammade effektiviteten. Vissa förutsättningar måste finnas för att ARMs popularitet skulle skjuta i höjden.
I början av åttio- och nittiotalet efterfrågades, med sin relativt billiga olja, enorma stadsjeepar med kraftfulla 6-litersmotorer. Få människor var intresserade av elbilar. Men i vår tid, när ett fat olja kostar mer än 100 dollar, behövs stora bilar med kraftkrävande motorer endast av de rika, resten har bråttom att byta till ekonomiska bilar. En liknande sak hände med ARM. När frågan om rörlighet och effektivitet dök upp visade sig arkitekturen vara mycket efterfrågad.
"Risk"-processor
ARM är en RISC-arkitektur. Den använder en reducerad uppsättning kommandon - RISC (reduced instruction set computer). Denna typ av arkitektur dök upp i slutet av sjuttiotalet, ungefär samtidigt som Intel erbjöd sin x86.
När de experimenterade med olika kompilatorer och mikrokodprocessorer märkte ingenjörer att i vissa fall sekvenser av enkla kommandon exekverades snabbare än en enda komplex operation. Det beslutades att skapa en arkitektur som skulle innebära att arbeta med en begränsad uppsättning enkla instruktioner, vars avkodning och exekvering skulle ta ett minimum av tid.
Ett av de första RISC-processorprojekten genomfördes av en grupp studenter och lärare vid University of Berkeley 1981. Just vid den här tiden stod det brittiska företaget Acorn inför tidens utmaning. Det producerade BBC Micro pedagogiska datorer baserade på processorn 6502, som var mycket populära i Foggy Albion. Men snart började dessa hemdatorer att förlora mot mer avancerade maskiner. Acorn riskerade att förlora marknaden. Företagets ingenjörer, efter att ha bekantat sig med studentarbete på RISC-processorer, bestämde sig för att det skulle vara ganska enkelt att skapa sitt eget chip. 1983 lanserades projektet Acorn RISC Machine, som senare blev ARM. Tre år senare släpptes den första processorn.
Första ARM
Han var extremt enkel. De första ARM-chippen saknade till och med multiplikations- och divideringsinstruktioner, som representerades av en uppsättning enklare instruktioner. En annan egenskap hos chipsen var principerna för att arbeta med minne: alla operationer med data kunde endast utföras i register. Samtidigt arbetade processorn med det så kallade registerfönstret, det vill säga den kunde bara komma åt en del av alla tillgängliga register, som huvudsakligen var universella, och deras funktion berodde på i vilket läge processorn var placerad. Detta gjorde det möjligt att överge cachen i de allra första versionerna av ARM.
Dessutom, genom att förenkla instruktionsuppsättningar, kunde arkitekturutvecklare klara sig utan ett antal andra block. Till exempel saknade de första ARMs helt mikrokod, samt en flytande punktsenhet (FPU). Det totala antalet transistorer i den första ARM var 30 000. I liknande x86 var det flera gånger, eller till och med en storleksordning fler. Ytterligare energibesparingar uppnås genom villkorad utförande av kommandon. Det vill säga, den eller den operationen kommer att utföras om det finns ett motsvarande faktum i registret. Detta hjälper processorn att undvika "onödiga rörelser". Alla instruktioner exekveras sekventiellt. Som ett resultat tappade ARM i prestanda, men inte nämnvärt, samtidigt som den ökade avsevärt i strömförbrukning.
De grundläggande principerna för arkitekturen förblir desamma som i den första ARM: att arbeta med data endast i register, en reducerad uppsättning instruktioner, ett minimum av ytterligare moduler. Allt detta ger arkitekturen låg strömförbrukning och relativt hög prestanda.
För att öka den, ARM inom senare år implementerade flera ytterligare uppsättningar instruktioner. Tillsammans med den klassiska ARM finns Thumb, Thumb 2, Jazelle. Den senare är utformad för att påskynda exekveringen av Java-kod.
Cortex - den mest avancerade ARM
Cortex – moderna arkitekturer för mobila enheter, inbyggda system och mikrokontroller. Följaktligen betecknas processorer som Cortex-A, inbäddade – Cortex-R och mikrokontroller – Cortex-M. Alla är byggda på ARMv7-arkitekturen.
Den mest avancerade och kraftfulla arkitekturen i ARM-serien är Cortex-A15. Det antas att huvudsakligen två- eller fyrkärniga modeller kommer att produceras på grundval av detta. Cortex-A15 av alla tidigare ARM är närmast x86 när det gäller antalet och kvaliteten på blocken.
Cortex-A15 är baserad på processorkärnor utrustade med en FPU-enhet och en uppsättning NEON SIMD-instruktioner utformade för att påskynda behandlingen av multimediadata. Kärnorna har en 13-stegs pipeline, de stöder exekvering av gratisorderinstruktioner och ARM-baserad virtualisering.
Cortex-A15 stöder avancerat minnesadresseringssystem. ARM förblir en 32-bitars arkitektur, men företagets ingenjörer har lärt sig att konvertera 64-bitars eller annan avancerad adressering till processorvänlig 32-bit. Tekniken kallas Long Physical Address Extensions. Tack vare det kan Cortex-A15 teoretiskt adressera upp till 1 TB minne.
Varje kärna är utrustad med en cache på första nivån. Dessutom finns det upp till 4 MB distribuerad L2-cache med låg latens. Processorn är utrustad med en 128-bitars koherent buss, som kan användas för att kommunicera med andra enheter och kringutrustning.
Kärnorna som ligger bakom Cortex-A15 är en utveckling av Cortex-A9. De har en liknande struktur.
Cortex-A9 kan, till skillnad från Cortex-A15, tillverkas i både multi- och single-core versioner. Den maximala frekvensen är 2,0 GHz, Cortex-A15 föreslår möjligheten att skapa chips som arbetar med en frekvens på 2,5 GHz. Chips baserade på den kommer att tillverkas med 40 nm och tunnare tekniska processer. Cortex-A9 tillverkas i 65 och 40 nm processteknik.
Cortex-A9, liksom Cortex-A15, är avsedd för användning i högpresterande smartphones och surfplattor, men den är inte lämplig för mer seriösa applikationer, till exempel i servrar. Endast Cortex-A15 har hårdvaruvirtualisering, avancerad minnesadressering. Dessutom är NEON Advanced SIMD-instruktionsuppsättningen och FPU valfria i Cortex-A9, medan de krävs i Cortex-A15.
Cortex-A8 kommer gradvis att försvinna från scenen i framtiden, men för närvarande kommer denna enkärniga variant att hitta användning i budgetsmartphones. Lågkostnadslösningen, som sträcker sig från 600 MHz till 1 GHz, ger en balanserad arkitektur. Den har en FPU-enhet och stöder den första versionen av SIMD NEON. Cortex-A8 antar en enda teknisk process - 65 nm.
ARM från tidigare generationer
ARM11-processorer är ganska vanliga på mobilmarknaden. De är byggda på basis av ARMv6-arkitekturen och dess modifieringar. Det kännetecknas av 8-9-stegs pipelines, Jazelle-stöd, som hjälper till att påskynda behandlingen av Java-kod, SIMD-ströminstruktioner, Thumb-2.
XScale, ARM10E, ARM9E-processorer är baserade på ARMv5-arkitekturen och dess modifieringar. Maximal pipelinelängd är 6 steg, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP. XScale-chips har en andra nivås cache. Processorerna användes i smartphones i mitten av 2000-talet, idag finns de i vissa billiga mobiltelefoner.
ARM9TDMI, ARM8, StrongARM - representanter för ARMv4, som har en 3-5 stegs pipeline och stöder Thumb. ARMv4, till exempel, kunde hittas i de första klassiska iPoderna.
ARM6 och ARM7 tillhör ARMv3. I den här arkitekturen dök FPU-enheten upp för första gången; 32-bitars minnesadressering implementerades, och inte 26-bitars, som i de första exemplen av arkitekturen. ARMv2 och ARMv1 var tekniskt sett 32-bitars marker, men i verkligheten fungerade de bara aktivt med ett 26-bitars adressutrymme. Cachen dök först upp i ARMv2.
De heter legion
Acorn hade från början inte för avsikt att bli en aktör på processormarknaden. ARM-projektets uppgift var att skapa ett chip av sin egen produktion för produktion av datorer - det var skapandet av datorer som Acorn ansåg vara sin huvudsakliga verksamhet.
ARM har utvecklats från en utvecklingsgrupp till ett företag tack vare Apple. 1990 började Apple, tillsammans med VLSI och Acorn, utveckla en lågkostnadsprocessor för den första fickdatorn, Newton. För dessa ändamål skapades ett separat företag, som fick namnet på det interna projektet Acorn - ARM.
Med deltagande av Apple skapades en ARM6-processor, som ligger närmast moderna chips från en engelsk utvecklare. Samtidigt kunde DEC patentera ARM6-arkitekturen och började producera chips under varumärket StrongARM. Ett par år senare överfördes tekniken till Intel som en del av en annan patenttvist. Mikroprocessorjätten har skapat sin egen analog, XScale-processorn, baserad på ARM. Men i mitten av föregående decennium blev Intel av med denna "icke-kärntillgång", med enbart fokus på x86. XScale gick i händerna på Marvell, som redan licensierat ARM.
Till en början kunde ARM, som var nytt för världen, inte producera processorer. Dess ledning valde ett annat sätt att tjäna pengar. ARM-arkitekturen var enkel och flexibel. Till en början hade kärnan inte ens en cache, så därefter var ytterligare moduler, inklusive FPU, kontroller inte nära integrerade i processorn, utan var så att säga anslutna till basen.
Därför fick ARM vantarna på en intelligent designer som gjorde det möjligt för tekniskt avancerade företag att skapa processorer eller mikrokontroller för att passa deras behov. Detta görs med hjälp av så kallade coprocessors, som kan utöka standardfunktionaliteten. Totalt stöder arkitekturen upp till 16 samprocessorer (nummer från 0 till 15), men nummer 15 är reserverat för samprocessorn som utför cache- och minneshanteringsfunktioner.
Kringutrustning ansluter till ARM-chippet och mappar deras register till minnesutrymmet hos processorn eller samprocessorn. Till exempel kan ett bildbehandlingschip bestå av en relativt enkel ARM7TDMI-baserad kärna och en samprocessor som tillhandahåller HDTV-signalavkodning.
ARM började licensiera sin arkitektur. Andra företag har redan implementerat det i kisel, inklusive Texas Instruments, Marvell, Qualcomm, Freescale, men också helt icke-kärniga sådana som Samsung, Nokia, Nintendo eller Canon.
Frånvaron av egna fabriker, såväl som imponerande licensavgifter, gjorde att ARM kunde vara mer flexibel i att utveckla nya versioner av arkitekturen. Företaget bakade dem som smör och gick in i nya nischer. Förutom smartphones och surfplattor används arkitekturen i specialiserade processorer, till exempel i GPS-navigatorer, digitalkameror och videokameror. Industriella kontroller och andra kretsar för inbyggda system skapas på grundval av detta.
ARM-licenssystemet är en riktig mikroelektronikhypermarknad. Företaget licensierar inte bara nya utan även äldre arkitekturer. Den senare kan användas för att skapa mikrokontroller eller chips för lågkostnadsenheter. Naturligtvis beror nivån på licensavgifterna på graden av nyhet och komplexitet hos den arkitekturvariant som är av intresse för tillverkaren. Traditionellt sett ligger de tekniska processer som ARM utvecklar processorer för 1-2 steg efter de som anses relevanta för x86. Arkitekturens höga energieffektivitet gör den mindre beroende av övergången till nya tekniska standarder. Intel och AMD strävar efter att göra tunnare chips för att öka frekvenserna och antalet kärnor med bibehållen fysisk storlek och energiförbrukning. ARM har i sig lägre effektkrav och levererar även högre prestandanivåer per watt.
Funktioner hos NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell-processorer
Genom att licensiera ARM till vänster och höger stärkte utvecklarna positionen för sin arkitektur på bekostnad av deras partners kompetens. Ett klassiskt exempel i detta fall är NVIDIA Tegra. Denna linje av system-on-a-chip är baserad på ARM-arkitektur, men NVIDIA hade redan sin egen mycket seriösa utveckling inom området 3D-grafik och systemlogik.
ARM ger sina licensgivare ett brett utrymme för att göra om arkitekturen. Följaktligen kunde NVIDIAs ingenjörer kombinera i Tegra styrkor ARM (CPU computing) och våra egna produkter - att arbeta med 3D-grafik m.m. Som ett resultat har Tegra den högsta 3D-prestanda för sin klass av processorer. De är 25-30 % snabbare än PowerVR, som används av Samsung och Texas Instruments, och är nästan dubbelt så snabba som Adreno, utvecklat av Qualcomm.
Andra tillverkare av processorer baserade på ARM-arkitekturen förstärker vissa ytterligare block och förbättrar chips för att uppnå högre frekvenser och prestanda.
Till exempel använder Qualcomm inte ARM-referensdesignen. Företagets ingenjörer omarbetade det på allvar och kallade det Scorpio - det är grunden för Snapdragon-chips. Designen har delvis gjorts om för att rymma mer sofistikerade tekniska processer än de som tillhandahålls av standard IP ARM. Som ett resultat producerades de första Snapdragons vid 45 nm, vilket gav dem högre frekvenser. Och den nya generationen av dessa processorer med en deklarerad 2,5 GHz kan till och med bli den snabbaste bland analoger baserade på ARM Cortex-A9. Qualcomm använder också sin egen Adreno-grafikkärna, skapad på basis av utvecklingar köpta från AMD. Så på ett sätt är Snapdragon och Tegra fiender på genetisk nivå.
När Samsung skapade Hummingbird tog Samsung också vägen för att optimera arkitekturen. Koreanerna, tillsammans med företaget Intrinsity, ändrade logiken och minskade därmed antalet instruktioner som krävs för att utföra vissa operationer. Därmed lyckades vi få 5-10% av produktiviteten. Dessutom tillkom en dynamisk L2-cache och ARM NEON multimediatillägg. Koreanerna använde PowerVR SGX540 som en grafikmodul.
Texas Instruments i sin nya OMAP-serie baserad på ARM Cortex-A-arkitekturen har lagt till en speciell IVA-modul som ansvarar för att accelerera bildbehandlingen. Det låter dig snabbt bearbeta data som kommer från sensorn till den inbyggda kameran. Dessutom är den ansluten till ISP:n och hjälper till med videoacceleration. OMAP använder också PowerVR-grafik.
Apple A4 har en stor cache på 512 KB, använder PowerVR-grafik och själva ARM-kärnan är byggd på en variant av arkitekturen omgjord av Samsung.
Den dubbla kärnan Apple A5, som debuterade i iPad 2 i början av 2011, är baserad på ARM Cortex-A9-arkitekturen, precis som den som tidigare optimerats av Samsung. Jämfört med A4 har det nya chippet dubbelt så mycket cacheminne på andra nivån – det har utökats till 1 MB. Processorn innehåller en dubbelkanals RAM-kontroller och har en förbättrad videoenhet. Som ett resultat presterar den dubbelt så bra som Apple A4 i vissa uppgifter.
Marvell erbjuder chips baserade på sin egen Sheeva-arkitektur, som vid närmare granskning visar sig vara en hybrid av XScale, en gång köpt från Intel, och ARM. Dessa chips har en större mängd cacheminne jämfört med analoger och är utrustade med en speciell multimediamodul.
För närvarande producerar ARM-licenstagare endast chips baserade på ARM Cortex-A9-arkitekturen. Samtidigt, även om det låter dig skapa fyrkärniga varianter, är NVIDIA, Apple, Texas Instruments och andra fortfarande begränsade till modeller med en eller två kärnor. Dessutom fungerar chipsen vid frekvenser upp till 1,5 GHz. Cortex-A9 låter dig göra två-GHz-processorer, men återigen, tillverkare försöker inte snabbt öka frekvenserna - trots allt kommer marknaden för närvarande att ha tillräckligt med dual-core-processorer på 1,5 GHz.
Processorer baserade på Cortex-A15 borde verkligen bli flerkärniga, men även om de tillkännages är de bara på papper. Deras utseende i kisel bör förväntas nästa år.
Moderna ARM-licenstagares processorer baserade på Cortex-A9:
x86 är den främsta utmanaren
x86 är en representant för CISC-arkitekturer. De använder hela uppsättningen kommandon. En instruktion i detta fall utför flera lågnivåoperationer. Programkoden är, till skillnad från ARM, mer kompakt, men körs inte lika snabbt och kräver mer resurser. Dessutom, från första början var x86 utrustade med alla nödvändiga block, vilket antydde både deras mångsidighet och frosseri. Ytterligare energi spenderades på ovillkorlig, parallell utförande av kommandon. Detta gör att du kan uppnå en hastighetsfördel, men vissa operationer utförs förgäves eftersom de inte uppfyller de tidigare villkoren.
Dessa var de klassiska x86:orna, men från och med 80486 skapade Intel de facto en intern RISC-kärna som exekverade CISC-instruktioner, som tidigare bröts upp till enklare instruktioner. Moderna Intel- och AMD-processorer har samma design.
Windows 8 och ARM
ARM och x86 skiljer sig idag åt för mindre än 30 år sedan, men bygger fortfarande på olika principer, vilket skiljer dem åt i olika nischer på processormarknaden. Arkitekturerna kanske aldrig hade korsat om själva datorn inte hade förändrats.
Mobilitet och kostnadseffektivitet kom först och mer uppmärksamhet ägnades åt smartphones och surfplattor. Apple tjänar mycket pengar på mobila prylar och den infrastruktur som är knuten till dem. Microsoft vill inte stå på efterkälken och har för andra året försökt få fotfäste på surfplattmarknaden. Google är ganska framgångsrikt.
Den stationära PC:n blir i första hand ett arbetsverktyg; hushållsdatorns nisch upptas av surfplattor och specialiserade enheter. Under dessa förhållanden kommer Microsoft att ta ett steg utan motstycke. . Det är ännu inte helt klart vad det kommer att leda till. Vi kommer att få två versioner av operativsystemet, eller en som kommer att fungera med båda arkitekturerna. Kommer Microsofts ARM-stöd att döda x86 eller inte?
Det finns lite information ännu. Microsoft demonstrerade Windows 8 som körs på en enhet med en ARM-processor under CES 2011. Steve Ballmer visade att på ARM-plattformen med Windows kan du titta på videor, arbeta med bilder, surfa på Internet - Internet Explorer fungerade till och med med hårdvaruacceleration - anslut USB- enheter, skriva ut dokument. Det viktigaste med denna demo var närvaron av Microsoft Office som körs på ARM utan deltagande av en virtuell maskin. Vid presentationen visades tre prylar baserade på processorer från Qualcomm, Texas Instruments och NVIDIA. Windows hade ett standard "sju" skal, men Microsoft-representanter tillkännagav en ny, omdesignad systemkärna.
Men Windows är inte bara ett operativsystem tillverkat av Microsofts ingenjörer, det är också miljontals program. Vissa program är kritiska för människor i många yrken. Till exempel Adobe CS-paketet. Kommer företaget att stödja en ARM-Windows-version av programvaran, eller kommer den nya kärnan att tillåta Photoshop och andra populära applikationer att köras på datorer med NVIDIA Tegra eller andra liknande chips utan ytterligare kodändringar?
Dessutom uppstår frågan med grafikkort. Nuförtiden tillverkas grafikkort för bärbara datorer genom att optimera strömförbrukningen för stationära grafikkretsar - de är arkitektoniskt desamma. Samtidigt är ett grafikkort nu något som en "dator i en dator" - det har sitt eget ultrasnabba RAM och sitt eget datorchip, som är betydligt överlägsen konventionella processorer i specifika uppgifter. Det säger sig självt att applikationer som fungerar med 3D-grafik har optimerats på lämpligt sätt för dem. Ja, och olika videoredigeringsprogram och grafiska redigerare (särskilt Photoshop från version CS4), och på senare tid använder även webbläsare hårdvaruacceleration med GPU:er.
Naturligtvis, i Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS och andra mobilsystem har den nödvändiga optimeringen gjorts för de olika mobila (närmare bestämt ultramobila) acceleratorerna på marknaden. De stöds dock inte i Windows. Drivrutiner kommer naturligtvis att skrivas (och har redan skrivits - Intel Atom Z500-seriens processorer kommer med en styrkrets som integrerar PowerVR SGX 535 "smartphone"-grafikkärnan), men optimering av applikationer för dem kan vara sent, om alls .
Uppenbarligen kommer "ARM på skrivbordet" inte riktigt att slå fast. Kanske i energisnåla system där de kommer åt Internet och tittar på filmer. På nettops i allmänhet. Så ARM försöker än så länge bara ta sikte på den nisch som Intel Atom ockuperade och där AMD nu aktivt driver med sin Brazos-plattform. Och hon kommer tydligen delvis att lyckas. Om inte båda processorföretagen kommer på något mycket konkurrenskraftigt.
På vissa ställen konkurrerar redan Intel Atom och ARM. De används för att skapa nätverksansluten datalagring och lågeffektservrar som kan tjäna ett litet kontor eller lägenhet. Det finns också flera kommersiella projekt av kluster baserade på kostnadseffektiva Intel-chips. Egenskaperna hos de nya processorerna baserade på ARM Cortex-A9 gör att de kan användas för att stödja infrastruktur. Så om ett par år kan vi ha ARM-servrar eller ARM-NAS för små lokala nätverk, kan uppkomsten av webbservrar med låg effekt inte uteslutas.
Första sparringen
ARM:s främsta konkurrent från x86-sidan är Intel Atom, och nu kan vi lägga till . En jämförelse mellan x86 och ARM utfördes av Van Smith, som skapade OpenSourceMark, miniBench testpaket och en av medförfattarna till SiSoftware Sandra. Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050 deltog i "loppet". Frekvenserna för x86-chips reducerades, men de hade ändå en fördel på grund av mer avancerat minne.
Resultaten visade sig vara mycket intressanta. ARM-chippet visade sig vara lika snabbt som sina konkurrenter i heltalsoperationer, samtidigt som det förbrukade mindre ström. Det är inget överraskande här. Inledningsvis var arkitekturen både ganska snabb och ekonomisk. I flyttalsoperationer var ARM sämre än x86. Den traditionellt kraftfulla FPU-enheten som finns i Intel- och AMD-chips hade en inverkan här. Låt oss komma ihåg att det dök upp i ARM relativt nyligen. Uppgifterna som faller på FPU upptar en betydande plats i en modern användares liv - dessa är spel, video- och ljudkodning och andra streamingoperationer. Naturligtvis är testerna som utförs av Van Smith inte längre så relevanta idag. ARM har avsevärt förstärkt svagheterna i sin arkitektur i versioner av Cortex-A9 och speciellt Cortex-A15, som till exempel redan kan exekvera instruktioner villkorslöst, vilket parallelliserar problemlösning.
Utsikter för ARM
Så vilken arkitektur ska du välja i slutändan, ARM eller x86? Det skulle vara mest korrekt att satsa på båda. Idag lever vi under förhållanden av omformatering av datormarknaden. År 2008 förutspåddes netbooks ha en ljus framtid. Billiga kompakta bärbara datorer var tänkt att bli huvuddatorn för de flesta användare, särskilt mot bakgrund av den globala krisen. Men så började ekonomin återhämta sig och iPaden dök upp. Nu är surfplattor utropade till kungar på marknaden. Surfplattan är dock bra som underhållningskonsol, men inte särskilt bekväm för arbetet, främst på grund av touch-ingång – att skriva den här artikeln på en iPad skulle vara mycket svårt och tidskrävande. Kommer surfplattor att stå emot tidens tand? Om ett par år kanske vi kommer med en ny leksak.
Men ändå, i mobilsegmentet, där hög prestanda inte krävs, och användaraktivitet huvudsakligen är begränsad till underhållning och inte relaterad till arbete, ser ARM ut att föredra framför x86. De ger en acceptabel prestandanivå också stort självständigt arbete. Intels försök att förverkliga Atom har hittills varit misslyckade. ARM sätter ett nytt riktmärke för prestanda per watt. Med största sannolikhet kommer ARM att vara framgångsrik i kompakta mobila prylar. De kan också bli ledande på netbookmarknaden, men här beror allt inte så mycket på processorutvecklare som på Microsoft och Google. Om den första implementerar normalt ARM-stöd i Windows 8, och den andra förverkligar Chrome OS. Hittills har de smarta böckerna som föreslagits av Qualcomm inte kommit in på marknaden. Netbooks baserade på x86 överlevde.
Enligt ARM borde ett genombrott i denna riktning göras av Cortex-A15-arkitekturen. Företaget rekommenderar dubbla och fyrkärniga processorer baserade på den med en frekvens på 1,0-2,0 GHz för hemunderhållningssystem som kommer att kombinera en mediaspelare, en 3D-TV och en internetterminal. Fyrkärniga chips med en frekvens på 1,5-2,5 GHz kan bli grunden för hem- och webbservrar. Slutligen, det mest ambitiösa användningsfallet för Cortex-A15 - infrastruktur trådlösa nätverk. Chips med fyra eller fler kärnor och en frekvens på 1,5-2,5 GHz kan användas här.
Men för nu är det bara planer. Cortex-A15 introducerades av ARM i september förra året. Cortex-A9 visades av företaget i oktober 2007, två år senare presenterade företaget A9-varianten med möjlighet att öka frekvensen på chipsen till 2,0 GHz. Som jämförelse släpptes NVIDIA Tegra 2 – en av de mest populära lösningarna baserad på Cortex-A9 – först i januari förra året. Tja, användare kunde röra de första prylarna baserat på det efter ytterligare sex månader.
Arbets-PC-segmentet och högpresterande lösningar kommer att finnas kvar med x86. Detta kommer inte att betyda arkitekturens död, men i monetära termer bör Intel och AMD förbereda sig på förlusten av en del av inkomsten som kommer att gå till ARM-processortillverkare.
