ระบบแขน. มีประโยชน์: โปรเซสเซอร์ ARM คืออะไร อาร์มชีวิตใหม่

ปัจจุบันมีสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสองแห่ง นี่คือ x86 ซึ่งได้รับการพัฒนาย้อนกลับไปในยุค 80 และใช้ในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและ ARM ซึ่งเป็นรุ่นที่ทันสมัยกว่าซึ่งทำให้โปรเซสเซอร์มีขนาดเล็กลงและประหยัดยิ่งขึ้น ใช้ในอุปกรณ์เคลื่อนที่หรือแท็บเล็ตส่วนใหญ่

สถาปัตยกรรมทั้งสองมีข้อดีและข้อเสีย รวมถึงขอบเขตการใช้งาน แต่ก็มีคุณสมบัติทั่วไปเช่นกัน ผู้เชี่ยวชาญหลายคนกล่าวว่า ARM คืออนาคต แต่ก็ยังมีข้อเสียบางอย่างที่ x86 ไม่มี ในบทความของเราวันนี้ เราจะดูว่าสถาปัตยกรรมของแขนแตกต่างจาก x86 อย่างไร ลองดูความแตกต่างพื้นฐานระหว่าง ARM และ x86 แล้วลองพิจารณาว่าอันไหนดีกว่ากัน

โปรเซสเซอร์เป็นส่วนประกอบหลักของอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ ไม่ว่าจะเป็นสมาร์ทโฟนหรือคอมพิวเตอร์ ประสิทธิภาพจะกำหนดว่าอุปกรณ์จะทำงานได้เร็วแค่ไหนและใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ได้นานเพียงใด พูดง่ายๆ ก็คือสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์คือชุดคำสั่งที่สามารถใช้เพื่อเขียนโปรแกรมและนำไปใช้ในฮาร์ดแวร์โดยใช้ทรานซิสเตอร์โปรเซสเซอร์บางตัวผสมกัน สิ่งเหล่านี้คือสิ่งที่อนุญาตให้โปรแกรมโต้ตอบกับฮาร์ดแวร์และกำหนดวิธีการถ่ายโอนและอ่านข้อมูลจากหน่วยความจำ

ในขณะนี้ มีสถาปัตยกรรมสองประเภท: CISC (คอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งที่ซับซ้อน) และ RISC (คอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งที่ลดลง) ประการแรกถือว่าโปรเซสเซอร์จะใช้คำสั่งในทุกโอกาส ประการที่สอง RISC กำหนดให้นักพัฒนามีหน้าที่สร้างโปรเซสเซอร์ด้วยชุดคำสั่งขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับการดำเนินการ คำสั่ง RISC มีขนาดเล็กลงและง่ายกว่า

สถาปัตยกรรม x86

สถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ x86 ได้รับการพัฒนาในปี 1978 และปรากฏตัวครั้งแรกในโปรเซสเซอร์ Intel และเป็นประเภท CISC ชื่อของมันนำมาจากรุ่นของโปรเซสเซอร์ตัวแรกที่มีสถาปัตยกรรมนี้ - Intel 8086 เมื่อเวลาผ่านไปในกรณีที่ไม่มีทางเลือกที่ดีกว่า ผู้ผลิตโปรเซสเซอร์รายอื่น เช่น AMD ก็เริ่มสนับสนุนสถาปัตยกรรมนี้ ขณะนี้เป็นมาตรฐานสำหรับคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อป แล็ปท็อป เน็ตบุ๊ก เซิร์ฟเวอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน แต่บางครั้งมีการใช้โปรเซสเซอร์ x86 ในแท็บเล็ตซึ่งถือเป็นวิธีปฏิบัติทั่วไป

โปรเซสเซอร์ Intel 8086 ตัวแรกมีความจุ 16 บิตจากนั้นในปี 2000 โปรเซสเซอร์สถาปัตยกรรม 32 บิตได้เปิดตัวและต่อมาก็มีสถาปัตยกรรม 64 บิตปรากฏขึ้นในภายหลัง เราได้พูดคุยเรื่องนี้โดยละเอียดในบทความแยกต่างหาก ในช่วงเวลานี้สถาปัตยกรรมได้รับการพัฒนาอย่างมากโดยมีการเพิ่มชุดคำสั่งและส่วนขยายชุดใหม่ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์ได้อย่างมาก

x86 มีข้อเสียที่สำคัญหลายประการ ประการแรกนี่คือความซับซ้อนของคำสั่งความสับสนซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากประวัติศาสตร์การพัฒนาอันยาวนาน ประการที่สองโปรเซสเซอร์ดังกล่าวใช้พลังงานมากเกินไปและสร้างความร้อนมากด้วยเหตุนี้ วิศวกร x86 เริ่มแรกใช้เส้นทางเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด และความเร็วต้องใช้ทรัพยากร ก่อนที่เราจะดูความแตกต่างระหว่าง arm x86 เรามาพูดถึงสถาปัตยกรรม ARM กันก่อน

สถาปัตยกรรม ARM

สถาปัตยกรรมนี้เปิดตัวช้ากว่า x86 ในปี 1985 เล็กน้อย ได้รับการพัฒนาโดยบริษัท Acorn ที่มีชื่อเสียงของอังกฤษ จากนั้นสถาปัตยกรรมนี้เรียกว่า Arcon Risk Machine และเป็นของประเภท RISC แต่จากนั้น Advanted RISC Machine เวอร์ชันปรับปรุงก็ได้เปิดตัว ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ ARM

เมื่อพัฒนาสถาปัตยกรรมนี้ วิศวกรตั้งเป้าหมายที่จะขจัดข้อบกพร่องทั้งหมดของ x86 และสร้างสถาปัตยกรรมใหม่ทั้งหมดและมีประสิทธิภาพมากที่สุด ชิป ARM มีการใช้พลังงานน้อยที่สุดและ ราคาถูกแต่มีประสิทธิภาพต่ำเมื่อเทียบกับ x86 ดังนั้นในตอนแรกจึงไม่ได้รับความนิยมมากนักในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล

ต่างจาก x86 ในตอนแรกนักพัฒนาพยายามที่จะบรรลุต้นทุนทรัพยากรน้อยที่สุด พวกเขามีคำสั่งโปรเซสเซอร์น้อยลงมีทรานซิสเตอร์น้อยลง แต่ก็น้อยลงเช่นกัน คุณลักษณะเพิ่มเติม. แต่ประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์ ARM ได้รับการปรับปรุงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เมื่อพิจารณาถึงสิ่งนี้และใช้พลังงานต่ำ จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์พกพา เช่น แท็บเล็ตและสมาร์ทโฟน

ความแตกต่างระหว่าง ARM และ x86

และตอนนี้เราได้ดูประวัติความเป็นมาของการพัฒนาสถาปัตยกรรมเหล่านี้และความแตกต่างพื้นฐานแล้ว เรามาทำการเปรียบเทียบโดยละเอียดของ ARM และ x86 ตามคุณลักษณะต่างๆ เพื่อดูว่าอันไหนดีกว่าและแม่นยำกว่าเพื่อทำความเข้าใจว่าความแตกต่างคืออะไร

การผลิต

การผลิต x86 vs arm นั้นแตกต่างกัน มีเพียงสองบริษัทเท่านั้นที่ผลิตโปรเซสเซอร์ x86: Intel และ AMD ในตอนแรก นี่เป็นบริษัทเดียว แต่นั่นเป็นเรื่องราวที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง มีเพียงบริษัทเหล่านี้เท่านั้นที่มีสิทธิ์ผลิตโปรเซสเซอร์ดังกล่าว ซึ่งหมายความว่ามีเพียงพวกเขาเท่านั้นที่จะควบคุมทิศทางของการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน

ARM ทำงานแตกต่างออกไปมาก บริษัทที่พัฒนา ARM จะไม่เปิดเผยอะไรเลย พวกเขาเพียงแค่ออกใบอนุญาตในการพัฒนาโปรเซสเซอร์ของสถาปัตยกรรมนี้ และผู้ผลิตก็สามารถทำทุกอย่างที่ต้องการได้ เช่น ผลิตชิปเฉพาะด้วยโมดูลที่พวกเขาต้องการ

จำนวนคำแนะนำ

นี่คือความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสถาปัตยกรรม arm และ x86 โปรเซสเซอร์ x86 พัฒนาอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้น นักพัฒนาได้เพิ่มคำสั่งโปรเซสเซอร์จำนวนมากและไม่ได้มีเพียงชุดพื้นฐานเท่านั้น แต่มีคำสั่งมากมายที่สามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้ เริ่มแรกทำเพื่อลดจำนวนหน่วยความจำที่โปรแกรมบนดิสก์ครอบครอง ตัวเลือกมากมายสำหรับการป้องกันและการจำลองเสมือน การเพิ่มประสิทธิภาพ และอื่นๆ อีกมากมายยังได้รับการพัฒนาอีกด้วย ทั้งหมดนี้ต้องการทรานซิสเตอร์และพลังงานเพิ่มเติม

ARM นั้นง่ายกว่า มีคำสั่งโปรเซสเซอร์น้อยกว่ามาก เฉพาะคำสั่งที่ระบบปฏิบัติการต้องการและใช้งานจริงเท่านั้น หากเราเปรียบเทียบ x86 จะมีการใช้งานเพียง 30% เท่านั้น คำแนะนำที่เป็นไปได้. เรียนรู้ได้ง่ายกว่าหากคุณตัดสินใจเขียนโปรแกรมด้วยมือ และยังต้องใช้ทรานซิสเตอร์น้อยลงอีกด้วย

การใช้พลังงาน

ข้อสรุปอีกประการหนึ่งเกิดขึ้นจากย่อหน้าก่อนหน้า ยิ่งมีทรานซิสเตอร์บนบอร์ดมาก พื้นที่และการใช้พลังงานก็จะยิ่งใหญ่ขึ้น และสิ่งที่ตรงกันข้ามก็เป็นจริงเช่นกัน

โปรเซสเซอร์ x86 ใช้พลังงานมากกว่า ARM มาก แต่ขนาดของทรานซิสเตอร์เองก็ได้รับผลกระทบจากการใช้พลังงานเช่นกัน ตัวอย่างเช่น โปรเซสเซอร์ Intel i7 ใช้พลังงาน 47 วัตต์ และโปรเซสเซอร์สมาร์ทโฟน ARM ใดๆ ใช้พลังงานไม่เกิน 3 วัตต์ ก่อนหน้านี้ มีการผลิตบอร์ดที่มีองค์ประกอบเดียวขนาด 80 นาโนเมตร จากนั้น Intel ก็ประสบความสำเร็จในการลดขนาดลงเหลือ 22 นาโนเมตร และในปีนี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างบอร์ดที่มีองค์ประกอบขนาด 1 นาโนเมตรได้ ซึ่งจะช่วยลดการใช้พลังงานได้อย่างมากโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การใช้พลังงานของโปรเซสเซอร์ x86 ลดลงอย่างมาก เช่น ใหม่ โปรเซสเซอร์อินเทล Haswell สามารถใช้แบตเตอรี่ได้นานขึ้น ตอนนี้ความแตกต่างระหว่าง arm กับ x86 ก็ค่อยๆหายไป

การกระจายความร้อน

จำนวนทรานซิสเตอร์ส่งผลต่อพารามิเตอร์อื่น - การสร้างความร้อน อุปกรณ์สมัยใหม่ไม่สามารถแปลงพลังงานทั้งหมดให้เป็นพลังงานที่มีประสิทธิภาพได้ บางส่วนจะสลายไปในรูปของความร้อน ประสิทธิภาพของบอร์ดจะเท่าเดิม ซึ่งหมายความว่ายิ่งทรานซิสเตอร์น้อยลงและมีขนาดเล็กลง โปรเซสเซอร์ก็จะสร้างความร้อนน้อยลงเท่านั้น คำถามนี้จะไม่เกิดขึ้นอีกต่อไปว่า ARM หรือ x86 จะสร้างความร้อนน้อยลงหรือไม่

ประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์

เดิมที ARM ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด แต่นี่คือจุดที่ x86 เหนือกว่า ส่วนหนึ่งเนื่องมาจากจำนวนทรานซิสเตอร์ที่น้อยลง แต่ใน เมื่อเร็วๆ นี้ประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์ ARM กำลังเพิ่มขึ้น และสามารถใช้งานได้อย่างเต็มที่ในแล็ปท็อปหรือเซิร์ฟเวอร์แล้ว

ข้อสรุป

ในบทความนี้ เราได้ดูว่า ARM แตกต่างจาก x86 อย่างไร ความแตกต่างค่อนข้างร้ายแรง แต่ช่วงนี้เส้นแบ่งระหว่างสถาปัตยกรรมทั้งสองเริ่มไม่ชัดเจน โปรเซสเซอร์ ARM มีประสิทธิผลมากขึ้นและเร็วขึ้น และด้วยการลดขนาดขององค์ประกอบโครงสร้างของบอร์ด โปรเซสเซอร์ x86 จึงเริ่มใช้พลังงานน้อยลงและสร้างความร้อนน้อยลง คุณสามารถค้นหาโปรเซสเซอร์ ARM บนเซิร์ฟเวอร์และแล็ปท็อปและ x86 บนแท็บเล็ตและสมาร์ทโฟนได้แล้ว

คุณคิดอย่างไรเกี่ยวกับ x86 และ ARM เหล่านี้ คุณคิดว่าเทคโนโลยีแห่งอนาคตคืออะไร? เขียนในความคิดเห็น! อนึ่ง, .

เพื่อสรุปวิดีโอเกี่ยวกับการพัฒนาสถาปัตยกรรม ARM:

ทุกคนที่สนใจเทคโนโลยีมือถือเคยได้ยินเกี่ยวกับสถาปัตยกรรม ARM อย่างไรก็ตาม สำหรับคนส่วนใหญ่ สิ่งนี้จะเกี่ยวข้องกับโปรเซสเซอร์แท็บเล็ตหรือสมาร์ทโฟน คนอื่นแก้ไขโดยชี้แจงว่านี่ไม่ใช่ตัวหิน แต่เป็นเพียงสถาปัตยกรรมเท่านั้น แต่แทบไม่มีใครสนใจอย่างแน่นอนว่าเทคโนโลยีนี้เกิดขึ้นจริงที่ไหนและเมื่อใด

ในขณะเดียวกันเทคโนโลยีนี้ก็แพร่หลายไปในอุปกรณ์สมัยใหม่จำนวนมากซึ่งมีเพิ่มมากขึ้นทุกปี นอกจากนี้ บนเส้นทางการพัฒนาของ บริษัท ซึ่งเริ่มพัฒนาโปรเซสเซอร์ ARM มีกรณีหนึ่งที่น่าสนใจซึ่งไม่บาปที่จะกล่าวถึงบางทีมันอาจกลายเป็นบทเรียนสำหรับอนาคตสำหรับใครบางคน

สถาปัตยกรรม ARM สำหรับหุ่นจำลอง

ตัวย่อ ARM ซ่อน บริษัท อังกฤษ ARM Limited ที่ประสบความสำเร็จพอสมควรในด้านเทคโนโลยีไอที ย่อมาจาก Advanced RISC Machines และเป็นหนึ่งในผู้พัฒนาและผู้ออกใบอนุญาตรายใหญ่ของโลกสำหรับสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ RISC 32 บิตที่ขับเคลื่อนอุปกรณ์พกพาส่วนใหญ่

แต่โดยลักษณะเฉพาะแล้ว บริษัทไม่ได้ผลิตไมโครโปรเซสเซอร์ แต่เพียงพัฒนาและออกใบอนุญาตเทคโนโลยีของตนให้กับบุคคลอื่นเท่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สถาปัตยกรรมไมโครคอนโทรลเลอร์ ARM ถูกซื้อโดยผู้ผลิตต่อไปนี้:

• แอตเมล.
• เซอร์รัส ลอจิก.
• อินเทล
• แอปเปิล.
• nVidia.
• ไฮซิลิคอน
• มาร์เวลล์.
• ซัมซุง.
• วอลคอมม์
• โซนี่ อีริคสัน.
• เท็กซัส อินสทรูเมนท์ส.
• บรอดคอม.

บางส่วนเป็นที่รู้จักของผู้บริโภคอุปกรณ์ดิจิทัลในวงกว้าง จากข้อมูลของบริษัท ARM ของอังกฤษ จำนวนไมโครโปรเซสเซอร์ทั้งหมดที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยีของพวกเขามีมากกว่า 2.5 พันล้านตัว มีหินเคลื่อนที่หลายชุด:

• ARM7 - ความถี่สัญญาณนาฬิกา 60-72 MHz ซึ่งเกี่ยวข้องกับโทรศัพท์มือถือราคาประหยัด
• ARM9/ARM9E - ความถี่สูงขึ้นแล้วประมาณ 200 MHz สมาร์ทโฟนที่ใช้งานได้มากขึ้นและผู้ช่วยดิจิทัลส่วนบุคคล (PDA) ได้รับการติดตั้งไมโครโปรเซสเซอร์ดังกล่าว

Cortex และ ARM11 เป็นตระกูลไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับสถาปัตยกรรมไมโครคอนโทรลเลอร์ ARM รุ่นก่อนหน้า โดยมีความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงถึง 1 GHz และความสามารถในการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลขั้นสูง

ไมโครโปรเซสเซอร์ xScale ยอดนิยมจาก Marvell (จนถึงกลางฤดูร้อนปี 2550 โครงการนี้อยู่ในการกำจัดของ Intel) จริงๆ แล้วเป็นสถาปัตยกรรม ARM9 รุ่นขยายเสริมด้วยชุดคำสั่ง Wireless MMX การตัดสินใจครั้งนี้จาก Intel มุ่งเน้นไปที่การรองรับแอพพลิเคชั่นมัลติมีเดีย

เทคโนโลยี ARM หมายถึงสถาปัตยกรรมไมโครโปรเซสเซอร์ 32 บิตที่มีชุดคำสั่งแบบย่อ ซึ่งเรียกว่า RISC จากการคำนวณ การใช้โปรเซสเซอร์ ARM คือ 82% ของจำนวนโปรเซสเซอร์ RISC ทั้งหมดที่ผลิต ซึ่งบ่งชี้ถึงพื้นที่ครอบคลุมที่ค่อนข้างกว้างของระบบ 32 บิต

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากมีสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ ARM ซึ่งไม่เพียงแต่พีดีเอและโทรศัพท์มือถือเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคอนโซลเกมมือถือ เครื่องคิดเลข อุปกรณ์ต่อพ่วงคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์เครือข่าย และอื่นๆ อีกมากมาย

ย้อนเวลากลับไปสักหน่อย

ลองย้อนเวลากลับไปสักสองสามปีในจินตนาการแล้วลองหาดูว่าทั้งหมดเริ่มต้นจากที่ใด พูดได้อย่างปลอดภัยว่า ARM ค่อนข้างเป็นผู้ผูกขาดในสาขาของตน และสิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่าสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์ดิจิทัลอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยไมโครโปรเซสเซอร์ที่สร้างขึ้นโดยใช้สถาปัตยกรรมนี้

ในปี 1980 Acorn Computers ก่อตั้งขึ้นและเริ่มสร้างคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ดังนั้น ก่อนหน้านี้ ARM จึงถูกนำมาใช้ในชื่อ Acorn RISC Machines

หนึ่งปีต่อมา BBC Micro PC เวอร์ชันใช้งานในบ้านซึ่งมีสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ ARM ตัวแรกได้ถูกนำเสนอต่อผู้บริโภค อย่างไรก็ตามมันประสบความสำเร็จ แต่ชิปไม่สามารถรับมือกับงานกราฟิกได้และตัวเลือกอื่น ๆ ในรูปแบบของโปรเซสเซอร์ Motorola 68000 และ National Semiconductor 32016 ก็ไม่เหมาะกับสิ่งนี้เช่นกัน

จากนั้นฝ่ายบริหารของบริษัทก็คิดถึงการสร้างไมโครโปรเซสเซอร์ของตัวเอง วิศวกรมีความสนใจในสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ใหม่ที่คิดค้นโดยผู้สำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยในท้องถิ่น มันแค่ใช้ชุดคำสั่งแบบย่อหรือ RISC และหลังจากการถือกำเนิดของคอมพิวเตอร์เครื่องแรกซึ่งควบคุมโดยโปรเซสเซอร์ Acorn Risc Machine ความสำเร็จก็เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว - ในปี 1990 มีการสรุปข้อตกลงระหว่างแบรนด์อังกฤษและ Apple นี่เป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาชิปเซ็ตใหม่ ซึ่งนำไปสู่การจัดตั้งทีมพัฒนาทั้งหมดที่เรียกว่า Advanced RISC Machines หรือ ARM

เริ่มต้นในปี 1998 บริษัทได้เปลี่ยนชื่อเป็น ARM Limited และตอนนี้ผู้เชี่ยวชาญไม่เกี่ยวข้องกับการผลิตและการใช้งานสถาปัตยกรรม ARM อีกต่อไป มันให้อะไร? สิ่งนี้ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อการพัฒนาของบริษัทแต่อย่างใด แม้ว่าทิศทางหลักและทิศทางเดียวของบริษัทคือการพัฒนาเทคโนโลยี รวมถึงการขายใบอนุญาตให้กับบริษัทบุคคลที่สามเพื่อให้พวกเขาสามารถใช้สถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ได้ ในเวลาเดียวกัน บางบริษัทได้รับสิทธิ์ในคอร์สำเร็จรูป ในขณะที่บางบริษัทจัดเตรียมคอร์ของตนเองให้กับโปรเซสเซอร์ภายใต้ใบอนุญาตที่ได้รับ

จากข้อมูลบางส่วน รายได้ของบริษัทในแต่ละโซลูชันดังกล่าวคือ 0.067 $. แต่ข้อมูลนี้มีค่าเฉลี่ยและล้าสมัย จำนวนคอร์ในชิปเซ็ตเพิ่มขึ้นทุกปี ดังนั้นราคาของโปรเซสเซอร์สมัยใหม่จึงสูงกว่ารุ่นเก่า

พื้นที่ใช้งาน

เป็นการพัฒนาอุปกรณ์พกพาที่นำความนิยมอย่างมากมาสู่ ARM Limited และเมื่อมีการผลิตสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์พกพาอื่นๆ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กลายเป็นที่แพร่หลาย โปรเซสเซอร์ประหยัดพลังงานพบแอปพลิเคชันได้ทันที ฉันสงสัยว่ามีสถาปัตยกรรม Linux บนแขนหรือไม่?

จุดสุดยอดของการพัฒนา ARM เกิดขึ้นในปี 2550 เมื่อมีการต่ออายุความร่วมมือกับแบรนด์ Apple หลังจากนั้น iPhone เครื่องแรกที่ใช้โปรเซสเซอร์ ARM ก็ถูกนำเสนอต่อผู้บริโภค ตั้งแต่นั้นมา สถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ดังกล่าวได้กลายเป็นส่วนประกอบที่คงที่ของสมาร์ทโฟนที่ผลิตเกือบทุกรุ่นซึ่งสามารถพบได้ในตลาดมือถือสมัยใหม่เท่านั้น

เราสามารถพูดได้ว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่เกือบทุกชิ้นที่ต้องควบคุมโดยโปรเซสเซอร์นั้นจะมีชิป ARM ติดตั้งอยู่ และความจริงที่ว่าสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ดังกล่าวรองรับระบบปฏิบัติการหลายระบบ ไม่ว่าจะเป็น Linux, Android, iOS และ Windows ก็เป็นข้อได้เปรียบที่ไม่อาจปฏิเสธได้ หนึ่งในนั้นคือ Windows ที่ฝังตัว CE 6.0 Core สถาปัตยกรรมแบบแขนก็รองรับเช่นกัน แพลตฟอร์มนี้ออกแบบมาสำหรับคอมพิวเตอร์มือถือ โทรศัพท์มือถือ และระบบฝังตัว

คุณสมบัติที่โดดเด่นของ x86 และ ARM

ผู้ใช้หลายคนที่เคยได้ยินเกี่ยวกับ ARM และ x86 มามากก็สับสนกับสถาปัตยกรรมทั้งสองนี้เล็กน้อย อย่างไรก็ตามมีความแตกต่างบางประการ สถาปัตยกรรมมีสองประเภทหลัก:

• CISC (คอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งที่ซับซ้อน)
• คอมพิวเตอร์)

CISC ประกอบด้วยโปรเซสเซอร์ x86 (Intel หรือ AMD), RISC ดังที่คุณเข้าใจแล้วรวมถึงตระกูล ARM ด้วย สถาปัตยกรรม x86 และ Arm มีพัดลมอยู่แล้ว ด้วยความพยายามของผู้เชี่ยวชาญ ARM ซึ่งเน้นประสิทธิภาพการใช้พลังงานและการใช้ชุดคำสั่งง่ายๆ โปรเซสเซอร์จึงได้รับประโยชน์อย่างมากจากสิ่งนี้ - ตลาดมือถือเริ่มพัฒนาอย่างรวดเร็วและสมาร์ทโฟนหลายเครื่องเกือบจะมีความสามารถเทียบเท่ากับคอมพิวเตอร์

ในทางกลับกัน Intel มีชื่อเสียงมาโดยตลอดในด้านการผลิตโปรเซสเซอร์ที่มีประสิทธิภาพและแบนด์วิธสูงสำหรับเดสก์ท็อปพีซี แล็ปท็อป เซิร์ฟเวอร์ และแม้แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์

สองตระกูลนี้ชนะใจผู้ใช้ในแบบของตัวเอง แต่ความแตกต่างของพวกเขาคืออะไร? มีคุณลักษณะที่โดดเด่นหลายประการหรือคุณลักษณะต่างๆ มาดูส่วนที่สำคัญที่สุดกันดีกว่า

พลังการประมวลผล

มาเริ่มวิเคราะห์ความแตกต่างระหว่างสถาปัตยกรรม ARM และ x86 ด้วยพารามิเตอร์นี้ ความพิเศษของอาจารย์ RISC คือการใช้การสอนให้น้อยที่สุด ยิ่งไปกว่านั้น ควรมีความเรียบง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งไม่เพียงแต่สำหรับวิศวกรเท่านั้น แต่ยังรวมถึงนักพัฒนาซอฟต์แวร์ด้วย

ปรัชญาที่นี่ง่าย - หากคำแนะนำง่าย ๆ วงจรที่ต้องการก็ไม่ต้องใช้ทรานซิสเตอร์มากเกินไป เป็นผลให้มีพื้นที่ว่างเพิ่มเติมสำหรับบางสิ่งบางอย่างหรือขนาดชิปเล็กลง ด้วยเหตุนี้ ไมโครโปรเซสเซอร์ ARM จึงเริ่มรวมอุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น โปรเซสเซอร์กราฟิก กรณีตัวอย่างคือคอมพิวเตอร์ Raspberry Pi ซึ่งมีส่วนประกอบจำนวนน้อยที่สุด

อย่างไรก็ตาม คำแนะนำง่ายๆ มีค่าใช้จ่าย เพื่อดำเนินงานบางอย่างที่คุณต้องการ คำแนะนำเพิ่มเติมซึ่งมักจะนำไปสู่การใช้หน่วยความจำที่เพิ่มขึ้นและเวลาดำเนินการงาน

คำสั่งของชิป CISC เช่น โซลูชันจาก Intel ต่างจากสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์แบบแขน สามารถทำงานที่ซับซ้อนและมีความยืดหยุ่นสูง กล่าวอีกนัยหนึ่ง เครื่องที่ใช้ RISC จะดำเนินการระหว่างรีจิสเตอร์ และโดยปกติต้องการให้โปรแกรมโหลดตัวแปรลงในรีจิสเตอร์ก่อนที่จะดำเนินการ โปรเซสเซอร์ CISC สามารถดำเนินการได้หลายวิธี:

• ระหว่างการลงทะเบียน
• ระหว่างตำแหน่งรีจิสเตอร์และหน่วยความจำ
• ระหว่างเซลล์หน่วยความจำ

แต่นั่นเป็นเพียงส่วนหนึ่งเท่านั้น คุณสมบัติที่โดดเด่นเรามาวิเคราะห์สัญญาณอื่นๆ กันดีกว่า

การใช้พลังงาน

การใช้พลังงานอาจมีระดับความสำคัญที่แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับประเภทของอุปกรณ์ สำหรับระบบที่เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานคงที่ (โครงข่ายไฟฟ้า) การใช้พลังงานไม่มีขีดจำกัด อย่างไรก็ตาม โทรศัพท์มือถือและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ขึ้นอยู่กับการจัดการพลังงานโดยสิ้นเชิง

ข้อแตกต่างอีกประการระหว่างสถาปัตยกรรม arm และ x86 ก็คือสถาปัตยกรรมแบบแขนแรกใช้พลังงานน้อยกว่า 5 W รวมถึงแพ็คเกจที่เกี่ยวข้องมากมาย: GPU อุปกรณ์ต่อพ่วง หน่วยความจำ พลังงานต่ำนี้เกิดจากทรานซิสเตอร์จำนวนน้อยรวมกับความเร็วที่ค่อนข้างต่ำ (หากเราวาดขนานกับโปรเซสเซอร์เดสก์ท็อป) ในเวลาเดียวกัน สิ่งนี้มีผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงาน - การดำเนินการที่ซับซ้อนใช้เวลานานกว่าจึงจะเสร็จสมบูรณ์

แกน Intel มีโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้นและส่งผลให้การใช้พลังงานสูงขึ้นอย่างมาก ตัวอย่างเช่น โปรเซสเซอร์ Intel I-7 ประสิทธิภาพสูงใช้พลังงานประมาณ 130 W รุ่นมือถือ- 6-30 วัตต์

ซอฟต์แวร์

การเปรียบเทียบพารามิเตอร์นี้ค่อนข้างยากเนื่องจากทั้งสองแบรนด์ได้รับความนิยมอย่างมากในแวดวงของตน อุปกรณ์ที่ใช้โปรเซสเซอร์สถาปัตยกรรมแขนทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบกับระบบปฏิบัติการมือถือ (Android ฯลฯ)

เครื่องที่ใช้โปรเซสเซอร์ Intel สามารถใช้งานแพลตฟอร์มเช่น Windows และ Linux นอกจากนี้ ไมโครโปรเซสเซอร์ทั้งสองตระกูลยังเป็นมิตรกับแอปพลิเคชันที่เขียนด้วยภาษา Java

การวิเคราะห์ความแตกต่างทางสถาปัตยกรรมมีสิ่งหนึ่งที่สามารถพูดได้อย่างแน่นอน - โปรเซสเซอร์ ARM จัดการการใช้พลังงานของอุปกรณ์มือถือเป็นหลัก เป้าหมายหลักของโซลูชันเดสก์ท็อปคือการมอบประสิทธิภาพสูง

ความสำเร็จใหม่

เนื่องจากนโยบายที่มีความสามารถ บริษัท ARM จึงได้เข้าควบคุมตลาดมือถืออย่างสมบูรณ์ แต่ในอนาคตเธอจะไม่หยุดอยู่แค่นั้น ไม่นานมานี้มีการนำเสนอการพัฒนาคอร์ใหม่: Cortex-A53 และ Cortex-A57 ซึ่งได้รับการอัปเดตที่สำคัญอย่างหนึ่ง - รองรับการประมวลผล 64 บิต

แกน A53 เป็นผู้สืบทอดโดยตรงของ ARM Cortex-A8 ซึ่งแม้ว่าประสิทธิภาพจะไม่สูงมาก แต่ก็มีการใช้พลังงานเพียงเล็กน้อย ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุไว้ การใช้พลังงานของสถาปัตยกรรมลดลง 4 เท่า และในแง่ของประสิทธิภาพจะไม่ด้อยไปกว่าคอร์ Cortex-A9 และแม้ว่าพื้นที่หลักของ A53 จะเล็กกว่า A9 ถึง 40% ก็ตาม

แกน A57 จะเข้ามาแทนที่ Cortex-A9 และ Cortex-A15 ในขณะเดียวกัน วิศวกร ARM อ้างว่ามีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างน่าอัศจรรย์ ซึ่งสูงกว่าคอร์ A15 ถึงสามเท่า กล่าวอีกนัยหนึ่งไมโครโปรเซสเซอร์ A57 จะเร็วกว่า Cortex-A9 ถึง 6 เท่าและประสิทธิภาพการใช้พลังงานจะดีกว่า A15 ถึง 5 เท่า

โดยสรุป ซีรีส์ cortex ซึ่งก็คือ a53 ที่ล้ำหน้ากว่า แตกต่างจากรุ่นก่อนในด้านประสิทธิภาพที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงพอๆ กัน แม้แต่โปรเซสเซอร์ Cortex-A7 ที่ติดตั้งบนสมาร์ทโฟนส่วนใหญ่ก็ยังไม่สามารถแข่งขันได้!

แต่สิ่งที่มีค่ามากกว่าคือสถาปัตยกรรม arm cortex a53 เป็นองค์ประกอบที่จะช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการขาดหน่วยความจำ นอกจากนี้ตัวเครื่องจะทำให้แบตเตอรี่หมดช้าลง ด้วยผลิตภัณฑ์ใหม่ ปัญหาเหล่านี้ก็จะหมดไปอีกต่อไป

โซลูชั่นกราฟิก

นอกเหนือจากการพัฒนาโปรเซสเซอร์แล้ว ARM ยังดำเนินการใช้งานตัวเร่งกราฟิกซีรีส์ Mali และตัวแรกสุดคือ Mali 55 โทรศัพท์ LG Renoir ติดตั้งตัวเร่งความเร็วนี้ และนี่คือโทรศัพท์มือถือที่ธรรมดาที่สุด เฉพาะในนั้น GPU จะไม่รับผิดชอบต่อเกม แต่เพียงแสดงอินเทอร์เฟซเท่านั้น เนื่องจากเมื่อพิจารณาตามมาตรฐานสมัยใหม่แล้ว โปรเซสเซอร์กราฟิกจึงมีความสามารถดั้งเดิม

แต่ความคืบหน้าบินไปข้างหน้าอย่างไม่สิ้นสุด ดังนั้นเพื่อให้ทันกับเวลา ARM จึงมีรุ่นขั้นสูงเพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับสมาร์ทโฟนราคากลาง เรากำลังพูดถึง GPU Mali-400 MP และ Mali-450 MP ทั่วไป แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพต่ำและมีชุด API ที่จำกัด แต่ก็ไม่ได้ป้องกันพวกเขาจากการค้นหาแอปพลิเคชันในรุ่นมือถือสมัยใหม่ ตัวอย่างที่เด่นชัดคือโทรศัพท์ Zopo ZP998 ซึ่งชิป MTK6592 แปดคอร์จับคู่กับตัวเร่งกราฟิก Mali-450 MP4

ความสามารถในการแข่งขัน

ขณะนี้ยังไม่มีใครต่อต้าน ARM และสาเหตุหลักมาจากการตัดสินใจที่ถูกต้องในขณะนั้น แต่กาลครั้งหนึ่งที่จุดเริ่มต้นของการเดินทาง ทีมนักพัฒนาทำงานเกี่ยวกับการสร้างโปรเซสเซอร์สำหรับพีซี และยังพยายามที่จะแข่งขันกับยักษ์ใหญ่อย่าง Intel แต่ถึงแม้ทิศทางกิจกรรมจะเปลี่ยนไป บริษัทก็ยังประสบปัญหาอยู่

และเมื่อแบรนด์คอมพิวเตอร์ชื่อดังระดับโลกอย่าง Microsoft ได้ทำข้อตกลงกับ Intel ผู้ผลิตรายอื่นก็ไม่มีโอกาส - ระบบปฏิบัติการ Windows ปฏิเสธที่จะทำงานกับโปรเซสเซอร์ ARM เราจะต้านทานการใช้ gcam emulators สำหรับสถาปัตยกรรมแขนได้อย่างไร! สำหรับ Intel เมื่อสังเกตคลื่นแห่งความสำเร็จของ ARM Limited ก็พยายามสร้างโปรเซสเซอร์ที่น่าจะเป็นคู่แข่งที่คู่ควร เพื่อจุดประสงค์นี้ ชิป Intel Atom จึงถูกเผยแพร่สู่สาธารณะทั่วไป แต่ใช้เวลานานกว่า ARM Limited มาก และชิปดังกล่าวเริ่มผลิตในปี 2554 เท่านั้น แต่เวลาอันมีค่าก็สูญเสียไปแล้ว

โดยพื้นฐานแล้ว Intel Atom เป็นโปรเซสเซอร์ CISC ที่มีสถาปัตยกรรม x86 ผู้เชี่ยวชาญจัดการเพื่อให้เกิดการใช้พลังงานที่ต่ำกว่าในโซลูชัน ARM อย่างไรก็ตาม ซอฟต์แวร์ทั้งหมดที่เปิดตัวสำหรับแพลตฟอร์มมือถือนั้นได้รับการปรับให้เข้ากับสถาปัตยกรรม x86 ได้ไม่ดี

ในท้ายที่สุด บริษัท ตระหนักถึงความยิ่งใหญ่ของการตัดสินใจและต่อมาก็ละทิ้งการผลิตโปรเซสเซอร์สำหรับอุปกรณ์พกพา ผู้ผลิตชิป Intel Atom รายใหญ่เพียงรายเดียวคือ ASUS ในเวลาเดียวกันโปรเซสเซอร์เหล่านี้ไม่ได้จมลงสู่การลืมเลือน เน็ตบุ๊ก เน็ตท็อป และอุปกรณ์พกพาอื่น ๆ ได้รับการติดตั้งไว้มากมาย

อย่างไรก็ตาม มีความเป็นไปได้ที่สถานการณ์จะเปลี่ยนไปและระบบปฏิบัติการ Windows ที่ทุกคนชื่นชอบจะรองรับไมโครโปรเซสเซอร์ ARM นอกจากนี้ กำลังดำเนินการตามขั้นตอนในทิศทางนี้ บางทีอาจมีบางอย่างเช่นโปรแกรมจำลอง gcam บนสถาปัตยกรรม ARM สำหรับโซลูชันมือถือปรากฏขึ้นจริงหรือ! ใครจะรู้ เวลาจะบอกเอง และทุกอย่างจะเข้าที่

มีจุดที่น่าสนใจจุดหนึ่งในประวัติศาสตร์การพัฒนาของ บริษัท ARM (นี่คือความหมายที่จุดเริ่มต้นของบทความ) กาลครั้งหนึ่ง ARM Limited มีพื้นฐานมาจาก Apple และมีแนวโน้มว่าเทคโนโลยี ARM ทั้งหมดจะเป็นของมัน อย่างไรก็ตาม โชคชะตากำหนดไว้เป็นอย่างอื่น - ในปี 1998 Apple ตกอยู่ในภาวะวิกฤติ และฝ่ายบริหารถูกบังคับให้ขายหุ้นของตน ปัจจุบันอยู่ในระดับที่ทัดเทียมกับผู้ผลิตรายอื่นและยังคงซื้อเทคโนโลยีจาก ARM Limited สำหรับอุปกรณ์ iPhone และ iPad ใครจะรู้ว่าสิ่งต่าง ๆ จะเกิดขึ้นได้อย่างไร!

โปรเซสเซอร์ ARM สมัยใหม่สามารถดำเนินการที่ซับซ้อนมากขึ้นได้ และในอนาคตอันใกล้นี้ฝ่ายบริหารของบริษัทมีเป้าหมายที่จะเข้าสู่ตลาดเซิร์ฟเวอร์ซึ่งไม่ต้องสงสัยเลยว่าสนใจ ยิ่งไปกว่านั้น ในยุคปัจจุบันของเรา เมื่อยุคของการพัฒนา Internet of Things (IoT) รวมถึงเครื่องใช้ในครัวเรือน "อัจฉริยะ" กำลังใกล้เข้ามา เราสามารถคาดการณ์ความต้องการชิปที่มีสถาปัตยกรรม ARM ได้มากขึ้น

ดังนั้น ARM Limited จึงมีอนาคตที่ห่างไกลจากอนาคตอันสิ้นหวังรออยู่ข้างหน้า! และไม่น่าเป็นไปได้ที่ในอนาคตอันใกล้นี้จะมีใครก็ตามที่สามารถแทนที่ยักษ์ใหญ่มือถือในการพัฒนาโปรเซสเซอร์สำหรับสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกันได้อย่างไม่ต้องสงสัยในอนาคตอันใกล้นี้

บทสรุป

โปรเซสเซอร์ ARM เข้ามาครองตลาดอุปกรณ์พกพาอย่างรวดเร็ว ทั้งหมดนี้ต้องขอบคุณการใช้พลังงานที่ต่ำและถึงแม้จะไม่สูงมาก แต่ยังคงประสิทธิภาพที่ดี ปัจจุบันสถานการณ์ของ ARM ทำได้เพียงอิจฉาเท่านั้น ผู้ผลิตหลายรายใช้เทคโนโลยีซึ่งทำให้ Advanced RISC Machines ทัดเทียมกับยักษ์ใหญ่ในด้านการพัฒนาโปรเซสเซอร์เช่น Intel และ AMD และแม้ว่าบริษัทจะไม่มีการผลิตเป็นของตัวเองก็ตาม

คู่แข่งของแบรนด์มือถือในบางครั้งคือบริษัท MIPS ที่มีสถาปัตยกรรมชื่อเดียวกัน แต่ในปัจจุบัน ยังคงมีคู่แข่งที่สำคัญเพียงรายเดียวในบุคคลของ Intel Corporation แม้ว่าฝ่ายบริหารจะไม่เชื่อว่าสถาปัตยกรรมแบบแขนสามารถก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อส่วนแบ่งการตลาดได้

นอกจากนี้ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญจาก Intel ระบุว่าโปรเซสเซอร์ ARM ไม่สามารถใช้งานระบบปฏิบัติการเวอร์ชันเดสก์ท็อปได้ อย่างไรก็ตาม ข้อความดังกล่าวฟังดูไร้เหตุผลเล็กน้อย เนื่องจากเจ้าของพีซีแบบ ultramobile ไม่ได้ใช้ "หนัก" ซอฟต์แวร์. ในกรณีส่วนใหญ่ คุณต้องเข้าถึงอินเทอร์เน็ต แก้ไขเอกสาร ฟังไฟล์มีเดีย (เพลง ภาพยนตร์) และงานง่ายๆ อื่นๆ และโซลูชัน ARM ก็รับมือกับการดำเนินการดังกล่าวได้ดี

ใครที่สนใจเทคโนโลยีมือถือคงเคยได้ยินชื่อ ARM กันอย่างแน่นอน หลายคนเข้าใจคำย่อนี้ว่าเป็นโปรเซสเซอร์ประเภทหนึ่งสำหรับสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต ส่วนคนอื่นๆ ชี้แจงว่านี่ไม่ใช่โปรเซสเซอร์ แต่เป็นสถาปัตยกรรม และแน่นอนว่ามีเพียงไม่กี่คนที่เจาะลึกประวัติความเป็นมาของ ARM ในบทความนี้เราจะพยายามเข้าใจความแตกต่างทั้งหมดเหล่านี้และบอกคุณว่าทำไมอุปกรณ์สมัยใหม่จึงต้องการโปรเซสเซอร์ ARM

ทัศนศึกษาสั้น ๆ ในประวัติศาสตร์

เมื่อคุณค้นหาคำว่า “ARM” วิกิพีเดียให้ความหมายสองประการสำหรับตัวย่อนี้: Acorn RISC Machine และ Advanced RISC Machines มาเริ่มกันตามลำดับ ในช่วงทศวรรษ 1980 Acorn Computers ก่อตั้งขึ้นในสหราชอาณาจักร ซึ่งเริ่มกิจกรรมด้วยการสร้างสรรค์ คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล. ในเวลานั้น ลูกโอ๊กยังถูกเรียกว่า “บริติชแอปเปิล” ช่วงเวลาชี้ขาดของบริษัทคือช่วงปลายทศวรรษที่ 80 เมื่อหัวหน้าวิศวกรของบริษัทใช้ประโยชน์จากวิธีแก้ปัญหาของบัณฑิตมหาวิทยาลัยในท้องถิ่นสองคนที่คิดขึ้นมา ชนิดใหม่สถาปัตยกรรมตัวประมวลผลชุดคำสั่ง (RISC) ที่ลดลง นี่คือลักษณะของคอมพิวเตอร์เครื่องแรกที่ใช้โปรเซสเซอร์ Acorn Risc Machine ความสำเร็จก็มาไม่นาน ในปี 1990 อังกฤษได้ทำข้อตกลงกับ Apple และในไม่ช้าก็เริ่มทำงานกับชิปเซ็ตเวอร์ชันใหม่ ในที่สุดทีมพัฒนาก็ได้ก่อตั้งบริษัทชื่อ Advanced RISC Machines ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากโปรเซสเซอร์ ชิปที่มีสถาปัตยกรรมใหม่ยังเป็นที่รู้จักในชื่อ Advanced Risc Machine หรือเรียกสั้น ๆ ว่า ARM

ตั้งแต่ปี 1998 Advanced Risc Machine กลายเป็นที่รู้จักในชื่อ ARM Limited ปัจจุบันบริษัทไม่ได้มีส่วนร่วมในการผลิตและจำหน่ายโปรเซสเซอร์ของตนเอง กิจกรรมหลักและกิจกรรมเดียวของ ARM Limited คือการพัฒนาเทคโนโลยีและการขายใบอนุญาตให้กับบริษัทต่างๆ เพื่อใช้สถาปัตยกรรม ARM ผู้ผลิตบางรายซื้อใบอนุญาตสำหรับคอร์สำเร็จรูป ส่วนบางรายซื้อที่เรียกว่า "ใบอนุญาตทางสถาปัตยกรรม" เพื่อผลิตโปรเซสเซอร์ด้วยคอร์ของตนเอง ในบรรดาบริษัทดังกล่าว ได้แก่ Apple, Samsung, Qualcomm, nVidia, HiSilicon และอื่นๆ ตามรายงานบางฉบับ ARM Limited จะได้รับรายได้ $0.067 จากโปรเซสเซอร์แต่ละตัว ตัวเลขนี้เป็นค่าเฉลี่ยและล้าสมัยด้วย ทุกปีจะมีคอร์ในชิปเซ็ตเพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ และโปรเซสเซอร์แบบมัลติคอร์ใหม่มีประสิทธิภาพเหนือกว่ารุ่นที่ล้าสมัยในด้านต้นทุน

คุณสมบัติทางเทคนิคของชิป ARM

สถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์สมัยใหม่มีสองประเภท: ซีไอเอสซี(คอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งที่ซับซ้อน) และ RISC(คอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งลดลง) สถาปัตยกรรม CISC ประกอบด้วยตระกูลโปรเซสเซอร์ x86 (Intel และ AMD) และสถาปัตยกรรม RISC รวมถึงตระกูล ARM ความแตกต่างอย่างเป็นทางการหลักระหว่าง RISC และ CISC และดังนั้น x86 จาก ARM คือชุดคำสั่งแบบลดขนาดที่ใช้ในโปรเซสเซอร์ RISC ตัวอย่างเช่น แต่ละคำสั่งในสถาปัตยกรรม CISC จะถูกแปลงเป็นคำสั่ง RISC หลายคำสั่ง นอกจากนี้ โปรเซสเซอร์ RISC ใช้ทรานซิสเตอร์น้อยลงจึงใช้พลังงานน้อยลง

ลำดับความสำคัญหลักของโปรเซสเซอร์ ARM คืออัตราส่วนของประสิทธิภาพต่อการใช้พลังงาน ARM มีอัตราส่วนประสิทธิภาพต่อวัตต์สูงกว่า x86 คุณสามารถรับพลังงานที่ต้องการจากคอร์ 24 x86 หรือจากคอร์ ARM ขนาดเล็กที่ใช้พลังงานต่ำหลายร้อยคอร์ แน่นอนว่าแม้แต่โปรเซสเซอร์ที่ทรงพลังที่สุดที่ใช้สถาปัตยกรรม ARM ก็ไม่มีทางเทียบได้กับพลังงานของ Intel Core i7 แต่ Intel Core i7 รุ่นเดียวกันนั้นต้องการระบบระบายความร้อนที่ใช้งานได้และไม่สามารถใส่ลงในเคสโทรศัพท์ได้ ที่นี่ ARM ไม่มีการแข่งขัน ในอีกด้านหนึ่ง นี่ดูเหมือนเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์โดยใช้โปรเซสเซอร์ ARM หนึ่งล้านตัวแทนที่จะเป็นโปรเซสเซอร์ x86 หนึ่งพันตัว ในทางกลับกัน สถาปัตยกรรมทั้งสองไม่สามารถเปรียบเทียบได้อย่างชัดเจน ในบางแง่ ARM จะมีข้อได้เปรียบ และในบางแง่ x86 ก็จะมีข้อได้เปรียบ

อย่างไรก็ตามการเรียกโปรเซสเซอร์ชิปสถาปัตยกรรม ARM นั้นไม่ถูกต้องทั้งหมด นอกเหนือจากคอร์โปรเซสเซอร์หลายคอร์แล้ว ยังรวมถึงส่วนประกอบอื่นๆ ด้วย คำที่เหมาะสมที่สุดคือ “ชิปตัวเดียว” หรือ “ระบบบนชิป” (SoC) ระบบชิปเดี่ยวสมัยใหม่สำหรับอุปกรณ์เคลื่อนที่ประกอบด้วยตัวควบคุม RAM, ตัวเร่งกราฟิก, ตัวถอดรหัสวิดีโอ, ตัวแปลงสัญญาณเสียง และโมดูลการสื่อสารไร้สาย ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ส่วนประกอบชิปเซ็ตแต่ละรายการอาจได้รับการพัฒนาโดยผู้ผลิตบุคคลที่สาม ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดคือคอร์กราฟิก ซึ่งนอกเหนือจาก ARM Limited (กราฟิก Mali) แล้ว ยังได้รับการพัฒนาโดย Qualcomm (Adreno), NVIDIA (GeForce ULP) และ Imagination Technologies (PowerVR)

ในทางปฏิบัติมีลักษณะเช่นนี้ อุปกรณ์เคลื่อนที่ Android ราคาประหยัดส่วนใหญ่มาพร้อมกับชิปเซ็ตที่ผลิตโดยบริษัท มีเดียเทคซึ่งเกือบจะปฏิบัติตามคำแนะนำของ ARM Limited อย่างสม่ำเสมอและเติมเต็มด้วยคอร์ Cortex-A และกราฟิก Mali (น้อยกว่า PowerVR)

แบรนด์ A มักใช้ชิปเซ็ตที่ผลิตขึ้นสำหรับอุปกรณ์เรือธงของตน วอลคอมม์. อย่างไรก็ตามชิป Qualcomm Snapdragon ล่าสุด (,) ได้รับการติดตั้งคอร์ Kryo แบบกำหนดเองอย่างสมบูรณ์สำหรับโปรเซสเซอร์กลางและ Adreno สำหรับการเร่งความเร็วกราฟิก

เกี่ยวกับ แอปเปิลจากนั้นสำหรับ iPhone และ iPad บริษัทจะใช้ชิป A-series ของตัวเองพร้อมตัวเร่งกราฟิก PowerVR ซึ่งผลิตโดยบริษัทบุคคลที่สาม ดังนั้นจึงมีโปรเซสเซอร์ A10 Fusion แบบ quad-core 64 บิตและโปรเซสเซอร์กราฟิก PowerVR GT7600

สถาปัตยกรรมของตระกูลโปรเซสเซอร์ถือว่ามีความเกี่ยวข้องในขณะที่เขียน ARMv8. เป็นครั้งแรกที่ใช้ชุดคำสั่ง 64 บิตและรองรับ RAM มากกว่า 4 GB สถาปัตยกรรม ARMv8 สามารถใช้งานร่วมกับแอปพลิเคชัน 32 บิตแบบย้อนหลังได้ แกนประมวลผลที่มีประสิทธิภาพและทรงพลังที่สุดที่พัฒนาโดย ARM Limited อยู่ในปัจจุบัน คอร์เท็กซ์-A73และผู้ผลิต SoC ส่วนใหญ่ใช้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง

Cortex-A73 ให้ประสิทธิภาพที่สูงกว่า Cortex-A72 ถึง 30% และรองรับสถาปัตยกรรม ARMv8 อย่างเต็มรูปแบบ ความถี่หลักของโปรเซสเซอร์สูงสุดคือ 2.8 GHz

ขอบเขตการใช้งาน ARM

ชื่อเสียงที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ ARM มาจากการพัฒนาอุปกรณ์พกพา ก่อนมีการผลิตสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์พกพาอื่นๆ ในปริมาณมาก โปรเซสเซอร์ที่ประหยัดพลังงานก็เข้ามามีประโยชน์ การพัฒนา ARM Limited สิ้นสุดลงในปี 2550 เมื่อบริษัทอังกฤษต่อสัญญาความร่วมมือกับ Apple และหลังจากนั้นไม่นาน ทีมงาน Cupertino ก็นำเสนอ iPhone เครื่องแรกที่มีโปรเซสเซอร์ที่ใช้สถาปัตยกรรม ARM ต่อจากนั้นระบบชิปตัวเดียวที่ใช้สถาปัตยกรรม ARM กลายเป็นองค์ประกอบที่ไม่เปลี่ยนแปลงในสมาร์ทโฟนเกือบทั้งหมดในตลาด

ผลงานของ ARM Limited ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงคอร์ของตระกูล Cortex-A เท่านั้น ในความเป็นจริงมีคอร์โปรเซสเซอร์สามซีรีส์ภายใต้แบรนด์ Cortex ซึ่งถูกกำหนดด้วยตัวอักษร A, R, M ตระกูล Core คอร์เท็กซ์-เออย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้วว่ามีพลังมากที่สุด ส่วนใหญ่จะใช้ในสมาร์ทโฟน แท็บเล็ต กล่องรับสัญญาณทีวี เครื่องรับสัญญาณดาวเทียม ระบบยานยนต์ และหุ่นยนต์ แกนประมวลผล Cortex-Rปรับให้เหมาะสมเพื่อการปฏิบัติงานที่มีประสิทธิภาพสูงแบบเรียลไทม์ ชิปดังกล่าวจึงพบได้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์ ระบบรักษาความปลอดภัยอัตโนมัติ และสื่อบันทึกข้อมูล ภารกิจหลักของครอบครัว Cortex-Mคือความเรียบง่ายและต้นทุนต่ำ ในทางเทคนิคแล้ว คอร์เหล่านี้เป็นคอร์โปรเซสเซอร์ที่อ่อนแอที่สุดและใช้พลังงานน้อยที่สุด โปรเซสเซอร์ที่ใช้คอร์ดังกล่าวถูกนำมาใช้เกือบทุกที่ที่ต้องการพลังงานน้อยที่สุดและต้นทุนต่ำจากอุปกรณ์: เซ็นเซอร์ ตัวควบคุม สัญญาณเตือน จอแสดงผล นาฬิกาสมาร์ทและอุปกรณ์อื่นๆ

โดยทั่วไป อุปกรณ์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ตั้งแต่ขนาดเล็กไปจนถึงขนาดใหญ่ที่ต้องใช้ CPU จะใช้ชิป ARM ข้อดีอย่างมากคือความจริงที่ว่าสถาปัตยกรรม ARM ได้รับการสนับสนุนโดยระบบปฏิบัติการหลายระบบบนแพลตฟอร์ม Linux (รวมถึง Android และ Chrome OS), iOS และ Windows (Windows Phone)

การแข่งขันทางการตลาดและแนวโน้มในอนาคต

เป็นที่น่าสังเกตว่าในขณะนี้ ARM ไม่มีคู่แข่งที่จริงจัง และโดยส่วนใหญ่แล้ว นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่า ARM Limited ได้ทำในช่วงเวลาหนึ่ง ทางเลือกที่ถูกต้อง. แต่ในช่วงเริ่มต้นของการเดินทาง บริษัทได้ผลิตโปรเซสเซอร์สำหรับพีซีและพยายามแข่งขันกับ Intel ด้วยซ้ำ หลังจากที่ ARM Limited เปลี่ยนทิศทางการดำเนินธุรกิจก็ประสบปัญหาเช่นกัน จากนั้นผู้ผูกขาดซอฟต์แวร์ซึ่งเป็นตัวแทนของ Microsoft ซึ่งได้ทำข้อตกลงความร่วมมือกับ Intel ก็ไม่มีโอกาสสำหรับผู้ผลิตรายอื่นรวมถึง ARM Limited - Windows OS ไม่ทำงานบนระบบที่มีโปรเซสเซอร์ ARM ไม่ว่ามันจะฟังดูขัดแย้งแค่ไหน แต่ตอนนี้สถานการณ์สามารถเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากและ Windows OS ก็พร้อมที่จะรองรับโปรเซสเซอร์บนสถาปัตยกรรมนี้

หลังจากความสำเร็จของชิป ARM Intel พยายามสร้างโปรเซสเซอร์ที่แข่งขันได้และเข้าสู่ตลาดด้วยชิป อินเทล อะตอม. เธอใช้เวลาในการทำเช่นนี้นานกว่า ARM Limited มาก ชิปเซ็ตเข้าสู่การผลิตในปี 2554 แต่อย่างที่พวกเขาพูดกันว่ารถไฟออกไปแล้ว Intel Atom เป็นโปรเซสเซอร์ CISC ที่มีสถาปัตยกรรม x86 วิศวกรของบริษัทประสบความสำเร็จในการใช้พลังงานน้อยกว่าใน ARM แต่ในขณะนี้ซอฟต์แวร์มือถือหลายประเภทมีการปรับตัวให้เข้ากับสถาปัตยกรรม x86 ได้ไม่ดี

เมื่อปีที่แล้ว Intel ละทิ้งการตัดสินใจสำคัญหลายประการในการพัฒนาระบบมือถือเพิ่มเติม โดยพื้นฐานแล้วเป็นบริษัทด้านอุปกรณ์เคลื่อนที่เนื่องจากไม่สามารถทำกำไรได้ ผู้ผลิตรายใหญ่เพียงรายเดียวที่ติดตั้งสมาร์ทโฟนที่ใช้ชิปเซ็ต Intel Atom คือ ASUS อย่างไรก็ตาม Intel Atom ยังคงได้รับการใช้อย่างแพร่หลายในเน็ตบุ๊ก เน็ตท็อป และอุปกรณ์พกพาอื่นๆ

ตำแหน่งของ ARM Limited ในตลาดมีความเป็นเอกลักษณ์ ในขณะนี้ผู้ผลิตเกือบทั้งหมดใช้การพัฒนาของตน อย่างไรก็ตามบริษัทไม่มีโรงงานเป็นของตนเอง สิ่งนี้ไม่ได้ขัดขวางการยืนหยัดทัดเทียมกับ Intel และ AMD ประวัติความเป็นมาของ ARM มีข้อเท็จจริงที่น่าสนใจอีกประการหนึ่ง เป็นไปได้ว่าในปัจจุบันเทคโนโลยี ARM อาจเป็นของ Apple ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของการก่อตั้ง ARM Limited น่าแปลกที่ในปี 1998 ชาวคูเปอร์ติโนซึ่งประสบภาวะวิกฤติได้ขายหุ้นของตนไป ขณะนี้ Apple ถูกบังคับให้ซื้อใบอนุญาตสำหรับโปรเซสเซอร์ ARM ที่ใช้ใน iPhone และ iPad พร้อมด้วยบริษัทอื่นๆ

ปัจจุบันโปรเซสเซอร์ ARM สามารถทำงานที่จริงจังได้ ในอนาคตอันใกล้พวกเขาจะใช้ในเซิร์ฟเวอร์ โดยเฉพาะศูนย์ข้อมูลของ Facebook และ PayPal มีโซลูชันดังกล่าวอยู่แล้ว ในยุคของการพัฒนา Internet of Things (IoT) และอุปกรณ์สมาร์ทโฮม ชิป ARM กลายเป็นที่ต้องการมากขึ้น สิ่งที่น่าสนใจที่สุดสำหรับ ARM ยังมาไม่ถึง

อุปกรณ์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้โปรเซสเซอร์ที่ใช้สถาปัตยกรรม ARM ซึ่งพัฒนาโดยบริษัทชื่อเดียวกัน ARM Limited สิ่งที่น่าสนใจคือบริษัทไม่ได้ผลิตโปรเซสเซอร์เอง แต่ให้สิทธิ์การใช้งานเทคโนโลยีแก่ผู้ผลิตชิปบุคคลที่สามเท่านั้น นอกจากนี้ บริษัท ยังพัฒนาคอร์โปรเซสเซอร์ Cortex และตัวเร่งกราฟิก Mali ซึ่งเราจะกล่าวถึงในเนื้อหานี้อย่างแน่นอน

อาร์ม จำกัด

ในความเป็นจริง บริษัท ARM เป็นผู้ผูกขาดในสาขาของตน และสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตสมัยใหม่ส่วนใหญ่บนระบบปฏิบัติการมือถือต่างๆ ใช้โปรเซสเซอร์ที่ใช้สถาปัตยกรรม ARM ผู้ผลิตชิปออกใบอนุญาตแกนประมวลผล ชุดคำสั่ง และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องจาก ARM และราคาใบอนุญาตจะแตกต่างกันไปอย่างมากขึ้นอยู่กับประเภทของแกนประมวลผล (ซึ่งอาจมีตั้งแต่โซลูชันราคาประหยัดที่ใช้พลังงานต่ำไปจนถึง Quad-Core ที่ล้ำสมัยและแม้แต่แปด Core ชิป) และส่วนประกอบเพิ่มเติม รายงานผลประกอบการประจำปี 2549 ของ ARM Limited เผยให้เห็นรายได้ 161 ล้านดอลลาร์จากการอนุญาตให้ใช้สิทธิโปรเซสเซอร์ประมาณ 2.5 พันล้านตัว (เพิ่มขึ้นจาก 7.9 พันล้านในปี 2554) ซึ่งแปลเป็นประมาณ 0.067 ดอลลาร์ต่อชิป อย่างไรก็ตาม ด้วยเหตุผลที่ระบุไว้ข้างต้น นี่เป็นตัวเลขที่เฉลี่ยมากเนื่องจากความแตกต่างของราคาสำหรับใบอนุญาตต่างๆ และตั้งแต่นั้นมา กำไรของบริษัทก็ควรจะเติบโตขึ้นหลายเท่า

ปัจจุบันโปรเซสเซอร์ ARM แพร่หลายมาก ชิปที่ใช้สถาปัตยกรรมนี้ถูกนำมาใช้ทุกที่ รวมถึงเซิร์ฟเวอร์ด้วย แต่ส่วนใหญ่มักจะพบ ARM ในระบบฝังตัวและมือถือ ตั้งแต่ตัวควบคุมสำหรับฮาร์ดไดรฟ์ไปจนถึงสมาร์ทโฟน แท็บเล็ต และอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ทันสมัย

แกนคอร์เทกซ์

ARM พัฒนาคอร์หลายตระกูลที่ใช้สำหรับงานที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น โปรเซสเซอร์ที่ใช้ Cortex-Mx และ Cortex-Rx (โดยที่ “x” คือตัวเลขหรือตัวเลขที่ระบุหมายเลขคอร์ที่แน่นอน) จะถูกใช้ในระบบฝังตัวและแม้แต่อุปกรณ์ของผู้บริโภค เช่น เราเตอร์หรือเครื่องพิมพ์

เราจะไม่เจาะลึกรายละเอียดเหล่านี้เนื่องจากเราสนใจตระกูล Cortex-Ax เป็นหลัก - ชิปที่มีคอร์ดังกล่าวถูกใช้ในอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดรวมถึงสมาร์ทโฟน แท็บเล็ต และเครื่องเล่นเกม ARM ทำงานอย่างต่อเนื่องกับคอร์ใหม่จากกลุ่ม Cortex-Ax แต่ในขณะที่เขียนบทความนี้ สิ่งต่อไปนี้ใช้ในสมาร์ทโฟน:

ยิ่งตัวเลขสูงเท่าใด ประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย และด้วยเหตุนี้ ระดับของอุปกรณ์ที่ใช้งานจึงมีราคาแพงมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เป็นที่น่าสังเกตว่ากฎนี้ไม่ได้ปฏิบัติตามเสมอไป ตัวอย่างเช่น ชิปที่ใช้คอร์ Cortex-A7 จะมีประสิทธิภาพสูงกว่าชิปที่ใช้ Cortex-A8 อย่างไรก็ตามหากโปรเซสเซอร์ที่ใช้ Cortex-A5 ถือว่าเกือบจะล้าสมัยแล้วและแทบจะไม่ได้ใช้ในอุปกรณ์สมัยใหม่เลย CPU ที่ใช้ Cortex-A15 ก็สามารถพบได้ในอุปกรณ์สื่อสารและแท็บเล็ตระดับเรือธง ไม่นานมานี้ ARM ได้ประกาศอย่างเป็นทางการถึงการพัฒนาคอร์ใหม่ที่ทรงพลังยิ่งขึ้นและในขณะเดียวกันก็ประหยัดพลังงาน Cortex-A53 และ Cortex-A57 ซึ่งจะรวมอยู่ในชิปตัวเดียวโดยใช้เทคโนโลยี ARM big.LITTLE และรองรับ ARMv8 ชุดคำสั่ง (“เวอร์ชันสถาปัตยกรรม”) แต่ปัจจุบันไม่ได้ใช้ในอุปกรณ์ผู้บริโภคทั่วไป ชิป Cortex-core ส่วนใหญ่สามารถเป็นแบบ multi-core ได้ และโปรเซสเซอร์ Quad-core ก็พบเห็นได้ทั่วไปในสมาร์ทโฟนระดับไฮเอนด์ในปัจจุบัน

ผู้ผลิตสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตรายใหญ่มักจะใช้โปรเซสเซอร์จากผู้ผลิตชิปที่มีชื่อเสียงเช่น Qualcomm หรือโซลูชันของตนเองที่ได้รับความนิยมค่อนข้างมากแล้ว (เช่น Samsung และชิปเซ็ตตระกูล Exynos) แต่ในบรรดาผู้ผลิตสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตรายใหญ่ ลักษณะทางเทคนิคแกดเจ็ตส่วนใหญ่ บริษัทขนาดเล็กคุณมักจะพบคำอธิบายเช่น “โปรเซสเซอร์ 1 GHz Cortex-A7” หรือ “1 GHz dual-core Cortex-A7” ซึ่ง ให้กับผู้ใช้ทั่วไปจะไม่พูดอะไร เพื่อให้เข้าใจถึงความแตกต่างระหว่างนิวเคลียสดังกล่าว เรามาเน้นที่ส่วนหลักกันดีกว่า

แกน Cortex-A5 ใช้ในโปรเซสเซอร์ราคาประหยัดสำหรับอุปกรณ์ราคาประหยัดที่สุด อุปกรณ์ดังกล่าวมีจุดประสงค์เพื่อการทำงานในช่วงที่จำกัดและใช้งานแอปพลิเคชันทั่วไปเท่านั้น แต่ไม่ได้ออกแบบมาสำหรับโปรแกรมที่ใช้ทรัพยากรมาก และโดยเฉพาะเกม ตัวอย่างของอุปกรณ์ที่มีโปรเซสเซอร์ Cortex-A5 คือ Highscreen Blast ซึ่งได้รับชิป Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 ที่มี Cortex-A5 สองคอร์ที่โอเวอร์คล็อกที่ 1.2 GHz

โปรเซสเซอร์ Cortex-A7 มีประสิทธิภาพมากกว่าชิป Cortex-A5 และยังพบได้ทั่วไปอีกด้วย ชิปดังกล่าวผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการผลิต 28 นาโนเมตร และมีแคชระดับที่สองขนาดใหญ่สูงสุด 4 เมกะไบต์ แกน Cortex-A7 ส่วนใหญ่พบในสมาร์ทโฟนราคาประหยัดและอุปกรณ์ระดับกลางราคาประหยัดเช่น iconBIT Mercury Quad และยังเป็นข้อยกเว้นใน Samsung Galaxy S IV GT-i9500 ที่มีโปรเซสเซอร์ Exynos 5 Octa - ชิปเซ็ตนี้ใช้ เทคโนโลยีประหยัดพลังงานเมื่อทำงานที่ไม่ต้องการมาก โปรเซสเซอร์ Quad-Core Cortex-A7

แกน Cortex-A8 นั้นไม่แพร่หลายเท่ากับ Cortex-A7 และ Cortex-A9 ซึ่งเป็นเพื่อนบ้าน แต่ยังคงใช้ในอุปกรณ์ระดับเริ่มต้นต่างๆ ความเร็วสัญญาณนาฬิกาในการทำงานของชิป Cortex-A8 อาจมีตั้งแต่ 600 MHz ถึง 1 GHz แต่บางครั้งผู้ผลิตจะโอเวอร์คล็อกโปรเซสเซอร์ให้มีความถี่สูงกว่า คุณลักษณะของคอร์ Cortex-A8 คือการขาดการรองรับการกำหนดค่าแบบมัลติคอร์ (นั่นคือโปรเซสเซอร์บนคอร์เหล่านี้สามารถเป็นแบบคอร์เดียวเท่านั้น) และดำเนินการโดยใช้เทคโนโลยีกระบวนการ 65 นาโนเมตรซึ่งได้รับการพิจารณาแล้ว ล้าสมัย.

คอร์เท็กซ์-A9

เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา แกน Cortex-A9 ถือเป็นโซลูชันชั้นนำและถูกนำมาใช้ในชิปแบบ single-core แบบดั้งเดิมและแบบ dual-core ที่ทรงพลังกว่า เช่น Nvidia Tegra 2 และ Texas Instruments OMAP4 ปัจจุบันโปรเซสเซอร์ Cortex-A9 ที่ใช้เทคโนโลยีการผลิต 40 นาโนเมตรไม่สูญเสียความนิยมและใช้ในสมาร์ทโฟนระดับกลางหลายรุ่น ความถี่ในการทำงานของโปรเซสเซอร์ดังกล่าวอาจมีตั้งแต่ 1 ถึง 2 กิกะเฮิรตซ์ขึ้นไป แต่โดยทั่วไปจะจำกัดไว้ที่ 1.2-1.5 GHz

ในเดือนมิถุนายน 2556 ARM ได้เปิดตัวคอร์ Cortex-A12 อย่างเป็นทางการซึ่งผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการผลิต 28 นาโนเมตรใหม่และได้รับการออกแบบมาเพื่อแทนที่คอร์ Cortex-A9 ในสมาร์ทโฟนระดับกลาง นักพัฒนาสัญญาว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพ 40% เมื่อเทียบกับ Cortex-A9 และนอกจากนี้คอร์ Cortex-A12 จะสามารถมีส่วนร่วมในสถาปัตยกรรม ARM ขนาดใหญ่ LITTLE ซึ่งเป็นสถาปัตยกรรมที่มีประสิทธิผลพร้อมกับ Cortex-A7 ที่ประหยัดพลังงานซึ่งจะช่วยให้ ผู้ผลิตเพื่อสร้างชิปแปดคอร์ราคาไม่แพง จริงอยู่ในขณะที่เขียนทั้งหมดนี้เป็นเพียงแผนเท่านั้นและยังไม่ได้สร้างการผลิตจำนวนมากของชิป Cortex-A12 แม้ว่า RockChip ได้ประกาศความตั้งใจที่จะเปิดตัวโปรเซสเซอร์ Quad-Core Cortex-A12 ที่มีความถี่ 1.8 กิกะเฮิร์ตซ์

ในปี 2013 แกน Cortex-A15 และอนุพันธ์ของแกนเป็นโซลูชันชั้นนำและใช้ในชิปสื่อสารระดับเรือธงจากผู้ผลิตหลายราย ในบรรดาโปรเซสเซอร์ใหม่ที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยีการผลิต 28 นาโนเมตรและใช้ Cortex-A15 ได้แก่ Samsung Exynos 5 Octa และ Nvidia Tegra 4 และคอร์นี้มักจะทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มสำหรับการดัดแปลงจากผู้ผลิตรายอื่น ตัวอย่างเช่น โปรเซสเซอร์ A6X ล่าสุดของ Apple ใช้คอร์ Swift ซึ่งเป็นการดัดแปลงจาก Cortex-A15 ชิปที่ใช้ Cortex-A15 นั้นสามารถทำงานได้ที่ความถี่ 1.5-2.5 GHz และรองรับมาตรฐานบุคคลที่สามมากมายและความสามารถในการระบุหน่วยความจำกายภาพสูงสุด 1 TB ทำให้สามารถใช้โปรเซสเซอร์ดังกล่าวในคอมพิวเตอร์ได้ (อย่างไร ไม่มีใครจำมินิคอมพิวเตอร์ขนาดเท่าการ์ด Raspberry Pi ของธนาคารได้)

ซีรีส์ Cortex-A50

ในช่วงครึ่งแรกของปี 2013 ARM ได้เปิดตัวชิปรุ่นใหม่ที่เรียกว่าซีรีส์ Cortex-A50 แกนของเส้นนี้จะผลิตตาม เวอร์ชั่นใหม่สถาปัตยกรรม ARMv8 และรองรับชุดคำสั่งใหม่และจะกลายเป็น 64 บิตด้วย การเปลี่ยนไปใช้ความลึกบิตใหม่จะต้องมีการเพิ่มประสิทธิภาพระบบปฏิบัติการและแอปพลิเคชันบนมือถือ แต่แน่นอนว่าการรองรับแอปพลิเคชัน 32 บิตนับหมื่นจะยังคงอยู่ Apple เป็นคนแรกที่เปลี่ยนไปใช้สถาปัตยกรรม 64 บิต อุปกรณ์ใหม่ล่าสุดบริษัทต่างๆ เช่น iPhone 5S ทำงานบนโปรเซสเซอร์ ARM นั่นคือ Apple A7 โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันไม่ได้ใช้ Cortex cores แต่จะถูกแทนที่ด้วยคอร์ของผู้ผลิตเองที่เรียกว่า Swift สาเหตุที่ชัดเจนประการหนึ่งที่ทำให้จำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้โปรเซสเซอร์ 64 บิตคือการรองรับ RAM มากกว่า 4 GB และนอกจากนี้ความสามารถในการจัดการตัวเลขที่มากขึ้นเมื่อคำนวณ แน่นอนว่าตอนนี้สิ่งนี้มีความเกี่ยวข้องเป็นอันดับแรกสำหรับเซิร์ฟเวอร์และพีซี แต่เราจะไม่แปลกใจเลยหากในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตที่มี RAM จำนวนมากเช่นนี้จะปรากฏในตลาด จนถึงปัจจุบัน ยังไม่มีใครรู้เกี่ยวกับแผนการผลิตชิปบนสถาปัตยกรรมใหม่และสมาร์ทโฟนที่ใช้ชิปเหล่านี้ แต่มีแนวโน้มว่าเรือธงจะได้รับโปรเซสเซอร์เหล่านี้อย่างแน่นอนในปี 2014 ตามที่ Samsung ได้ประกาศไปแล้ว

ซีรีส์นี้เปิดตัวด้วยคอร์ Cortex-A53 ซึ่งจะเป็น "ผู้สืบทอด" โดยตรงของ Cortex-A9 โปรเซสเซอร์ที่ใช้ Cortex-A53 นั้นเหนือกว่าชิปที่ใช้ Cortex-A9 อย่างเห็นได้ชัดในด้านประสิทธิภาพ แต่ในขณะเดียวกันก็รักษาการใช้พลังงานต่ำไว้ โปรเซสเซอร์ดังกล่าวสามารถใช้แยกกันหรือในการกำหนดค่า ARM big.LITTLE โดยรวมอยู่ในชิปเซ็ตเดียวกันกับโปรเซสเซอร์ Cortex-A57

ประสิทธิภาพ Cortex-A53, Cortex-A57

โปรเซสเซอร์ Cortex-A57 ซึ่งจะผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการผลิต 20 นาโนเมตร จะกลายเป็นโปรเซสเซอร์ ARM ที่ทรงพลังที่สุดในอนาคตอันใกล้นี้ คอร์ใหม่นั้นเหนือกว่า Cortex-A15 รุ่นก่อนอย่างมากในพารามิเตอร์ประสิทธิภาพต่างๆ (คุณสามารถดูการเปรียบเทียบด้านบน) และจากข้อมูลของ ARM ซึ่งกำหนดเป้าหมายไปที่ตลาดพีซีอย่างจริงจัง มันจะเป็นโซลูชันที่ทำกำไรสำหรับคอมพิวเตอร์ทั่วไป (รวมถึงแล็ปท็อป) ไม่ใช่เฉพาะอุปกรณ์เคลื่อนที่เท่านั้น

แขนใหญ่เล็ก

ในฐานะที่เป็นโซลูชันไฮเทคสำหรับปัญหาการใช้พลังงานของโปรเซสเซอร์สมัยใหม่ ARM นำเสนอเทคโนโลยี big.LITTLE ซึ่งสาระสำคัญคือการรวมคอร์ประเภทต่างๆ ไว้บนชิปตัวเดียว ซึ่งโดยปกติแล้วจะมีจำนวนการประหยัดพลังงานและประสิทธิภาพสูงเท่ากัน คน

มีสามรูปแบบสำหรับการใช้งานคอร์ประเภทต่างๆ บนชิปตัวเดียว: big.LITTLE (การย้ายระหว่างคลัสเตอร์), big.LITTLE IKS (การย้ายระหว่างคอร์) และ big.LITTLE MP (การประมวลผลหลายตัวที่ต่างกัน)

big.LITTLE (การโยกย้ายระหว่างคลัสเตอร์)

ชิปเซ็ตตัวแรกที่ใช้สถาปัตยกรรม ARM big.LITTLE คือโปรเซสเซอร์ Samsung Exynos 5 Octa ใช้โครงร่าง "4+4" ขนาดใหญ่ LITTLE ดั้งเดิม ซึ่งหมายถึงการรวมเป็นสองคลัสเตอร์ (จึงเป็นที่มาของโครงร่าง) บนชิปตัวเดียว Cortex-A15 ประสิทธิภาพสูงสี่คอร์สำหรับแอปพลิเคชันและเกมที่ใช้ทรัพยากรสูงและประหยัดพลังงานสี่คอร์ ประหยัดคอร์ Cortex-A7 สำหรับงานประจำวันกับโปรแกรมส่วนใหญ่ และเคอร์เนลเพียงประเภทเดียวเท่านั้นที่สามารถทำงานได้ในคราวเดียว การสลับระหว่างกลุ่มคอร์เกิดขึ้นเกือบจะในทันทีและผู้ใช้จะไม่มีใครสังเกตเห็นในโหมดอัตโนมัติเต็มรูปแบบ

big.LITTLE IKS (การโยกย้ายระหว่างคอร์)

การใช้งานสถาปัตยกรรม big.LITTLE ที่ซับซ้อนมากขึ้นคือการรวมกันของคอร์จริงหลายคอร์ (ปกติสองคอร์) ให้เป็นคอร์เสมือนเดียว ซึ่งควบคุมโดยคอร์ ระบบปฏิบัติการซึ่งตัดสินใจว่าจะใช้คอร์ใด - ประหยัดพลังงานหรือผลิตภาพ แน่นอนว่ายังมีคอร์เสมือนหลายคอร์ - ภาพประกอบแสดงตัวอย่างของรูปแบบ IKS โดยที่คอร์เสมือนทั้งสี่คอร์ประกอบด้วยคอร์ Cortex-A7 และ Cortex-A15 หนึ่งคอร์

big.LITTLE MP (การประมวลผลหลายตัวต่างกัน)

รูปแบบ MP ขนาดใหญ่ LITTLE เป็น "ขั้นสูง" ที่สุด โดยแต่ละคอร์มีความเป็นอิสระและสามารถเปิดใช้งานโดยเคอร์เนล OS ได้ตามต้องการ ซึ่งหมายความว่าหากใช้ Cortex-A7 สี่คอร์และ Cortex-A15 จำนวนเท่ากันในชิปเซ็ตที่สร้างบนสถาปัตยกรรม ARM big.LITTLE MP ทั้ง 8 คอร์จะสามารถทำงานพร้อมกันได้ แม้ว่าจะ ประเภทต่างๆ. หนึ่งในโปรเซสเซอร์รุ่นแรก ๆ ประเภทนี้คือชิปแปดคอร์จาก Mediatek - MT6592 ซึ่งสามารถทำงานที่ความถี่สัญญาณนาฬิกา 2 GHz และยังบันทึกและเล่นวิดีโอด้วยความละเอียด UltraHD

อนาคต

ตามข้อมูลที่มีอยู่ในปัจจุบัน ในอนาคตอันใกล้ ARM ร่วมกับบริษัทอื่นๆ วางแผนที่จะเปิดตัวชิป big.LITTLE รุ่นต่อไป ซึ่งจะใช้คอร์ Cortex-A53 และ Cortex-A57 ใหม่ นอกจากนี้ MediaTek ผู้ผลิตจีนกำลังจะผลิตโปรเซสเซอร์ราคาประหยัดที่ใช้ ARM big.LITTLE ซึ่งจะทำงานตามรูปแบบ "2+2" นั่นคือใช้สองกลุ่มจากสองคอร์

ตัวเร่งกราฟิกมาลี

นอกจากโปรเซสเซอร์แล้ว ARM ยังพัฒนาตัวเร่งกราฟิกของตระกูล Mali ด้วย เช่นเดียวกับโปรเซสเซอร์ ตัวเร่งกราฟิกมีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์มากมาย เช่น ระดับของการต่อต้านนามแฝง อินเทอร์เฟซบัส แคช (หน่วยความจำความเร็วสูงพิเศษที่ใช้เพื่อเพิ่มความเร็วในการทำงาน) และจำนวน "คอร์กราฟิก" (แม้ว่าตามที่เราเขียนไว้ ในบทความก่อนหน้านี้ ตัวบ่งชี้นี้ แม้จะมีความคล้ายคลึงกับคำที่ใช้อธิบาย CPU ก็แทบไม่มีผลกระทบต่อประสิทธิภาพเมื่อเปรียบเทียบ GPU สองตัว)

ตัวเร่งความเร็วกราฟิก ARM ตัวแรกคือ Mali 55 ที่ไม่ได้ใช้ในขณะนี้ ซึ่งใช้ในโทรศัพท์สัมผัส LG Renoir (ใช่แล้ว โทรศัพท์มือถือทั่วไป) GPU ไม่ได้ใช้ในเกม - สำหรับการเรนเดอร์อินเทอร์เฟซเท่านั้นและมีคุณสมบัติดั้งเดิมตามมาตรฐานปัจจุบัน แต่มันกลายเป็น "บรรพบุรุษ" ของซีรี่ส์ Mali

ตั้งแต่นั้นมา ความก้าวหน้าก็มีการพัฒนาไปมาก และตอนนี้ API และมาตรฐานเกมที่รองรับก็มีความสำคัญอย่างมาก ตัวอย่างเช่น ขณะนี้มีการรองรับ OpenGL ES 3.0 ในโปรเซสเซอร์ที่ทรงพลังที่สุดเช่น Qualcomm Snapdragon 600 และ 800 เท่านั้น และหากเราพูดถึงผลิตภัณฑ์ ARM มาตรฐานนั้นจะได้รับการสนับสนุนจากตัวเร่งความเร็วเช่น Mali-T604 (เป็นรุ่นแรก ARM GPU สร้างขึ้นจากสถาปัตยกรรมไมโคร Midgard ใหม่), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 และชิปอื่น ๆ ที่มีลักษณะคล้ายกัน ตามกฎแล้ว GPU นี้หรือนั้นมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับเคอร์เนล แต่ถึงกระนั้นก็มีการระบุแยกกันซึ่งหมายความว่าหากคุณภาพของกราฟิกในเกมมีความสำคัญต่อคุณ ก็สมเหตุสมผลที่จะดูชื่อของ คันเร่งในสเปคของสมาร์ทโฟนหรือแท็บเล็ต

ARM ยังมีตัวเร่งกราฟิกสำหรับสมาร์ทโฟนระดับกลางในกลุ่มผลิตภัณฑ์ ซึ่งพบมากที่สุดคือ Mali-400 MP และ Mali-450 MP ซึ่งแตกต่างจากรุ่นพี่ในด้านประสิทธิภาพที่ค่อนข้างต่ำและชุด API และมาตรฐานที่รองรับที่จำกัด อย่างไรก็ตาม GPU เหล่านี้ยังคงใช้ในสมาร์ทโฟนรุ่นใหม่เช่น Zopo ZP998 ซึ่งได้รับตัวเร่งกราฟิก Mali-450 MP4 (การดัดแปลง Mali-450 MP ที่ปรับปรุงแล้ว) นอกเหนือจากโปรเซสเซอร์ MTK6592 แปดคอร์

สันนิษฐานว่าสมาร์ทโฟนที่มีตัวเร่งความเร็วกราฟิก ARM ล่าสุดควรปรากฏในช่วงปลายปี 2014: Mali-T720, Mali-T760 และ Mali-T760 MP ซึ่งเปิดตัวในเดือนตุลาคม 2013 Mali-T720 ได้รับการกำหนดให้เป็น GPU ใหม่สำหรับสมาร์ทโฟนราคาประหยัดและเป็น GPU ตัวแรกในกลุ่มนี้ที่รองรับ Open GL ES 3.0 ในทางกลับกัน Mali-T760 จะกลายเป็นหนึ่งในตัวเร่งความเร็วกราฟิกบนมือถือที่ทรงพลังที่สุด: ตามคุณสมบัติที่ระบุไว้ GPU มีคอร์ประมวลผล 16 คอร์และมีพลังการประมวลผลมหาศาลอย่างแท้จริง 326 Gflops แต่ในเวลาเดียวกันสี่ครั้ง กินไฟน้อยกว่า Mali-T604 ที่กล่าวมาข้างต้น

บทบาทของ CPU และ GPU จาก ARM ในตลาด

แม้ว่าที่จริงแล้ว ARM จะเป็นผู้เขียนและพัฒนาสถาปัตยกรรมที่มีชื่อเดียวกันซึ่งเราขอย้ำอีกครั้งว่าตอนนี้ใช้ในโปรเซสเซอร์มือถือส่วนใหญ่ แต่โซลูชันในรูปแบบของคอร์และตัวเร่งกราฟิกไม่ได้รับความนิยมในสมาร์ทโฟนรายใหญ่ ผู้ผลิต ตัวอย่างเช่นเชื่ออย่างถูกต้องว่าผู้สื่อสารหลักบน Android OS ควรมีโปรเซสเซอร์ Snapdragon พร้อม Krait cores และตัวเร่งกราฟิก Adreno จาก Qualcomm ชิปเซ็ตจาก บริษัท เดียวกันนั้นใช้ในสมาร์ทโฟนบน Windows Phone และผู้ผลิตอุปกรณ์บางรายเช่น Apple พัฒนาคอร์ของตัวเอง เหตุใดจึงมีสถานการณ์เช่นนี้อยู่ในปัจจุบัน?

บางทีสาเหตุบางประการอาจอยู่ลึกกว่านั้น แต่หนึ่งในนั้นคือการขาดตำแหน่งที่ชัดเจนของ CPU และ GPU จาก ARM ในกลุ่มผลิตภัณฑ์ของบริษัทอื่น ซึ่งเป็นผลมาจากการพัฒนาของบริษัทถูกมองว่าเป็นส่วนประกอบพื้นฐานสำหรับใช้ใน B -อุปกรณ์แบรนด์ สมาร์ทโฟนราคาไม่แพง และการสร้างสรรค์โซลูชันที่ครบถ้วนมากขึ้น ตัวอย่างเช่น Qualcomm กล่าวซ้ำในเกือบทุกการนำเสนอว่าเป้าหมายหลักประการหนึ่งในการสร้างโปรเซสเซอร์ใหม่คือการลดการใช้พลังงาน และแกน Krait ของมันซึ่งมีการแก้ไขแกน Cortex จะแสดงผลลัพธ์ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ข้อความที่คล้ายกันนี้เป็นจริงสำหรับชิปเซ็ต Nvidia ซึ่งเน้นไปที่เกม แต่สำหรับโปรเซสเซอร์ Exynos จาก Samsung และ A-series จาก Apple พวกเขามีตลาดของตัวเองเนื่องจากการติดตั้งในสมาร์ทโฟนของบริษัทเดียวกัน

สิ่งที่กล่าวมาข้างต้นไม่ได้หมายความว่าการพัฒนาของ ARM นั้นแย่กว่าโปรเซสเซอร์และคอร์จากบริษัทบุคคลที่สามอย่างมาก แต่ในที่สุดการแข่งขันในตลาดจะส่งผลดีต่อผู้ซื้อสมาร์ทโฟนเท่านั้น เราสามารถพูดได้ว่า ARM เสนอช่องว่างบางส่วนโดยการซื้อใบอนุญาตซึ่งผู้ผลิตสามารถแก้ไขได้อย่างอิสระ

บทสรุป

ไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้สถาปัตยกรรม ARM ประสบความสำเร็จในการพิชิตตลาดอุปกรณ์พกพา เนื่องจากใช้พลังงานต่ำและพลังการประมวลผลค่อนข้างสูง ก่อนหน้านี้สถาปัตยกรรม RISC อื่น ๆ ที่แข่งขันกับ ARM เช่น MIPS แต่ตอนนี้เหลือคู่แข่งที่สำคัญเพียงรายเดียวเท่านั้น - Intel ที่มีสถาปัตยกรรม x86 ซึ่งถึงแม้จะต่อสู้อย่างแข็งขันเพื่อส่วนแบ่งการตลาด แต่ก็ยังไม่ได้รับการรับรู้ โดยผู้บริโภคหรือผู้ผลิตส่วนใหญ่อย่างจริงจังโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อไม่มีการติดธงเสมือนจริง (Lenovo K900 ไม่สามารถแข่งขันกับสมาร์ทโฟนระดับบนสุดล่าสุดบนโปรเซสเซอร์ ARM ได้อีกต่อไป)

คุณคิดอย่างไร จะมีใครมาแทนที่ ARM ได้หรือไม่ และอนาคตของบริษัทนี้และสถาปัตยกรรมของบริษัทจะเป็นอย่างไร

โลกคอมพิวเตอร์มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เดสก์ท็อปพีซีสูญเสียอันดับหนึ่งในการจัดอันดับยอดขายแล็ปท็อป และกำลังจะเพิ่มตลาดให้กับแท็บเล็ตและอุปกรณ์มือถืออื่นๆ 10 ปีที่แล้วเราให้ความสำคัญกับเมกะเฮิรตซ์บริสุทธิ์ พลังที่แท้จริง และประสิทธิภาพ ตอนนี้เพื่อที่จะพิชิตตลาด โปรเซสเซอร์ต้องไม่เพียงแต่รวดเร็วเท่านั้น แต่ยังประหยัดอีกด้วย หลายคนเชื่อว่า ARM คือสถาปัตยกรรมแห่งศตวรรษที่ 21 เป็นอย่างนั้นเหรอ?

ใหม่-เก่าจนลืมไปแล้ว

นักข่าวที่ติดตามคน ARM PR มักจะนำเสนอสถาปัตยกรรมนี้ว่าเป็นสิ่งใหม่ที่ควรฝัง x86 ที่มีผมหงอก

ในความเป็นจริง ARM และ x86 ซึ่งใช้โปรเซสเซอร์ Intel, AMD และ VIA ที่ติดตั้งในแล็ปท็อปและเดสก์ท็อปพีซีนั้นมีอายุเกือบจะเท่ากัน ชิป x86 ตัวแรกเปิดตัวในปี 1978 โครงการ ARM เริ่มต้นอย่างเป็นทางการในปี 1983 แต่มีพื้นฐานมาจากการพัฒนาที่ดำเนินการเกือบจะพร้อมกันกับการสร้าง x86

ARM รุ่นแรกสร้างความประทับใจให้ผู้เชี่ยวชาญด้วยความสง่างาม แต่ด้วยประสิทธิภาพที่ค่อนข้างต่ำ พวกเขาไม่สามารถเอาชนะตลาดที่ต้องการความเร็วสูงและไม่ใส่ใจกับประสิทธิภาพได้ ต้องมีเงื่อนไขบางประการเพื่อให้ความนิยมของ ARM พุ่งสูงขึ้น

ในช่วงเปลี่ยนทศวรรษที่แปดสิบและเก้าสิบด้วยน้ำมันที่มีราคาไม่แพงนัก SUV ขนาดใหญ่ที่มีเครื่องยนต์ 6 ลิตรอันทรงพลังจึงเป็นที่ต้องการ น้อยคนนักที่จะสนใจรถยนต์ไฟฟ้า แต่ในยุคของเรา เมื่อน้ำมันหนึ่งถังมีราคาสูงกว่า 100 ดอลลาร์ เฉพาะคนรวยเท่านั้นที่ต้องการรถยนต์ขนาดใหญ่ที่มีเครื่องยนต์ที่กินกำลังมาก ที่เหลือกำลังรีบเปลี่ยนไปใช้รถยนต์ราคาประหยัด สิ่งที่คล้ายกันเกิดขึ้นกับ ARM เมื่อมีคำถามเรื่องความคล่องตัวและประสิทธิภาพ สถาปัตยกรรมกลายเป็นที่ต้องการอย่างมาก

โปรเซสเซอร์ "ความเสี่ยง"

ARM เป็นสถาปัตยกรรม RISC ใช้ชุดคำสั่งแบบลดขนาด - RISC (คอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งแบบลดขนาด) สถาปัตยกรรมประเภทนี้ปรากฏในช่วงปลายทศวรรษที่เจ็ดสิบ ในช่วงเวลาเดียวกับที่ Intel นำเสนอ x86

ขณะทดลองกับคอมไพเลอร์และโปรเซสเซอร์ไมโครโค้ดต่างๆ วิศวกรสังเกตเห็นว่าในบางกรณี ลำดับของคำสั่งง่ายๆ จะดำเนินการได้เร็วกว่าการดำเนินการที่ซับซ้อนเพียงครั้งเดียว มีการตัดสินใจที่จะสร้างสถาปัตยกรรมที่เกี่ยวข้องกับการทำงานด้วยชุดคำสั่งง่ายๆ ที่จำกัด การถอดรหัสและการดำเนินการจะใช้เวลาขั้นต่ำ

หนึ่งในโครงการประมวลผล RISC แรกๆ ดำเนินการโดยกลุ่มนักศึกษาและอาจารย์ที่ University of Berkeley ในปี 1981 ในเวลานี้ บริษัท Acorn ของอังกฤษต้องเผชิญกับความท้าทายของเวลา บริษัทผลิตคอมพิวเตอร์เพื่อการศึกษาของ BBC Micro โดยใช้โปรเซสเซอร์ 6502 ซึ่งได้รับความนิยมอย่างมากใน Foggy Albion แต่ในไม่ช้าพีซีสำหรับใช้งานในบ้านเหล่านี้ก็เริ่มสูญเสียเครื่องจักรขั้นสูงไป โอ๊กมีความเสี่ยงที่จะสูญเสียตลาด วิศวกรของบริษัทซึ่งคุ้นเคยกับงานของนักเรียนเกี่ยวกับโปรเซสเซอร์ RISC ตัดสินใจว่าการสร้างชิปของตัวเองจะค่อนข้างง่าย ในปี 1983 โครงการ Acorn RISC Machine ได้เปิดตัว ซึ่งต่อมากลายเป็น ARM สามปีต่อมาโปรเซสเซอร์ตัวแรกได้เปิดตัว

อาร์มแรก

เขาเป็นคนเรียบง่ายมาก ชิป ARM ตัวแรกยังขาดคำสั่งการคูณและหารด้วยซ้ำ ซึ่งแสดงด้วยชุดคำสั่งที่ง่ายกว่า คุณสมบัติอีกประการหนึ่งของชิปคือหลักการทำงานกับหน่วยความจำ: การดำเนินการกับข้อมูลทั้งหมดสามารถทำได้ในการลงทะเบียนเท่านั้น ในเวลาเดียวกันโปรเซสเซอร์ทำงานร่วมกับหน้าต่างการลงทะเบียนที่เรียกว่านั่นคือสามารถเข้าถึงได้เพียงส่วนหนึ่งของการลงทะเบียนที่มีอยู่ทั้งหมดซึ่งส่วนใหญ่เป็นสากลและการดำเนินการขึ้นอยู่กับโหมดที่โปรเซสเซอร์ตั้งอยู่ สิ่งนี้ทำให้สามารถละทิ้งแคชใน ARM เวอร์ชันแรกสุดได้

นอกจากนี้ ด้วยการลดความซับซ้อนของชุดคำสั่ง นักพัฒนาสถาปัตยกรรมสามารถทำได้โดยไม่ต้องบล็อกอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ARM แรกขาดไมโครโค้ดโดยสิ้นเชิง เช่นเดียวกับหน่วยจุดลอยตัว (FPU) จำนวนทรานซิสเตอร์ทั้งหมดใน ARM แรกคือ 30,000 ใน x86 ที่คล้ายกันมีหลายครั้งหรือแม้กระทั่งลำดับความสำคัญมากกว่านั้น การประหยัดพลังงานเพิ่มเติมทำได้โดยการดำเนินการคำสั่งตามเงื่อนไข นั่นคือการดำเนินการนี้หรือการดำเนินการนั้นจะดำเนินการหากมีข้อเท็จจริงที่เกี่ยวข้องในการลงทะเบียน ซึ่งจะช่วยให้โปรเซสเซอร์หลีกเลี่ยง "การเคลื่อนไหวที่ไม่จำเป็น" คำแนะนำทั้งหมดจะดำเนินการตามลำดับ เป็นผลให้ ARM สูญเสียประสิทธิภาพ แต่ไม่มากนัก ในขณะที่ใช้พลังงานเพิ่มขึ้นอย่างมาก

หลักการพื้นฐานของสถาปัตยกรรมยังคงเหมือนกับใน ARM แรก: การทำงานกับข้อมูลในรีจิสเตอร์เท่านั้น ชุดคำสั่งที่ลดลง โมดูลเพิ่มเติมขั้นต่ำ ทั้งหมดนี้ทำให้สถาปัตยกรรมมีการใช้พลังงานต่ำและมีประสิทธิภาพค่อนข้างสูง

เพื่อที่จะเพิ่มความมัน ARM ภายใน ปีที่ผ่านมาได้ใช้ชุดคำสั่งเพิ่มเติมหลายชุด นอกจาก ARM แบบคลาสสิกแล้ว ยังมี Thumb, Thumb 2, Jazelle ส่วนหลังได้รับการออกแบบมาเพื่อเร่งความเร็วการประมวลผลโค้ด Java

Cortex - ARM ที่ทันสมัยที่สุด

Cortex – สถาปัตยกรรมสมัยใหม่สำหรับอุปกรณ์เคลื่อนที่ ระบบฝังตัว และไมโครคอนโทรลเลอร์ ดังนั้น CPU จึงถูกกำหนดให้เป็น Cortex-A, แบบฝัง – Cortex-R และไมโครคอนโทรลเลอร์ – Cortex-M ทั้งหมดสร้างขึ้นบนสถาปัตยกรรม ARMv7

สถาปัตยกรรมที่ทันสมัยและทรงพลังที่สุดในกลุ่มผลิตภัณฑ์ ARM คือ Cortex-A15 สันนิษฐานว่าส่วนใหญ่จะผลิตรุ่นสองหรือสี่คอร์บนพื้นฐานของมัน Cortex-A15 ของ ARM รุ่นก่อนหน้าทั้งหมดใกล้เคียงกับ x86 มากที่สุดในแง่ของจำนวนและคุณภาพของบล็อก

Cortex-A15 ใช้แกนประมวลผลที่ติดตั้งหน่วย FPU และชุดคำสั่ง NEON SIMD ที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มความเร็วในการประมวลผลข้อมูลมัลติมีเดีย แกนประมวลผลมีไปป์ไลน์ 13 ขั้นตอน รองรับการดำเนินการคำสั่งแบบอิสระ และการจำลองเสมือนบน ARM

Cortex-A15 รองรับระบบการกำหนดแอดเดรสหน่วยความจำขั้นสูง ARM ยังคงเป็นสถาปัตยกรรม 32 บิต แต่วิศวกรของบริษัทได้เรียนรู้ที่จะแปลง 64 บิตหรือการกำหนดแอดเดรสขั้นสูงอื่นๆ ให้เป็น 32 บิตที่เป็นมิตรกับโปรเซสเซอร์ เทคโนโลยีนี้เรียกว่าส่วนขยายที่อยู่ทางกายภาพแบบยาว ด้วยเหตุนี้ Cortex-A15 จึงสามารถรองรับหน่วยความจำได้สูงสุด 1 TB ตามทฤษฎี

แต่ละคอร์มีแคชระดับแรก นอกจากนี้ยังมีแคช L2 ที่มีความหน่วงต่ำแบบกระจายสูงสุด 4 MB โปรเซสเซอร์มีบัสโคฮีเรนต์ 128 บิต ซึ่งสามารถใช้เพื่อสื่อสารกับยูนิตและอุปกรณ์ต่อพ่วงอื่นๆ

แกนที่รองรับ Cortex-A15 เป็นการพัฒนาของ Cortex-A9 พวกเขามีโครงสร้างที่คล้ายกัน

Cortex-A9 ต่างจาก Cortex-A15 ที่สามารถผลิตได้ทั้งในเวอร์ชันมัลติคอร์และซิงเกิลคอร์ ความถี่สูงสุดคือ 2.0 GHz, Cortex-A15 แนะนำความเป็นไปได้ในการสร้างชิปที่ทำงานที่ความถี่ 2.5 GHz ชิปที่ใช้ชิปดังกล่าวจะผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการทางเทคนิคขนาด 40 นาโนเมตรและบางกว่า Cortex-A9 ผลิตในเทคโนโลยีกระบวนการ 65 และ 40 นาโนเมตร

Cortex-A9 เช่นเดียวกับ Cortex-A15 มีไว้สำหรับใช้ในสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตประสิทธิภาพสูง แต่ไม่เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่จริงจังกว่า เช่น ในเซิร์ฟเวอร์ มีเพียง Cortex-A15 เท่านั้นที่มีการจำลองเสมือนสำหรับฮาร์ดแวร์ การกำหนดแอดเดรสหน่วยความจำขั้นสูง นอกจากนี้ ชุดคำสั่ง NEON Advanced SIMD และ FPU ยังเป็นทางเลือกใน Cortex-A9 ในขณะที่จำเป็นต้องใช้ใน Cortex-A15

Cortex-A8 จะค่อยๆ หายไปจากฉากในอนาคต แต่สำหรับตอนนี้ รุ่น single-core นี้จะพบการใช้งานในสมาร์ทโฟนราคาประหยัด โซลูชันต้นทุนต่ำ ตั้งแต่ 600 MHz ถึง 1 GHz มอบสถาปัตยกรรมที่สมดุล มีหน่วย FPU และรองรับ SIMD NEON เวอร์ชันแรก Cortex-A8 ถือว่ากระบวนการทางเทคโนโลยีเดียว - 65 นาโนเมตร

ARM ของคนรุ่นก่อน

โปรเซสเซอร์ ARM11 ค่อนข้างพบได้ทั่วไปในตลาดมือถือ สร้างขึ้นบนพื้นฐานของสถาปัตยกรรม ARMv6 และการดัดแปลง มันโดดเด่นด้วยไปป์ไลน์ 8-9 ขั้นตอน, รองรับ Jazelle ซึ่งช่วยเพิ่มความเร็วในการประมวลผลโค้ด Java, คำแนะนำสตรีม SIMD, Thumb-2

โปรเซสเซอร์ XScale, ARM10E, ARM9E มีพื้นฐานมาจากสถาปัตยกรรม ARMv5 และการปรับเปลี่ยน ความยาวไปป์ไลน์สูงสุดคือ 6 สเตจ, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP ชิป XSscale มีแคชระดับที่สอง โปรเซสเซอร์ถูกใช้ในสมาร์ทโฟนในช่วงกลางทศวรรษ 2000 ปัจจุบันสามารถพบได้ในโทรศัพท์มือถือราคาไม่แพงบางรุ่น

ARM9TDMI, ARM8, StrongARM - ตัวแทนของ ARMv4 ซึ่งมีไปป์ไลน์ 3-5 สเตจและรองรับ Thumb ตัวอย่างเช่น ARMv4 มีอยู่ใน iPod รุ่นคลาสสิกรุ่นแรกๆ

ARM6 และ ARM7 เป็นของ ARMv3 ในสถาปัตยกรรมนี้ หน่วย FPU ปรากฏขึ้นเป็นครั้งแรก โดยมีการนำการกำหนดแอดเดรสหน่วยความจำแบบ 32 บิตไปใช้ ไม่ใช่แบบ 26 บิต ดังในตัวอย่างแรกของสถาปัตยกรรม ARMv2 และ ARMv1 เป็นชิป 32 บิตในทางเทคนิค แต่ในความเป็นจริงแล้วใช้งานได้เฉพาะกับพื้นที่ที่อยู่ 26 บิตเท่านั้น แคชปรากฏตัวครั้งแรกใน ARMv2

ชื่อของพวกเขาคือพยุหะ

Acorn ไม่ได้ตั้งใจที่จะเป็นผู้เล่นในตลาดโปรเซสเซอร์ในตอนแรก ภารกิจของโครงการ ARM คือการสร้างชิปที่ผลิตขึ้นเองสำหรับการผลิตคอมพิวเตอร์ - เป็นการสร้างพีซีที่ Acorn ถือเป็นธุรกิจหลัก

ARM ได้พัฒนาจากกลุ่มพัฒนามาเป็นบริษัทต้องขอบคุณ Apple ในปี 1990 Apple ร่วมกับ VLSI และ Acorn เริ่มพัฒนาโปรเซสเซอร์ราคาประหยัดสำหรับพ็อกเก็ตคอมพิวเตอร์เครื่องแรก นั่นคือ Newton เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ บริษัท แยกต่างหากได้ถูกสร้างขึ้นซึ่งได้รับชื่อของโครงการภายใน Acorn - ARM

ด้วยการมีส่วนร่วมของ Apple โปรเซสเซอร์ ARM6 จึงถูกสร้างขึ้นซึ่งใกล้เคียงกับชิปสมัยใหม่จากนักพัฒนาชาวอังกฤษมากที่สุด ในเวลาเดียวกัน DEC ก็สามารถจดสิทธิบัตรสถาปัตยกรรม ARM6 และเริ่มผลิตชิปภายใต้แบรนด์ StrongARM สองสามปีต่อมา เทคโนโลยีดังกล่าวถูกถ่ายโอนไปยัง Intel โดยเป็นส่วนหนึ่งของข้อพิพาทด้านสิทธิบัตรอื่น ยักษ์ใหญ่ไมโครโปรเซสเซอร์ได้สร้างอะนาล็อกของตัวเอง นั่นคือโปรเซสเซอร์ XScale ซึ่งใช้ ARM แต่ในช่วงกลางทศวรรษที่ผ่านมา Intel ได้กำจัด "สินทรัพย์ที่ไม่ใช่ธุรกิจหลัก" นี้ออกไป โดยเน้นไปที่ x86 เท่านั้น XScale ย้ายไปอยู่ในมือของ Marvell ซึ่งได้รับการอนุญาต ARM แล้ว

ในตอนแรก ARM ซึ่งเป็นบริษัทใหม่ในโลกไม่สามารถผลิตโปรเซสเซอร์ได้ ฝ่ายบริหารเลือกวิธีหาเงินที่แตกต่างออกไป สถาปัตยกรรม ARM นั้นเรียบง่ายและยืดหยุ่น ในตอนแรกคอร์ไม่มีแคชดังนั้นต่อมาโมดูลเพิ่มเติมรวมถึง FPU คอนโทรลเลอร์จึงไม่ได้รวมเข้ากับโปรเซสเซอร์อย่างใกล้ชิด แต่ติดอยู่กับฐานเหมือนเดิม

ดังนั้น ARM จึงได้จับมือกับนักออกแบบอัจฉริยะที่ช่วยให้บริษัทที่มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีสามารถสร้างโปรเซสเซอร์หรือไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อให้เหมาะกับความต้องการของพวกเขา ซึ่งทำได้โดยใช้สิ่งที่เรียกว่าตัวประมวลผลร่วม ซึ่งสามารถขยายฟังก์ชันการทำงานมาตรฐานได้ สถาปัตยกรรมโดยรวมรองรับตัวประมวลผลร่วมได้สูงสุด 16 ตัว (ตัวเลขตั้งแต่ 0 ถึง 15) แต่หมายเลข 15 สงวนไว้สำหรับตัวประมวลผลร่วมที่ทำหน้าที่จัดการแคชและหน่วยความจำ

อุปกรณ์ต่อพ่วงเชื่อมต่อกับชิป ARM โดยจับคู่รีจิสเตอร์กับพื้นที่หน่วยความจำของโปรเซสเซอร์หรือโปรเซสเซอร์ร่วม ตัวอย่างเช่น ชิปประมวลผลภาพอาจประกอบด้วยคอร์ที่ใช้ ARM7TDMI ที่ค่อนข้างเรียบง่ายและตัวประมวลผลร่วมที่ให้การถอดรหัสสัญญาณ HDTV

ARM เริ่มออกใบอนุญาตสถาปัตยกรรมของตน บริษัทอื่นๆ ได้นำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในซิลิคอนแล้ว เช่น Texas Instruments, Marvell, Qualcomm, Freescale แต่ยังรวมถึงบริษัทที่ไม่ใช่ธุรกิจหลักอย่าง Samsung, Nokia, Nintendo หรือ Canon ด้วย

การไม่มีโรงงานเป็นของตัวเอง รวมถึงค่าธรรมเนียมใบอนุญาตที่น่าประทับใจ ทำให้ ARM มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการพัฒนาสถาปัตยกรรมเวอร์ชันใหม่ บริษัทอบพวกมันเหมือนเค้กร้อนๆ เข้าสู่ตลาดใหม่ๆ นอกเหนือจากสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตแล้ว สถาปัตยกรรมนี้ยังใช้ในโปรเซสเซอร์พิเศษ เช่น ในเครื่องนำทาง GPS กล้องดิจิทัล และกล้องวิดีโอ ตัวควบคุมทางอุตสาหกรรมและชิปอื่นๆ สำหรับระบบฝังตัวถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของมัน

ระบบการออกใบอนุญาต ARM เป็นไฮเปอร์มาร์เก็ตไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่แท้จริง บริษัทให้ใบอนุญาตไม่เพียงแต่สถาปัตยกรรมใหม่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงสถาปัตยกรรมแบบเดิมด้วย อย่างหลังสามารถใช้สร้างไมโครคอนโทรลเลอร์หรือชิปสำหรับอุปกรณ์ราคาประหยัด โดยปกติแล้ว ระดับค่าธรรมเนียมใบอนุญาตจะขึ้นอยู่กับระดับความแปลกใหม่และความซับซ้อนของสถาปัตยกรรมที่ผู้ผลิตสนใจ ตามเนื้อผ้า กระบวนการทางเทคนิคที่ ARM พัฒนาโปรเซสเซอร์นั้นช้ากว่ากระบวนการที่ถือว่าเกี่ยวข้องกับ x86 1-2 ขั้นตอน ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงของสถาปัตยกรรมทำให้ไม่ต้องพึ่งพาการเปลี่ยนไปใช้มาตรฐานเทคโนโลยีใหม่น้อยลง Intel และ AMD มุ่งมั่นที่จะสร้างชิปที่บางลงเพื่อเพิ่มความถี่และจำนวนคอร์ในขณะที่ยังคงขนาดทางกายภาพและการใช้พลังงานไว้ ARM มีความต้องการพลังงานที่ต่ำกว่าโดยธรรมชาติแล้วยังให้ประสิทธิภาพต่อวัตต์ในระดับที่สูงกว่าอีกด้วย

คุณสมบัติของโปรเซสเซอร์ NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell

ด้วยการออกใบอนุญาต ARM ซ้ายและขวา นักพัฒนาได้เสริมความแข็งแกร่งให้กับตำแหน่งสถาปัตยกรรมของตน โดยสูญเสียความสามารถของพันธมิตรของพวกเขา ตัวอย่างคลาสสิกในกรณีนี้คือ NVIDIA Tegra กลุ่มผลิตภัณฑ์ระบบบนชิปนี้ใช้สถาปัตยกรรม ARM แต่ NVIDIA มีการพัฒนาที่จริงจังมากในด้านกราฟิก 3 มิติและลอจิกระบบ

ARM ให้ดุลยพินิจอย่างกว้างขวางแก่ผู้ออกใบอนุญาตในการออกแบบสถาปัตยกรรมใหม่ ด้วยเหตุนี้ วิศวกรของ NVIDIA จึงสามารถรวมเข้ากับ Tegra ได้ จุดแข็ง ARM (การประมวลผล CPU) และผลิตภัณฑ์ของเราเอง - การทำงานกับกราฟิก 3D ฯลฯ ด้วยเหตุนี้ Tegra จึงมีประสิทธิภาพ 3D สูงสุดสำหรับโปรเซสเซอร์ระดับเดียวกัน เร็วกว่า PowerVR ที่ Samsung และ Texas Instruments ใช้ถึง 25-30% และเร็วกว่า Adreno ที่พัฒนาโดย Qualcomm เกือบสองเท่า

ผู้ผลิตโปรเซสเซอร์รายอื่นที่ใช้สถาปัตยกรรม ARM กำลังเสริมความแข็งแกร่งให้กับบล็อกเพิ่มเติมบางอย่างและปรับปรุงชิปเพื่อให้ได้ความถี่และประสิทธิภาพที่สูงขึ้น

ตัวอย่างเช่น Qualcomm ไม่ได้ใช้การออกแบบอ้างอิง ARM วิศวกรของบริษัทปรับปรุงใหม่อย่างจริงจังและเรียกมันว่าราศีพิจิก ซึ่งเป็นพื้นฐานของชิป Snapdragon การออกแบบได้รับการออกแบบใหม่บางส่วนเพื่อรองรับกระบวนการทางเทคนิคที่ซับซ้อนมากกว่ากระบวนการที่ได้รับจาก IP ARM มาตรฐาน เป็นผลให้ Snapdragon ตัวแรกถูกสร้างขึ้นที่ 45 นาโนเมตร ซึ่งให้ความถี่ที่สูงกว่า และโปรเซสเซอร์รุ่นใหม่ที่มีความเร็ว 2.5 GHz ที่ประกาศไว้อาจกลายเป็นโปรเซสเซอร์ที่เร็วที่สุดในบรรดาอะนาล็อกที่ใช้ ARM Cortex-A9 Qualcomm ยังใช้คอร์กราฟิก Adreno ของตัวเองซึ่งสร้างขึ้นบนพื้นฐานของการพัฒนาที่ซื้อจาก AMD ดังนั้น Snapdragon และ Tegra จึงเป็นศัตรูกันในระดับพันธุกรรม

เมื่อสร้าง Hummingbird นั้น Samsung ยังได้ใช้เส้นทางในการเพิ่มประสิทธิภาพสถาปัตยกรรมอีกด้วย ชาวเกาหลีร่วมกับบริษัท Intrinsity ได้เปลี่ยนตรรกะ ซึ่งช่วยลดจำนวนคำสั่งที่จำเป็นในการดำเนินการบางอย่าง ดังนั้นเราจึงสามารถได้รับผลผลิต 5-10% นอกจากนี้ยังเพิ่มแคช L2 แบบไดนามิกและส่วนขยายมัลติมีเดีย ARM NEON ชาวเกาหลีใช้ PowerVR SGX540 เป็นโมดูลกราฟิก

Texas Instruments ในซีรี่ส์ OMAP ใหม่ที่ใช้สถาปัตยกรรม ARM Cortex-A ได้เพิ่มโมดูล IVA พิเศษที่รับผิดชอบในการเร่งการประมวลผลภาพ ช่วยให้คุณประมวลผลข้อมูลที่มาจากเซ็นเซอร์ไปยังกล้องในตัวได้อย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ยังเชื่อมต่อกับ ISP และช่วยในการเร่งความเร็ววิดีโอ OMAP ยังใช้กราฟิก PowerVR

Apple A4 มีแคชขนาดใหญ่ 512 KB ใช้กราฟิก PowerVR และแกน ARM นั้นสร้างขึ้นจากสถาปัตยกรรมที่ออกแบบใหม่โดย Samsung

Apple A5 แบบดูอัลคอร์ซึ่งเปิดตัวใน iPad 2 เมื่อต้นปี 2554 นั้นมีพื้นฐานมาจากสถาปัตยกรรม ARM Cortex-A9 เช่นเดียวกับสถาปัตยกรรมที่ Samsung ปรับให้เหมาะสมก่อนหน้านี้ เมื่อเปรียบเทียบกับ A4 ชิปใหม่มีจำนวนหน่วยความจำแคชระดับที่สองเป็นสองเท่า - เพิ่มขึ้นเป็น 1 MB โปรเซสเซอร์ประกอบด้วยตัวควบคุม RAM แบบดูอัลแชนเนลและมีหน่วยวิดีโอที่ได้รับการปรับปรุง เป็นผลให้มันทำงานได้ดีเป็นสองเท่าของ Apple A4 ในบางงาน

Marvell นำเสนอชิปที่ใช้สถาปัตยกรรม Sheeva ของตัวเอง ซึ่งเมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิดแล้ว จะกลายเป็นลูกผสมของ XScale ซึ่งเมื่อซื้อจาก Intel และ ARM ชิปเหล่านี้มีหน่วยความจำแคชมากกว่าเมื่อเทียบกับอะนาล็อกและติดตั้งโมดูลมัลติมีเดียพิเศษ

ปัจจุบันผู้ได้รับใบอนุญาต ARM ผลิตชิปที่ใช้สถาปัตยกรรม ARM Cortex-A9 เท่านั้น ในเวลาเดียวกันแม้ว่าจะช่วยให้คุณสร้างตัวแปร Quad-Core ได้ แต่ NVIDIA, Apple, Texas Instruments และอื่น ๆ ยังคงจำกัดอยู่เฉพาะรุ่นที่มีหนึ่งหรือสองคอร์เท่านั้น นอกจากนี้ชิปยังทำงานที่ความถี่สูงถึง 1.5 GHz Cortex-A9 ช่วยให้คุณสร้างโปรเซสเซอร์ 2-GHz ได้ แต่ผู้ผลิตไม่ได้พยายามที่จะเพิ่มความถี่อย่างรวดเร็วเพราะตอนนี้ตลาดจะมีโปรเซสเซอร์แบบ dual-core เพียงพอที่ 1.5 GHz

โปรเซสเซอร์ที่ใช้ Cortex-A15 ควรกลายเป็นมัลติคอร์อย่างแท้จริง แต่แม้ว่าจะมีการประกาศก็ตาม แต่ก็อยู่บนกระดาษเท่านั้น คาดว่าจะปรากฏตัวในซิลิคอนในปีหน้า

โปรเซสเซอร์ที่ได้รับใบอนุญาต ARM สมัยใหม่ที่ใช้ Cortex-A9:

x86 เป็นคู่แข่งหลัก

x86 เป็นตัวแทนของสถาปัตยกรรม CISC พวกเขาใช้คำสั่งครบชุด คำสั่งหนึ่งในกรณีนี้ดำเนินการในระดับต่ำหลายครั้ง รหัสโปรแกรมต่างจาก ARM ตรงที่มีขนาดกะทัดรัดกว่า แต่ทำงานได้ไม่เร็วนักและต้องใช้ทรัพยากรมากกว่า นอกจากนี้ตั้งแต่เริ่มแรก x86 ยังติดตั้งบล็อกที่จำเป็นทั้งหมดซึ่งบ่งบอกถึงทั้งความเก่งกาจและความตะกละ พลังงานเพิ่มเติมถูกใช้ไปในการดำเนินการคำสั่งแบบขนานโดยไม่มีเงื่อนไข สิ่งนี้ช่วยให้คุณได้รับความได้เปรียบด้านความเร็ว แต่การดำเนินการบางอย่างก็ไร้ผลเนื่องจากไม่เป็นไปตามเงื่อนไขก่อนหน้านี้

นี่คือ x86 แบบคลาสสิก แต่เริ่มต้นด้วย 80486 Intel โดยพฤตินัยได้สร้างคอร์ RISC ภายในที่ดำเนินการคำสั่ง CISC ซึ่งก่อนหน้านี้ถูกแยกย่อยเป็นคำสั่งที่ง่ายกว่า โปรเซสเซอร์ Intel และ AMD สมัยใหม่มีการออกแบบที่เหมือนกัน

Windows 8 และ ARM

ARM และ x86 ในปัจจุบันมีความแตกต่างกันเมื่อไม่ถึง 30 ปีที่แล้ว แต่ยังคงยึดหลักการที่แตกต่างกัน ซึ่งแยกพวกเขาออกเป็นตลาดโปรเซสเซอร์เฉพาะกลุ่มที่แตกต่างกัน สถาปัตยกรรมอาจไม่มีวันตัดกันหากตัวคอมพิวเตอร์ไม่เปลี่ยนแปลง

ความคล่องตัวและความคุ้มค่ามาเป็นอันดับแรก และให้ความสำคัญกับสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตมากขึ้น Apple ทำเงินได้มากมายจากอุปกรณ์พกพาและโครงสร้างพื้นฐานที่เชื่อมโยงกับอุปกรณ์เหล่านั้น Microsoft ไม่ต้องการถูกทิ้งไว้ข้างหลังและพยายามเข้ามาตั้งหลักในตลาดแท็บเล็ตเป็นปีที่สองแล้ว Google ค่อนข้างประสบความสำเร็จ

เดสก์ท็อปพีซีกลายเป็นเครื่องมือในการทำงานเป็นหลักโดยเฉพาะคอมพิวเตอร์ในครัวเรือนนั้นถูกครอบครองโดยแท็บเล็ตและอุปกรณ์พิเศษ ในเงื่อนไขเหล่านี้ Microsoft จะดำเนินการขั้นตอนที่ไม่เคยมีมาก่อน . ยังไม่ชัดเจนว่าสิ่งนี้จะนำไปสู่อะไร เราจะได้ระบบปฏิบัติการสองเวอร์ชันหรือเวอร์ชันที่จะใช้งานได้กับทั้งสองสถาปัตยกรรม ARM ของ Microsoft จะรองรับการฆ่า x86 หรือไม่

ยังมีข้อมูลเพียงเล็กน้อย Microsoft สาธิต Windows 8 ที่ทำงานบนอุปกรณ์ที่มีโปรเซสเซอร์ ARM ระหว่างงาน CES 2011 Steve Ballmer แสดงให้เห็นว่าบนแพลตฟอร์ม ARM ที่ใช้ Windows คุณสามารถดูวิดีโอ ทำงานกับรูปภาพ ท่องอินเทอร์เน็ต - Internet Explorer ยังทำงานร่วมกับการเร่งด้วยฮาร์ดแวร์ - เชื่อมต่อ USB- อุปกรณ์การพิมพ์เอกสาร สิ่งที่สำคัญที่สุดเกี่ยวกับการสาธิตนี้คือการมี Microsoft Office ที่ทำงานบน ARM โดยไม่ต้องมีเครื่องเสมือนเข้าร่วม ในการนำเสนอ มีการแสดงอุปกรณ์สามชิ้นที่ใช้โปรเซสเซอร์จาก Qualcomm, Texas Instruments และ NVIDIA Windows มีเชลล์มาตรฐาน "เจ็ด" แต่ตัวแทนของ Microsoft ประกาศเคอร์เนลระบบใหม่ที่ออกแบบใหม่

อย่างไรก็ตาม Windows ไม่ได้เป็นเพียงระบบปฏิบัติการที่วิศวกรของ Microsoft สร้างขึ้นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโปรแกรมนับล้านโปรแกรมด้วย ซอฟต์แวร์บางตัวมีความสำคัญสำหรับคนในหลายอาชีพ ตัวอย่างเช่น แพ็คเกจ Adobe CS บริษัทจะสนับสนุนซอฟต์แวร์เวอร์ชัน ARM-Windows หรือไม่ หรือเคอร์เนลใหม่จะอนุญาตให้ Photoshop และแอปพลิเคชันยอดนิยมอื่น ๆ ทำงานบนคอมพิวเตอร์ที่มี NVIDIA Tegra หรือชิปอื่นที่คล้ายคลึงกันโดยไม่ต้องแก้ไขโค้ดเพิ่มเติมหรือไม่

นอกจากนี้คำถามยังเกิดขึ้นกับการ์ดแสดงผล ทุกวันนี้ การ์ดแสดงผลสำหรับแล็ปท็อปถูกสร้างขึ้นโดยการปรับการใช้พลังงานของชิปกราฟิกเดสก์ท็อปให้เหมาะสม - ซึ่งมีสถาปัตยกรรมเหมือนกัน ในเวลาเดียวกันตอนนี้การ์ดแสดงผลเป็นเหมือน "คอมพิวเตอร์ในคอมพิวเตอร์" - มี RAM ที่เร็วเป็นพิเศษและชิปประมวลผลของตัวเองซึ่งเหนือกว่าโปรเซสเซอร์ทั่วไปในงานเฉพาะอย่างมาก ดำเนินไปโดยไม่ได้บอกว่าแอพพลิเคชั่นที่ทำงานกับกราฟิก 3D ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับพวกเขาอย่างเหมาะสมแล้ว ใช่ และโปรแกรมตัดต่อวิดีโอและโปรแกรมแก้ไขกราฟิกต่างๆ (โดยเฉพาะ Photoshop จากเวอร์ชัน CS4) และล่าสุดเบราว์เซอร์ใช้การเร่งด้วยฮาร์ดแวร์โดยใช้ GPU

แน่นอนว่าใน Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS และระบบมือถืออื่น ๆ มีการเพิ่มประสิทธิภาพที่จำเป็นสำหรับเครื่องเร่งความเร็วมือถือต่างๆ (ที่แม่นยำยิ่งขึ้นคือมือถือพิเศษ) ในตลาด อย่างไรก็ตาม ไม่รองรับ Windows แน่นอนว่าไดรเวอร์จะถูกเขียน (และเขียนไปแล้ว - โปรเซสเซอร์ Intel Atom Z500 series มาพร้อมกับชิปเซ็ตที่รวมคอร์กราฟิก "สมาร์ทโฟน" PowerVR SGX 535 "สมาร์ทโฟน" ไว้ด้วย) แต่การปรับให้เหมาะสมของแอปพลิเคชันอาจล่าช้าหากเลย .

เห็นได้ชัดว่า "ARM บนเดสก์ท็อป" ไม่สามารถเข้าใจได้จริงๆ บางทีในระบบพลังงานต่ำที่พวกเขาจะเข้าถึงอินเทอร์เน็ตและชมภาพยนตร์ บนเน็ตท็อปโดยทั่วไป จนถึงขณะนี้ ARM พยายามที่จะมุ่งเป้าไปที่กลุ่มเฉพาะที่ Intel Atom ครอบครองและที่ที่ AMD กำลังติดตามแพลตฟอร์ม Brazos อย่างแข็งขัน และเห็นได้ชัดว่าเธอจะประสบความสำเร็จบางส่วน เว้นแต่บริษัทโปรเซสเซอร์ทั้งสองจะคิดค้นสิ่งที่มีการแข่งขันสูงขึ้นมา

ในบางพื้นที่ Intel Atom และ ARM กำลังแข่งขันกันอยู่แล้ว ใช้เพื่อสร้างที่จัดเก็บข้อมูลบนเครือข่ายและเซิร์ฟเวอร์ที่ใช้พลังงานต่ำซึ่งสามารถให้บริการในสำนักงานขนาดเล็กหรืออพาร์ตเมนต์ได้ นอกจากนี้ยังมีโครงการคลัสเตอร์เชิงพาณิชย์หลายโครงการที่ใช้ชิป Intel ที่คุ้มค่า ลักษณะของโปรเซสเซอร์ใหม่ที่ใช้ ARM Cortex-A9 ช่วยให้สามารถใช้เพื่อสนับสนุนโครงสร้างพื้นฐานได้ ดังนั้นในอีกสองสามปีเราอาจมีเซิร์ฟเวอร์ ARM หรือ ARM-NAS สำหรับธุรกิจขนาดเล็ก เครือข่ายท้องถิ่นการเกิดขึ้นของเว็บเซิร์ฟเวอร์ที่ใช้พลังงานต่ำไม่สามารถตัดออกได้

ซ้อมครั้งแรก

คู่แข่งหลักของ ARM จากฝั่ง x86 คือ Intel Atom และตอนนี้เราสามารถเพิ่ม . การเปรียบเทียบ x86 และ ARM ดำเนินการโดย Van Smith ซึ่งเป็นผู้สร้าง OpenSourceMark, แพ็คเกจทดสอบ miniBench และหนึ่งในผู้เขียนร่วมของ SiSoftware Sandra Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050 เข้าร่วมใน "การแข่งขัน" ความถี่ของชิป x86 ลดลง แต่ยังคงมีข้อได้เปรียบเนื่องจากมีหน่วยความจำขั้นสูงกว่า

ผลลัพธ์ออกมาน่าสนใจมาก ชิป ARM นั้นเร็วพอๆ กับคู่แข่งในด้านการดำเนินการจำนวนเต็มแต่ก็ใช้พลังงานน้อยกว่า ไม่มีอะไรน่าประหลาดใจที่นี่ ในตอนแรกสถาปัตยกรรมค่อนข้างรวดเร็วและประหยัด ในการดำเนินการจุดลอยตัว ARM นั้นด้อยกว่า x86 หน่วย FPU ที่ทรงพลังแบบดั้งเดิมที่พบในชิป Intel และ AMD มีผลกระทบที่นี่ ให้เราจำไว้ว่ามันปรากฏใน ARM เมื่อไม่นานนี้ งานที่ตกเป็นของ FPU ถือเป็นสถานที่สำคัญในชีวิตของผู้ใช้ยุคใหม่ เช่น เกม การเข้ารหัสวิดีโอและเสียง และการดำเนินการสตรีมอื่นๆ แน่นอนว่าการทดสอบที่ดำเนินการโดย Van Smith นั้นไม่เกี่ยวข้องอีกต่อไปในปัจจุบัน ARM ได้เสริมความแข็งแกร่งให้กับจุดอ่อนของสถาปัตยกรรมอย่างมีนัยสำคัญในเวอร์ชันของ Cortex-A9 และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง Cortex-A15 ซึ่งสามารถดำเนินการตามคำสั่งได้โดยไม่มีเงื่อนไข ทำให้เกิดการแก้ปัญหาแบบขนาน

อนาคตสำหรับ ARM

สุดท้ายแล้วสถาปัตยกรรมใดที่คุณควรเลือก ARM หรือ x86? มันจะถูกต้องที่สุดที่จะเดิมพันทั้งสองอย่าง ปัจจุบันเราอยู่ในสภาวะที่ต้องฟอร์แมตตลาดคอมพิวเตอร์ใหม่ ในปี 2008 เน็ตบุ๊กถูกคาดการณ์ว่าจะมีอนาคตที่สดใส แล็ปท็อปขนาดกะทัดรัดราคาถูกควรจะกลายเป็นคอมพิวเตอร์หลักสำหรับผู้ใช้ส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่เกิดวิกฤตโลก แต่แล้วเศรษฐกิจก็เริ่มฟื้นตัวและมี iPad ปรากฏขึ้น ปัจจุบันแท็บเล็ตได้รับการประกาศให้เป็นราชาแห่งตลาด อย่างไรก็ตามแท็บเล็ตนั้นดีในฐานะคอนโซลความบันเทิง แต่ไม่สะดวกในการทำงานเนื่องจากการป้อนข้อมูลแบบสัมผัสเป็นหลัก - การเขียนบทความนี้บน iPad จะยากและใช้เวลานานมาก แท็บเล็ตจะทนทานต่อการทดสอบของกาลเวลาหรือไม่? บางทีในอีกสองสามปีเราอาจจะมีของเล่นใหม่ขึ้นมา

แต่ถึงกระนั้น ในกลุ่มมือถือที่ไม่ต้องการประสิทธิภาพสูง และกิจกรรมผู้ใช้ส่วนใหญ่จำกัดอยู่เพียงความบันเทิงและไม่เกี่ยวข้องกับงาน ARM ก็ดูดีกว่า x86 พวกเขาให้ประสิทธิภาพในระดับที่ยอมรับได้เช่นกัน ครั้งใหญ่ทำงานอัตโนมัติ ความพยายามของ Intel ที่จะทำให้ Atom บรรลุผลยังไม่ประสบความสำเร็จ ARM กำหนดมาตรฐานใหม่สำหรับประสิทธิภาพต่อวัตต์ เป็นไปได้มากว่า ARM จะประสบความสำเร็จในอุปกรณ์พกพาขนาดกะทัดรัด พวกเขายังสามารถเป็นผู้นำในตลาดเน็ตบุ๊กได้ แต่ที่นี่ทุกอย่างไม่ได้ขึ้นอยู่กับนักพัฒนาโปรเซสเซอร์มากนักเช่นเดียวกับใน Microsoft และ Google หากครั้งแรกใช้การรองรับ ARM ปกติใน Windows 8 และอย่างที่สองทำให้ Chrome OS บรรลุผล จนถึงตอนนี้ smartbooks ที่เสนอโดย Qualcomm ยังไม่ได้ออกสู่ตลาด เน็ตบุ๊กที่ใช้ x86 รอดมาได้

จากข้อมูลของ ARM การพัฒนาในทิศทางนี้ควรทำโดยสถาปัตยกรรม Cortex-A15 บริษัท แนะนำโปรเซสเซอร์แบบดูอัลและควอดคอร์ซึ่งมีความถี่ 1.0-2.0 GHz สำหรับระบบความบันเทิงภายในบ้านที่จะรวมเครื่องเล่นสื่อทีวี 3 มิติและเทอร์มินัลอินเทอร์เน็ต ชิป Quad-core ที่มีความถี่ 1.5-2.5 GHz สามารถเป็นพื้นฐานของโฮมเซิร์ฟเวอร์และเว็บได้ สุดท้ายนี้ กรณีการใช้งานที่ทะเยอทะยานที่สุดสำหรับ Cortex-A15 - โครงสร้างพื้นฐาน เครือข่ายไร้สาย. สามารถใช้ชิปที่มีสี่คอร์ขึ้นไปและความถี่ 1.5-2.5 GHz ได้ที่นี่

แต่สำหรับตอนนี้นี่เป็นเพียงแผนเท่านั้น Cortex-A15 เปิดตัวโดย ARM ในเดือนกันยายนปีที่แล้ว บริษัท แสดง Cortex-A9 ในเดือนตุลาคม 2550 สองปีต่อมา บริษัท นำเสนอรุ่น A9 พร้อมความสามารถในการเพิ่มความถี่ของชิปเป็น 2.0 GHz สำหรับการเปรียบเทียบ NVIDIA Tegra 2 ซึ่งเป็นหนึ่งในโซลูชันยอดนิยมที่ใช้ Cortex-A9 เปิดตัวในเดือนมกราคมปีที่แล้วเท่านั้น ผู้ใช้สามารถสัมผัสอุปกรณ์ชิ้นแรกได้หลังจากนั้นอีกหกเดือน

ส่วนพีซีสำหรับทำงานและโซลูชันประสิทธิภาพสูงจะยังคงอยู่ที่ x86 นี่ไม่ได้หมายถึงการตายของสถาปัตยกรรม แต่ในแง่การเงิน Intel และ AMD ควรเตรียมพร้อมสำหรับการสูญเสียรายได้ส่วนหนึ่งที่จะตกเป็นของผู้ผลิตโปรเซสเซอร์ ARM