В наш час існує дві найпопулярніші архітектури процесорів. Це x86, яка була розроблена ще 80-х роках і використовується в персональних комп'ютерах та ARM - більш сучасна, яка дозволяє зробити процесори меншими та економнішими. Вона використовується у більшості мобільних пристроїв або планшетів.
Обидві архітектури мають свої плюси та мінуси, а також сфери застосування, але є й спільні риси. Багато фахівців говорять, що за ARM майбутнє, але в неї залишаються деякі недоліки, яких немає у x86. У нашій сьогоднішній статті ми розглянемо чим архітектура arm відрізняється від x86. Розглянемо принципові відмінності ARM або x86, а також спробуємо визначити, що краще.
Процесор - це основний компонент будь-якого обчислювального пристрою, смартфон або комп'ютер. Від його продуктивності залежить те, наскільки швидко працюватиме пристрій і скільки він зможе працювати від батареї. Якщо говорити просто, то архітектура процесора – це набір інструкцій, які можуть використовуватися при складанні програм та реалізовані на апаратному рівні за допомогою певних поєднань транзисторів процесора. Саме вони дозволяють програмам взаємодіяти з апаратним забезпеченням і визначають, яким чином будуть передаватися дані на згадку і зчитуватися звідти.
На даний момент існують два типи архітектур: CISC (Complex Instruction Set Computing) та RISC (Reduced Instruction Set Computing). Перша передбачає, що у процесорі будуть реалізовані інструкції попри всі випадки життя, друга, RISC - ставить перед розробниками завдання створення процесора з набором мінімально необхідні роботи команд. Інструкції RISC мають менший розмір та простіші.
Архітектура x86
Архітектура процесора x86 була розроблена в 1978 і вперше з'явилася в процесорах компанії Intel і відноситься до типу CISC. Її назва взята від моделі першого процесора з цією архітектурою - Intel 8086. Згодом, через відсутність кращої альтернативи цю архітектуру почали підтримувати й інші виробники процесорів, наприклад, AMD. Наразі вона є стандартом для настільних комп'ютерів, ноутбуків, нетбуків, серверів та інших подібних пристроїв. Але іноді процесори x86 застосовуються в планшетах, це досить звична практика.
Перший процесор Intel 8086 мав розрядність 16 біт, далі в 2000 роках вийшов процесор 32 бітної архітектури, і пізніше з'явилася архітектура 64 біт. Ми докладно розглядали окрему статтю. За цей час архітектура дуже сильно розвинулася, були додані нові набори інструкцій та розширення, які дозволяють дуже сильно збільшити продуктивність роботи процесора.
У x86 є кілька істотних недоліків. По-перше - це складність команд, їх заплутаність, що виникла через довгу історію розвитку. По-друге, такі процесори споживають дуже багато енергії і через це виділяють багато теплоти. Інженери x86 спочатку пішли шляхом отримання максимальної продуктивності, а швидкість вимагає ресурсів. Перед тим, як розглянути відмінності arm x86, поговоримо про архітектуру ARM.
Архітектура ARM
Ця архітектура була представлена трохи пізніше за x86 – у 1985 році. Вона була розроблена відомою в Британії компанією Acorn, тоді ця архітектура називалася Arcon Risk Machine і належала до типу RISC, але потім була випущена її покращена версія Advanted RISC Machine, яка зараз відома як ARM.
При розробці цієї архітектури інженери ставили собі за мету усунути всі недоліки x86 і створити абсолютно нову і максимально ефективну архітектуру. ARM чіпи отримали мінімальне енергоспоживання та низьку цінуАле мали низьку продуктивність роботи в порівнянні з x86, тому спочатку вони не завоювали великої популярності на персональних комп'ютерах.
На відміну від x86, розробники спочатку намагалися отримати мінімальні витрати на ресурси, вони мають менше інструкцій процесора, менше транзисторів, а й відповідно менше всяких додаткових можливостей. Але за останні роки продуктивність процесорів ARM покращувалась. З огляду на це і низьке енергоспоживання вони почали дуже широко застосовуватися в мобільних пристроях, таких як планшети та смартфони.
Відмінності ARM та x86
А тепер, коли ми розглянули історію розвитку цих архітектур та їх принципові відмінності, давайте зробимо докладне порівняння ARM та x86, за різними їхніми характеристиками, щоб визначити, що краще і точніше зрозуміти в чому їхня різниця.
Виробництво
Виробництво x86 vs arm відрізняється. Процесори x86 виробляють лише дві компанії Intel та AMD. Спочатку це була одна компанія, але це зовсім інша історія. Право на випуск таких процесорів є тільки у цих компаній, а це означає, що і напрямок розвитку інфраструктури керуватиме лише вони.
ARM працює зовсім по-іншому. Компанія, що розробляє ARM, не випускає нічого. Вони просто видають дозвіл на розробку процесорів цієї архітектури, а вже виробники можуть робити все, що їм потрібно, наприклад випускати специфічні чіпи з потрібними модулями.
Кількість інструкцій
Це основні відмінності архітектури arm та x86. Процесори x86 розвивалися стрімко, як потужніші і продуктивні. Розробники додали багато інструкцій процесора, причому тут є не просто базовий набір, а досить багато команд, без яких можна було б обійтися. Спочатку це робилося, щоб зменшити обсяг пам'яті займаний програмами на диску. Також було розроблено багато варіантів захисту та віртуалізації, оптимізації та багато іншого. Все це вимагає додаткових транзисторів та енергії.
ARM простіше. Тут набагато менше інструкцій процесора, лише ті, які потрібні операційній системі та реально використовуються. Якщо порівнювати x86, то там використовується лише 30% від усіх можливих інструкцій. Їх простіше вивчити, якщо ви вирішили писати програми вручну, а також для їх реалізації потрібно менше транзисторів.
Споживання енергії
Із попереднього пункту випливає ще один висновок. Чим більше транзисторів на платі, тим більше її площа та споживання енергії, правильне та зворотне.
Процесори x86 споживають набагато більше енергії, ніж ARM. Але споживання енергії також впливає розмір самого транзистора. Наприклад, процесор Intel i7 споживає 47 Ватт, а будь-який процесор ARM для смартфонів – не більше 3 Ватт. Раніше випускалися плати з розміром одного елемента 80 нм, потім Intel досягла зменшення до 22 нм, а цього року вчені отримали можливість створити плату з розміром елемента 1 нанометр. Це дуже зменшить енергоспоживання без втрат продуктивності.
За останні роки споживання енергії процесорами x86 дуже поменшало, наприклад, нові процесори Intel Haswell можуть працювати довше від батареї. Зараз різниця arm vs x86 поступово стирається.
Тепловиділення
Кількість транзисторів впливає ще один параметр - це виділення тепла. Сучасні пристрої не можуть перетворювати всю енергію на ефективну дію, частина її розсіюється у вигляді тепла. ККД плат однаковий, а значить чим менше транзисторів і чим менше їх розмір – тим менше тепла виділятиме процесор. Тут вже не виникає питання ARM або x86 виділятиме менше теплоти.
Продуктивність процесорів
ARM спочатку не були заточені для максимальної продуктивності, це область успіху x86. Почасти цьому причина менша за кількість транзисторів. Але в Останнім часомпродуктивність процесорів ARM зростає, і вони вже можуть повноцінно використовуватися в ноутбуках або на серверах.
Висновки
У цій статті ми розглянули чим відрізняється ARM від x86. Відмінності досить серйозні. Але останнім часом межа між обома архітектурами стирається. ARM процесори стають більш продуктивними та швидкими, а x86 завдяки зменшенню розміру структурного елемента плати починають споживати менше енергії та виділяти менше тепла. Вже можна зустріти ARM процесор на серверах і ноутбуках, а x86 на планшетах і в смартфонах.
А як ви ставитеся до цих x86 та ARM? За якою технологією майбутнє на вашу думку? Напишіть у коментарях! До речі, .
На завершення відео про розвиток арихтектури ARM:
Про ARM-архітектуру чув кожен, хто цікавиться мобільними технологіями. При цьому більшість людей це асоціюється з процесорами планшетів чи смартфонів. Інші ж виправляють їх, уточнюючи, що це не сам камінь, а лише його архітектура. Але практично ніхто з них точно не цікавився, звідки і власне коли виникла ця технологія.
А тим часом дана технологія поширена серед численних сучасних гаджетів, яких з кожним роком стає все більше і більше. До того ж на шляху розвитку компанії, яка зайнялася розробкою ARM-процесорів, є один цікавий випадок, про який не можна згадати, можливо, для когось він стане уроком на майбутнє.
ARM-архітектура для чайників
Під абревіатурою ARM ховається досить успішна британська компанія ARM Limited у галузі IT-технологій. Розшифровується вона як Advanced RISC Machines і є одним із великих світових розробників та ліцензіарів 32-розрядної архітектури RISC-процесорів, якими оснащується більшість портативних пристроїв.
Але, що характерно, сама компанія не займається виробництвом мікропроцесорів, а лише розробляє та ліцензує свою технологію іншим сторонам. Зокрема ARM-архітектура мікроконтролерів закуповується такими виробниками:
- Atmel.
- Cirrus Logic.
- Intel.
- Apple.
- nVidia.
- HiSilicon.
- Marvell.
- Samsung.
- Qualcomm.
- Sony Ericsson
- Texas Instruments.
- Broadcom.
Деякі їх відомі широкої аудиторії споживачів цифрових гаджетів. За словами британської корпорації ARM, загальна чисельність вироблених за їх технологією мікропроцесорів - понад 2,5 мільярда. Існує кілька серій мобільного каміння:
- ARM7 – тактова частота 60-72 МГц, що актуально для мобільних бюджетних телефонів.
- ARM9/ ARM9E - частота вже більша близько 200 МГц. Такими мікропроцесорами оснащуються більш функціональні смартфони та кишенькові комп'ютери (КПК).
Cortex та ARM11 є вже більш сучасними сімействами мікропроцесорів у порівнянні з минулою архітектурою мікроконтролерів ARM, з тактовою частотою до 1 ГГц та розширеними можливостями обробки цифрових сигналів.
Популярні мікропроцесори xScale від компанії Marvell (до середини літа 2007 року проект перебував у розпорядженні Intel) насправді є розширеним варіантом архітектури ARM9, доповненим набором інструкцій Wireless MMX. Це рішеннявід Intel було спрямовано підтримку мультимедійних додатків.
ARM-технологія відноситься до 32-бітної мікропроцесорної архітектури, що містить скорочений набір команд, що називається RISC. За проведеними підрахунками, застосування процесорів ARM - це 82% від усієї кількості вироблених RISC-процесорів, що говорить про досить широку зону охоплення 32-бітових систем.
Багато електронних пристроїв оснащуються ARM-архітектурою процесора, і це не тільки PDA та стільникові телефони, а й портативні ігрові консолі, калькулятори, комп'ютерна периферія, мережеве обладнання та багато іншого.
Невелика подорож назад у минуле
Вирушимо на уявній машині часу на кілька років тому і спробуємо розібратися, з чого все починалося. Можна з упевненістю сказати, що компанія ARM - це, скоріше, монополіст у своїй галузі. І це підтверджується тим, що переважна більшість смартфонів та інших електронних цифрових пристроїв працюють під управлінням мікропроцесорів, створених за цією архітектурою.
У 1980 році було засновано компанію Acorn Computers, яка почала створювати персональні комп'ютери. Тому раніше ARM було представлено як Acorn RISC Machines.
Через рік на суд споживачів була представлена домашня версія ПК BBC Micro з найпершою ARM-архітектурою процесора. Це був успіх, проте чіп не справлявся з графічними завданнями, а інші варіанти в особі процесорів Motorola 68000 та National Semiconductor 32016 також не підходили для цього.
Тоді керівництво компанії задумалося над створенням свого мікропроцесора. Інженерів зацікавила нова процесорна архітектура, вигадана випускниками місцевого університету. У ній використовувався скорочений набір команд, або RISC. І після появи першого комп'ютера, який керувався процесором Acorn Risc Machine, успіх прийшов досить швидко – у 1990 році між британським брендом та Apple було укладено договір. Це започаткувало розробку нового чіпсету, що, у свою чергу, призвело до утворення цілої команди розробників, що називається Advanced RISC Machines, або ARM.
Починаючи з 1998 року, компанія змінила назву ARM Limited. І тепер фахівці не займаються виробництвом та реалізацією ARM-архітектури. Що це дало? На розвитку компанії це аж ніяк не позначилося, хоч основним і єдиним напрямком компанії стала розробка технологій, а також продаж ліцензій стороннім фірмам, щоб вони могли користуватися процесорною архітектурою. При цьому деякі компанії набувають права на готові ядра, інші за придбаною ліцензією оснащують процесори своїми ядрами.
Згідно з деякими даними заробіток компанії на кожному подібному рішенні становить 0,067 $. Але ці відомості усереднені та застарілі. Щорічно кількість ядер у чіпсетах зростає, відповідно і собівартість сучасних процесорів перевершує старі зразки.
Галузь застосування
Саме розвиток мобільних пристроїв і приніс компанії ARM Limited величезну популярність. А коли виробництво смартфонів та інших портативних електронних пристроївнабуло масового характеру, енергоефективним процесорам відразу знайшлося застосування. Ось цікаво, а чи є Linux на arm-архітектурі?
Кульмінаційний період розвитку компанії ARM припадає на 2007 рік, коли було відновлено партнерські відносини з брендом Apple. Після цього на суд споживачів було представлено перший iPhone на базі ARM процесора. Починаючи з цього часу подібна процесорна архітектура стала незмінною складовою практично будь-якого смартфона, який тільки можна знайти на сучасному мобільному ринку.
Можна сказати, що практично кожен сучасний електронний пристрій, який потребує управління процесором, так чи інакше оснащеним чіпами ARM. А той факт, що така процесорна архітектура підтримує багато операційних систем, чи то Linux, Android, iOS, і Windows, є незаперечною перевагою. Серед них є і Windows embedded CE 6.0 Core, архітектура arm теж нею підтримується. Ця платформа розрахована на налагоджені комп'ютери, мобільні телефони та системи, що вбудовуються.
Відмінні риси x86 і ARM
Багато користувачів, які чули про ARM та x86, трохи плутають ці дві архітектури між собою. А тим часом вони мають певні відмінності. Існує два основних типи архітектур:
- CISC (Complex Instruction Set Computing).
- Computing).
До CISC ставляться процесори x86 (Intel чи AMD), до RISC, як можна зрозуміти, сімейство ARM. У архітектури x86 і arm є свої шанувальники. Завдяки старанням фахівців ARM, які наголошували на енергоефективності та використанні простого набору інструкцій, процесори сильно виграли від цього - мобільний ринок почав стрімко розвиватися, а багато смартфонів практично майже дорівнювали можливостям комп'ютерів.
У свою чергу Intel завжди славилася випуском процесорів з високою продуктивністю та пропускною здатністю для настільних ПК, ноутбуків, серверів та навіть суперкомп'ютерів.
Ці дві родини по-своєму завойовували серця користувачів. Але в чому їхня відмінність? Відмінних ознак чи навіть особливостей кілька, розберемо найважливіші їх.
Потужність обробки
Почнемо розбір відмінностей архітектур ARM і x86 із цього параметра. Особливість професорів RISC полягає у використанні якнайменшої кількості інструкцій. Причому вони повинні бути максимально простими, що наділяє їх перевагами не тільки інженерам, але й розробникам програмного забезпечення.
Філософія тут нескладна - якщо інструкція проста, то для потрібної схеми не потрібна занадто велика кількість транзисторів. Як результат, звільняється додатковий простір для чогось або розміри чіпів стають меншими. Тому мікропроцесори ARM стали об'єднувати в собі периферійні пристрої, на зразок графічних процесорів. Показовий приклад - комп'ютер Raspberry Pi, який має мінімальну кількість компонентів.
Проте простота інструкцій коштує дорого. Щоб виконувати ті чи інші завдання, необхідні додаткові інструкції, що зазвичай призводить до зростання споживання пам'яті та часу виконання завдань.
На відміну від arm-архітектури процесора інструкції чіпів CISC, якими є рішення від Intel, можуть виконувати складні завдання з великою гнучкістю. Іншими словами, машини на базі RISC роблять операції між регістрами, і зазвичай потрібно, щоб програма завантажувала змінні в регістр, перед виконанням операції. Процесори CISC здатні виконання операцій кількома способами:
- між регістрами;
- між регістром та місцем пам'яті;
- між осередками пам'яті.
Але це лише частина відмінних рис, перейдемо до аналізу інших ознак.
споживана потужність
Залежно від типу пристрою, споживана потужність може мати різний ступінь значущості. Для тієї системи, яка підключена до постійного джерела живлення (електромережа), обмеження споживання енергії просто немає. Проте мобільні телефони та інші електронні гаджети повною мірою залежить від керування живленням.
Ще одна відмінність архітектури arm і x86 у тому, що у першої енергоспоживання менше ніж 5 Вт, включаючи багато супутніх пакетів: графічні процесори, периферійні пристрої, пам'ять. Така мала потужність обумовлена меншою чисельністю транзисторів разом із відносно низькими швидкостями (якщо провести паралель з процесорами для настільних ПК). У той самий час це знайшло відбиток на продуктивності - до виконання складних операцій потрібно більше часу.
Ядра Intel відрізняються складність структурою і через це споживання енергії у них значно вища. Наприклад, процесор Intel I-7 з високою продуктивністю споживає близько 130 Вт енергії, мобільні версії- 6-30 Вт.
Програмне забезпечення
Проводити порівняння за цим параметром досить важко, оскільки обидва бренди дуже популярні у своїх колах. Пристрої, що ґрунтуються на процесорах arm-архітектури, чудово працюють з мобільними операційними системами (Android та інше).
Машини під управлінням процесорів від Intel здатні працювати з платформами на кшталт Windows та Linux. До того ж обидва сімейства мікропроцесорів дружать із додатками, написаними мовою Java.
Розбираючи відмінності архітектур, можна однозначно сказати одне – процесори ARM головним чином керують енергоспоживанням мобільних пристроїв. Завдання ж настільних рішень найбільше полягає у забезпеченні високої продуктивності.
Нові досягнення
Компанія ARM за рахунок ведення грамотної політики повністю прибрала до рук мобільний ринок. Але надалі вона не збирається зупинятися на досягнутому. Нещодавно була представлена нова розробка ядер: Cortex-A53, і Cortex-A57, в яких було проведено одне важливе оновлення - підтримка 64-бітових обчислень.
Ядро A53 є прямим послідовником ARM Cortex-A8, який хоч і мав не дуже високу продуктивність, але енергоспоживання на мінімальному рівні. Як зазначають фахівці, архітектура енергоспоживання знижено в 4 рази, а за продуктивністю вона не поступатиметься ядру Cortex-A9. І це при тому, що площа ядра A53 на 40% менша, ніж у A9.
Ядро A57 прийде на заміну Cortex-A9 та Cortex-A15. При цьому інженери ARM заявляють про феноменальний приріст продуктивності – втричі вище, ніж у ядра A15. Іншими словами мікропроцесор A57 буде в 6 разів швидше за Cortex-A9, а його енергоефективність буде в 5 разів краще, ніж у A15.
Якщо підсумувати, то серія cortex, а саме досконаліша a53, відрізняється від своїх попередників вищою продуктивністю на тлі не менш високої енергоефективності. Навіть процесори Cortex-A7, що ставляться на більшість смартфонів, не витримують конкуренції!
Але що цінніше це те, що архітектура arm cortex a53 – це та складова, яка дозволить уникнути проблем, пов'язаних із нестачею пам'яті. До того ж і пристрій повільніше розряджатиме батарею. Завдяки новинці ці проблеми тепер залишаться у далекому минулому.
Графічні рішення
Окрім розробки процесорів, компанія ARM працює над втіленням графічних прискорювачів серії Mali. І найперший з них – це Mali 55. Цим прискорювачем оснастили телефон LG Renoir. І так, це звичайнісінький мобільник. Тільки в ньому GPU відповідала не за ігри, а лише малював інтерфейс, адже якщо судити за сучасними мірками, графічний процесор вирізняється примітивними можливостями.
Але прогрес невблаганно летить уперед і тому, щоб йти в ногу з часом, у компанії ARM є і більш досконалі моделі, які є актуальними для смартфонів середньої цінової категорії. Йдеться про поширені GPU Mali-400 MP та Mali-450 MP. Хоч у них і невелика продуктивність та обмежений набір API, це не заважає їм знаходити застосування у сучасних мобільних моделях. Яскравий приклад – телефон Zopo ZP998, у якому восьмиядерний чіп MTK6592 працює у парі з графічним прискорювачем Mali-450 MP4.
Конкурентоспроможність
В даний час компанії ARM поки що ніхто не протистоїть і головним чином це обумовлено тим, що свого часу було ухвалено рішення. Але колись давно ще на початку свого шляху команда розробників працювала над створенням процесорів для ПК і навіть спробувала конкурувати з таким гігантом як Intel. Але навіть після того, як напрямок діяльності було змінено, компанії доводилося тяжко.
А коли всесвітньо відомий комп'ютерний бренд Microsoft уклав договір з Intel, решта виробників просто не мала шансів - операційна система Windows відмовлялася працювати з процесорами ARM. Як не втриматися від використання емуляторів gcam на архітектуру arm?! Щодо компанії Intel, то спостерігаючи хвилю успіху ARM Limited, теж спробувала створити процесор, який би склав гідну конкуренцію. Для цього широкому загалу був наданий чіп Intel Atom. Але це зайняло набагато більший проміжок часу, ніж у ARM Limited. І у виробництво чіп пішов лише у 2011 році, але дорогоцінний час було вже втрачено.
По суті, Intel Atom – це CISC-процесор з архітектурою x86. Фахівцям вдалося досягти нижчого енергоспоживання, ніж в ARM рішеннях. Проте весь софт, який виходить під мобільні платформи, погано адаптований до архітектури x86.
Зрештою, компанія визнала повну повальність прийнятого рішення і надалі відмовилася від виробництва процесорів під мобільні пристрої. Єдиний великий виробник чіпів Intel Atom – це компанія ASUS. У той же час ці процесори не канули в лету, ними в масовому порядку оснащували нетбуки, неттопи та інші портативні пристрої.
Однак існує ймовірність, що ситуація зміниться і улюблена операційна система Windows підтримуватиме мікропроцесори ARM. До того ж кроки в цьому напрямку робляться, може й справді з'являться щось на кшталт емуляторів gcam на ARM-архітектуру для мобільних рішень?! Хто знає, час покаже і все розставить на місця.
В історії розвитку компанії ARM є один цікавий момент (на самому початку статті саме він мав на увазі). Колись в основі ARM Limited знаходилася компанія Apple і, ймовірно, вся технологія ARM належала б саме їй. Однак доля розпорядилася інакше - в 1998 Apple знаходилася в кризовому становищі, і керівництво було змушене продати свою частку. В даний час вона знаходиться нарівні з іншими виробниками і залишається для своїх пристроїв iPhone та iPad закуповувати технології ARM Limited. Хто ж міг знати, як все може обернутися?
Сучасні процесори ARM здатні виконувати складніші операції. А в найближчому майбутньому керівництво компанії націлилося вийти на серверний ринок, у чому вона, безперечно, зацікавлена. До того ж у наш час, коли наближається епоха розвитку інтернет речей (IoT), серед яких і «розумні» побутові прилади, можна прогнозувати ще більшу затребуваність чіпів з ARM-архітектурою.
Отже, у компанії ARM Limited попереду далеко не безпросвітне майбутнє! І навряд чи найближчим часом знайдеться хтось, хто може потіснити такого, поза всяким сумнівом, мобільного гіганта з розробки процесорів для смартфонів та інших подібних електронних пристроїв.
Як висновок
Процесори ARM досить швидко захопили ринок мобільних пристроїв і все завдяки низькому енергоспоживання і нехай не дуже високій, але все ж таки, хорошій продуктивності. В даний час стан справ у компанії ARM можна тільки позаздрити. Багато виробників користуються її технологіями, що ставить Advanced RISC Machines нарівні з такими гігантами в галузі розробок процесорів як Intel та AMD. І це при тому, що компанія не має власного виробництва.
Якийсь час конкурентом мобільного бренду була компанія MIPS з однойменною архітектурою. Але в даний час є поки що єдиний серйозний конкурент в особі корпорації Intel, правда її керівництво не вважає, що arm-архітектура може становити загрозу для її ринкової частки.
Також, на думку фахівців Intel, процесори ARM не здатні забезпечити запуск настільних версій операційних систем. Однак така заява звучить трохи нелогічно, адже власники ультрамобільних ПК не користуються «ваговитим» програмним забезпеченням. Найчастіше потрібен вихід у мережу інтернет, редагування документів, прослуховування медіафайлів (музика, кіно) та інші нескладні завдання. А ARM рішення чудово справляються з такими операціями.
Назву ARM, безумовно, чули всі, хто цікавиться мобільними технологіями. Багато хто розуміє цю абревіатуру як тип процесора для смартфонів та планшетів, інші уточнюють, що це зовсім не процесор, а його архітектура. І точно мало, хто вникав в історію появи ARM. У цій статті ми спробуємо розібратися у всіх цих нюансах і розповімо, навіщо потрібні процесори ARM сучасним гаджетам.
Короткий екскурс в історію
За запитом «ARM» Вікіпедія видає два значення цієї абревіатури: Acorn RISC Machine та Advanced RISC Machines. Почнемо по порядку. У 1980-х роках у Великобританії було засновано компанію Acorn Computers, яка розпочинала свою діяльність створенням персональних комп'ютерів. На той час Acorn ще називали «британською Apple». Вирішальним періодом для компанії став кінець 80-х років, коли її головний інженер скористався рішенням двох випускників місцевого університету, які вигадали. новий видпроцесорної архітектури із скороченим набором команд (RISC). Так з'явився перший комп'ютер з урахуванням процесора Acorn Risc Machine. Успіх не змусив на себе довго чекати. У 1990 році британці уклали договір з Apple і невдовзі розпочали роботу над новою версією чіпсету. У результаті команда розробників сформувала компанію під назвою Advanced RISC Machines за аналогією до процесора. Чіпи з новою архітектурою також стали називатися Advanced Risc Machine або скорочено ARM.З 1998 Advanced Risc Machine стала називатися ARM Limited. На даний момент компанія не займається виробництвом та продажем власних процесорів. Основним та єдиним напрямком діяльності ARM Limited є розробка технологій та продаж ліцензій різним компаніям на використання архітектури ARM. Деякі виробники купують ліцензію на готові ядра, інші – так звану «архітектурну ліцензію» на виробництво процесорів із власними ядрами. Серед таких компаній значаться Apple, Samsung, Qualcomm, nVidia, HiSilicon та інші. За деякими даними, ARM Limited заробляє на кожному такому процесорі $0,067. Ця цифра усереднена і, до того ж, застаріла. З кожним роком ядер у чіпсетах стає дедалі більше, і нові багатоядерні процесори перевершують за собівартістю застарілі зразки.
Технічні особливості чіпів ARM
Існує два типи сучасних процесорних архітектур: CISC(Complex Instruction Set Computing) та RISC(Reduced Instruction Set Computing). До архітектури CISC належить сімейство процесорів x86 (Intel та AMD), до архітектури RISC – сімейство ARM. Основною формальною відмінністю RISC від CISC і, відповідно, x86 від ARM є скорочений набір команд, що використовується в процесорах RISC. Так, наприклад, кожна інструкція в CISC-архітектурі трансформується на кілька RISC-команд. На додаток, RISC-процесори використовують менше транзисторів і, таким чином, споживають менше енергії.Основним пріоритетом ARM-процесорів є ставлення продуктивності споживання енергії. ARM має більше співвідношення продуктивності на ват ніж x86. Ви можете отримати необхідну потужність з 24 ядер x86 або сотень маленьких ядер ARM з низьким енергоспоживанням. Зрозуміло, один навіть найпотужніший процесор на архітектурі ARM ніколи не буде порівняний за потужністю з Intel Core i7. Але той же Intel Core i7 потребує активної системи охолодження і ніколи не поміститься в корпус телефону. Тут ARM поза конкуренцією. З одного боку, це виглядає привабливим варіантом для побудови суперкомп'ютера з використанням мільйона процесорів ARM замість тисячі процесорів x86. З іншого боку, не можна однозначно порівнювати дві архітектури. У чомусь перевага буде за ARM, а в чомусь – за x86.
Проте називати чіпи архітектури ARM процесорами не зовсім коректно. Крім кількох процесорних ядер, вони також включають інші компоненти. Найбільш відповідним буде термін «однокристалічна система» або «система на кристалі» (SoC). Сучасні однокристальні системи для мобільних пристроїв включають контролер оперативної пам'яті, графічний прискорювач, відеодекодер, аудіокодек та модулі бездротового зв'язку. Як було зазначено раніше, окремі компоненти чіпсету може бути розроблені сторонніми виробниками. Найбільш яскравим прикладом цього є графічні ядра, розробкою яких крім ARM Limited (графіка Mali) займаються Qualcomm (Adreno), NVIDIA (GeForce ULP) та Imagination Technologies (PowerVR).
Насправді це виглядає так. Більшість бюджетних мобільних пристроїв на Android постачаються з чіпсетами виробництва компанії MediaTek, яка практично незмінно дотримується інструкцій ARM Limited і комплектує їх ядрами Cortex-A і графікою Mali (рідше PowerVR).
А-бренди для своїх флагманських пристроїв часто використовують чіпсети виробництва Qualcomm. До речі, останні чіпи Qualcomm Snapdragon ( ) оснащені повністю кастомними ядрами Kryo - для центрального процесора і Adreno - для графічного прискорювача.
Що стосується AppleДля iPhone і iPad компанія використовує власні чіпи А-серії з графічним прискорювачем PowerVR, виробництвом яких займаються сторонні компанії. Так, встановлений 64-бітний чотириядерний процесор A10 Fusion і графічний процесор PowerVR GT7600.
Актуальною на момент написання статті вважається архітектура процесорів сімейства ARMv8. У ній вперше став використовуватись 64-бітний набір інструкцій та з'явилася підтримка понад 4 ГБ оперативної пам'яті. Архітектура ARMv8 має зворотну сумісність із 32-бітними програмами. Найбільш ефективним та найпотужнішим процесорним ядром, розробленим ARM Limited, на даний момент є Cortex-A73, та більшість виробників однокристальних систем використовують його без змін.
Cortex-A73 забезпечує на 30% більш високу продуктивність у порівнянні з Cortex-А72 та підтримує повний набір ARMv8-архітектури. Максимальна частота процесорного ядра становить 2,8 ГГц.
Сфера використання ARM
Найбільшу славу ARM принесло розвиток мобільних пристроїв. Напередодні масового виробництва смартфонів та іншої портативної техніки енергоефективні процесори були дуже доречними. Кульмінацією розвитку ARM Limited став 2007 рік, коли британська компанія відновила партнерство з Apple, а згодом купертинівці представили свій перший iPhone із процесором на архітектурі ARM. В подальшому однокристальна система на базі архітектури ARM стала постійним компонентом багатьох смартфонів, представлених на ринку.
Портфоліо компанії ARM Limited не обмежується лише ядрами сімейства Cortex-A. Фактично під маркою Cortex існує три серії процесорних ядер, які позначаються буквами A, R, M. Сімейство ядер Cortex-АЯк ми вже знаємо, є найбільш потужними. Їх переважно використовують у смартфонах, планшетах, ТВ-приставках, супутникових ресиверах, автомобільних системах, робототехніці. Процесорні ядра Cortex-Rоптимізовані для виконання високопродуктивних завдань у режимі реального часу, тому такі чіпи зустрічаються у медичному устаткуванні, автономних системах безпеки, носіях інформації. Основним завданням сімейства Cortex-Mє простота та низька вартість. Технічно це найслабкіші процесорні ядра з найнижчим енергоспоживанням. Процесори на базі таких ядер використовуються практично скрізь, де від пристрою потрібно мінімальна потужність і низька вартість: сенсори, контролери, сигналізації, дисплеї, розумний годинникта інша техніка.
Загалом більшість сучасних пристроїв від маленьких до великих, що потребують центрального процесора, використовують чіпи ARM. Величезним плюсом при цьому є той факт, що архітектура ARM підтримується безліччю операційних систем на платформі Linux (у тому числі Android та Chrome OS), iOS та Windows (Windows Phone).
Конкуренція на ринку та перспективи на майбутнє
Варто визнати, на даний момент ARM не має серйозних конкурентів. І, за великим рахунком, це пов'язано з тим, що компанія ARM Limited у певний час зробила правильний вибір. Адже на самому початку свого шляху компанія випускала процесори для ПК і навіть намагалася конкурувати з Intel. Після того, як ARM Limited змінила напрямок своєї діяльності, їй також було непросто. Тоді програмний монополіст в особі Microsoft, уклавши партнерську угоду з Intel, не залишив жодних шансів іншим виробникам, у тому числі й ARM Limited – Windows просто не працювала на системах з процесорами ARM. Як би це парадоксально не звучало, але зараз ситуація може кардинально змінитися, і вже ОС Windows готова підтримувати процесори на цій архітектурі.
На хвилі успіхів чіпів ARM компанія Intel спробувала створити конкурентоспроможний процесор і вийшла на ринок із чіпом Intel Atom. Для цього їй знадобилося набагато більше часу, ніж ARM Limited. У виробництво чіпсет надійшов у 2011 році, але, як кажуть, потяг уже пішов. Intel Atom є CISC-процесором із архітектурою x86. Інженери компанії досягли нижчого енергоспоживання, ніж у ARM, проте на даний момент різноманітний мобільний софт має погану адаптацію до архітектури x86.
Минулого року Intel відмовилася від кількох ключових рішень у подальшому розвитку мобільних систем. Фактично, компанія для мобільних пристроїв, оскільки вони стали нерентабельними. Єдиним великим виробником, який комплектував свої смартфони чіпсетами Intel Atom, був Asus. Однак масове використання Intel Atom все ж таки отримав у нетбуках, неттопах та інших портативних пристроях.
Положення ARM Limited на ринку є унікальним. На даний момент практично всі виробники користуються її розробками. При цьому компанія не має власних заводів. Це не заважає їй стояти в одному ряду з Intel та AMD. Історія ARM включає ще один цікавий факт. Не виключено, що зараз технологія ARM могла належати компанії Apple, яка стояла в основі формування ARM Limited. За іронією долі 1998 року купертинівці, переживаючи кризові часи, продали свою частку. Тепер Apple змушена поряд з іншими компаніями купувати ліцензію на процесори ARM, що використовуються в iPhone та iPad.
Наразі процесори ARM здатні виконувати серйозні завдання. У найближчій перспективі використання їх у серверах, зокрема такі рішення вже мають дата-центри Facebook і PayPal. В епоху розвитку інтернету речей (IoT) та «розумних» побутових пристроїв чіпи ARM отримали ще більшу популярність. Так що найцікавіше ARM ще попереду.
Переважна більшість сучасних гаджетів використовують процесори на архітектурі ARM, розробкою якої займається однойменна компанія ARM Limited. Що цікаво, компанія сама не виробляє процесори, лише ліцензує свої технології для сторонніх виробників чіпів. Крім цього компанія також розробляє процесорні ядра Cortex і графічні прискорювачі Mali, яких ми обов'язково торкнемося в цьому матеріалі.
ARM Limited
Компанія ARM фактично є монополістом у своїй галузі, і переважна більшість сучасних смартфонів і планшетів на різних мобільних операційних системах використовують процесори саме на архітектурі ARM. Виробники чіпів ліцензують у ARM окремі ядра, набори інструкцій та супутні технології, причому вартість ліцензій значно відрізняється залежно від типу процесорних ядер (це можуть бути як малопотужні бюджетні рішення, так і ультрасучасні чотириядерні і навіть восьмиядерні чіпи) та додаткових компонентів. Річний звіт про прибуток ARM Limited за 2006 рік показав виручку в 161 мільйон доларів за ліцензування близько 2,5 мільярда процесорів (у 2011 році цей показник становив уже 7,9 млрд), що означає приблизно 0,067 доларів за один чіп. Втім, з озвученої вище причини, це дуже усереднений показник через різницю в цінах на різні ліцензії, і з того часу прибуток компанії мав вирости багаторазово.
В даний час ARM-процесори мають дуже широке поширення. Чіпи на цій архітектурі використовуються всюди, аж до серверів, але найчастіше ARM можна зустріти у вбудовуваних та мобільних системах, починаючи з контролерів для жорстких дисків та закінчуючи сучасними смартфонами, планшетами та іншими гаджетами.
Ядра Cortex
ARM розробляє кілька сімейств ядер, що використовуються різних завдань. Наприклад, процесори, засновані на Cortex-Mx і Cortex-Rx (де "х" - цифра або число, що позначає точний номер ядра) використовуються у системах, що вбудовуються, і навіть побутових пристроях, наприклад, роутерах або принтерах.
Детально на них ми зупинятися не будемо, адже нас насамперед цікавить сімейство Cortex-Ax — чіпи з такими ядрами використовуються в найбільш продуктивних пристроях, у тому числі смартфонах, планшетах та ігрових консолях. ARM постійно працює над новими ядрами з лінійки Cortex-Ax, але на момент написання цієї статті у смартфонах використовуються такі:
Чим більша цифра — тим вища продуктивність процесора і, відповідно, дорожчий клас пристроїв, у яких він використовується. Втім, варто відзначити, що це правило дотримується не завжди: наприклад, чіпи на ядрах Cortex-A7 мають більшу продуктивність, ніж Cortex-A8. Тим не менш, якщо процесори на Cortex-A5 вже вважаються чи не застарілими і майже не використовуються в сучасних пристроях, то CPU на Cortex-A15 можна знайти у флагманських комунікаторах та планшетах. Нещодавно ARM офіційно оголосила про створення нових, потужніших і, водночас, енергоефективних ядер Cortex-A53 і Cortex-A57, які будуть об'єднані на одному чіпі із застосуванням технології ARM big.LITTLE і підтримувати набір команд ARMv8 (“версію архітектури”) , але нині вони застосовуються у масових споживчих пристроях. Більшість чіпів з ядрами Cortex можуть бути багатоядерними, і в сучасних топових смартфонах повсюдне поширення набули чотириядерні процесори.
Великі виробники смартфонів і планшетів зазвичай використовують процесори відомих чіпмейкерів на кшталт Qualcomm або власні рішення, які вже встигли стати досить популярними (наприклад, Samsung та її сімейство чіпсетів Exynos), але серед технічних характеристик гаджетів більшості невеликих компанійнайчастіше можна зустріти опис на кшталт “процесор на Cortex-A7 із тактовою частотою 1 ГГц” або “двоядерний Cortex-A7 із частотою 1 ГГц”, який звичайному користувачевінічого не скаже. Щоб розібратися, у чому полягають відмінності таких ядер між собою, зупинимося на основних.
Ядро Cortex-A5 використовується в недорогих процесорах для найбільш бюджетних пристроїв. Такі пристрої призначені тільки для виконання обмеженого кола завдань і запуску простих програм, але зовсім не розраховані на ресурсомісткі програми і, тим більше, ігри. Як приклад гаджета з процесором на Cortex-A5 можна назвати Highscreen Blast, який отримав чіп Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225, що містить два ядра Cortex-A5 із тактовою частотою 1,2 ГГц.
Процесори на Cortex-A7 більш потужні, ніж чіпи Cortex-A5, а крім того, більш поширені. Такі чіпи виконуються за 28-нанометровим техпроцесом і мають великий кеш другого рівня до 4 мегабайт. Ядра Cortex-A7 зустрічаються, переважно, в бюджетних смартфонах і недорогих пристроях середнього сегменту на кшталт iconBIT Mercury Quad, а також, як виняток, Samsung Galaxy S IV GT-i9500 з процесором Exynos 5 Octa - цей чіпсет при виконанні невибагливих завдань використовує енергозбереження. Чотириядерний процесор на Cortex-A7.
Ядро Cortex-A8 не так поширене, як його "сусіди", Cortex-A7 і Cortex-A9, але все ж таки використовується в різних гаджетах початкового рівня. Робоча тактова частота чіпів на Cortex-A8 може становити від 600 МГц до 1 ГГц, але іноді виробники розганяють процесори до більш високих частот. Особливістю ядра Cortex-A8 є відсутність підтримки багатоядерних конфігурацій (тобто процесори на цих ядрах можуть бути тільки одноядерними), а виконуються вони за 65-нанометровим техпроцесом, який вже вважається застарілим.
Сortex-A9
Ще кілька років тому ядра Cortex-A9 вважалися топовим рішенням і використовувалися як у традиційних одноядерних, так і потужніших двоядерних чіпах, наприклад Nvidia Tegra 2 і Texas Instruments OMAP4. В даний час процесори на Cortex-A9, виконані за 40-нанометровим техпроцесом, не втрачають популярність і використовуються в багатьох смартфонах середнього сегменту. Робоча частота таких процесорів може становити від 1 до 2 і більше гігагерц, але вона обмежується 1,2-1,5 ГГц.
У червні 2013 року компанія ARM офіційно представила ядро Cortex-A12, яке виконується за новим 28-нанометровим техпроцесом і покликане замінити ядра Cortex-A9 у смартфонах середнього сегменту. Розробник обіцяє збільшення продуктивності на 40% у порівнянні з Cortex-A9, а крім того, ядра Cortex-A12 зможуть брати участь в архітектурі ARM big.LITTLE як продуктивні разом з енергозберігаючими Cortex-A7, що дозволить виробникам створювати недорогі восьмиядерні чіпи. Правда, на момент написання статті все це тільки в планах, і масове виробництво чипів на Cortex-A12 ще не налагоджено, хоча компанія RockChip вже оголосила про свій намір випустити чотириядерний процесор на Cortex-A12 із частотою 1,8 ГГц.
На 2013 ядро Cortex-A15 і його похідні є топовим рішенням і використовується в чіпах флагманських комунікаторів різних виробників. Серед нових процесорів, виконаних за 28-нм техпроцесом і заснованих на Cortex-A15 - Samsung Exynos 5 Octa та Nvidia Tegra 4, а також це ядро нерідко виступає платформою для модифікацій інших виробників. Наприклад, останній процесор Apple A6X використовує ядра Swift, які є модифікацією Cortex-A15. Чіпи на Cortex-A15 здатні працювати на частоті 1,5-2,5 ГГц, а підтримка безлічі стандартів сторонніх компаній і можливість адресувати до 1 ТБ фізичної пам'яті уможливлює застосування таких процесорів в комп'ютерах (як тут не згадати міні-комп'ютер розміром з банківську карту Raspberry Pi).
Cortex-A50 series
У першій половині 2013 року ARM представила нову лінійку чіпів, яка одержала назву Cortex-A50 series. Ядра цієї лінійки будуть виконані по нової версіїархітектури, ARMv8, та підтримувати нові набори команд, а також стануть 64-бітними. Перехід на нову розрядність вимагатиме оптимізації мобільних операційних систем та додатків, але, зрозуміло, збережеться підтримка десятків тисяч 32-бітових додатків. Першою на 64-бітну архітектуру перейшла компанія Apple. Останні пристроїкомпанії, наприклад, iPhone 5S, працюють саме на такому ARM-процесорі Apple A7. Примітно, що він не використовує ядра Cortex – вони замінені на власні ядра виробника Swift. Одна з очевидних причин необхідності переходу до 64-бітових процесорів — підтримка понад 4 ГБ оперативної пам'яті, а, крім того, можливість оперувати при обчисленні значно більшими числами. Звичайно, поки що це актуально, насамперед, для серверів та ПК, але ми не здивуємося, якщо через кілька років на ринку з'являться смартфони та планшети з таким обсягом ОЗУ. На сьогоднішній день про плани випуску чіпів на новій архітектурі та смартфонів з їх використанням нічого не відомо, але, ймовірно, саме такі процесори і отримають флагмани в 2014 році, про що вже заявила компанія Samsung.
Відкриває серію ядро Cortex-A53, яке буде прямим спадкоємцем Cortex-A9. Процесори на Cortex-A53 помітно перевершують чіпи на Cortex-A9 у продуктивності, але при цьому зберігається низьке енергоспоживання. Такі процесори можуть бути використані як поодинці, так і в конфігурації ARM big.LITTLE, об'єднані на одному чіпсеті з процесором на Cortex-A57
Perfomance Cortex-A53, Cortex-A57
Процесори на Cortex-A57, які будуть виконані за 20-нанометровим техпроцесом, повинні стати найпотужнішими ARM-процесорами в найближчому майбутньому. Нове ядро значно перевершує свого попередника, Cortex-A15 за різними параметрами продуктивності (порівняння ви можете бачити вище), і, за словами ARM, яка серйозно націлена на ринок ПК, стане вигідним рішенням для звичайних комп'ютерів (включаючи лептопи), а не тільки мобільних пристроїв.
ARM big.LITTLE
Як високотехнологічне вирішення проблеми енергоспоживання сучасних процесорів ARM пропонує технологію big.LITTLE, суть якої полягає в об'єднанні на одному чіпі ядер різних типів, як правило, однакової кількості енергозберігаючих та високопродуктивних.
Існує три схеми роботи ядер різного типу на одному чіпі: big.LITTLE (міграція між кластерами), big.LITTLE IKS (міграція між ядрами) та big.LITTLE MP (гетерогенний мультипроцесинг).
big.LITTLE (міграція між кластерами)
Першим чіпсетом на архітектурі ARM big.LITTLE став процесор Samsung Exynos 5 Octa. У ньому використовується оригінальна схема big.LITTLE “4+4”, що означає об'єднання у два кластери (звідси і назва схеми) на одному кристалі чотирьох високопродуктивних ядер Cortex-A15 для ресурсоємних додатків та ігор та чотирьох енергозберігаючих ядер Cortex-A7 для повсякденної роботи з більшістю програм, причому одночасно можуть працювати ядра лише одного типу. Перемикання між групами ядер відбувається практично миттєво і непомітно для користувача повністю автоматичному режимі.
big.LITTLE IKS (міграція між ядрами)
Більш складна реалізація архітектури big.LITTLE - об'єднання кількох реальних ядер (як правило двох) в одне віртуальне, кероване ядром операційної системи, що вирішує, які задіяти ядра — енергоефективні чи продуктивні. Зрозуміло, віртуальних ядер також кілька - на ілюстрації наведено приклад схеми IKS, де в кожному з чотирьох віртуальних ядер знаходяться по одному ядру Cortex-A7 та Cortex-A15.
big.LITTLE MP (гетерогенний мультипроцесинг)
Схема big.LITTLE MP є найбільш "просунутою" - у ній кожне ядро є незалежним і може включатися ядром ОС за потребою. Це означає, що якщо використовуються чотири ядра Cortex-A7 і стільки ж ядер Cortex-A15, у чіпсеті, побудованому на архітектурі ARM big.LITTLE MP, зможуть працювати одночасно всі 8 ядер, навіть незважаючи на те, що вони різних типів. Одним з перших процесорів такого типу став восьмиядерний чіп компанії Mediatek - MT6592, який може працювати на тактовій частоті 2 ГГц, а також записувати та відтворювати відео в роздільній здатності UltraHD.
Майбутнє
За наявною зараз інформацією, найближчим часом ARM спільно з іншими компаніями планує налагодити випуск big.LITTLE чіпів наступного покоління, які будуть використовувати нові ядра Cortex-A53 і Cortex-A57. Крім того, бюджетні процесори на ARM big.LITTLE збирається випускати китайський виробник MediaTek, які працюватимуть за схемою "2+2", тобто використовувати дві групи по два ядра.
Графічні прискорювачі Mali
Крім процесорів, ARM також розробляє графічні прискорювачі сімейства Mali. Подібно до процесорів, графічні прискорювачі характеризуються безліччю параметрів, наприклад, рівнем згладжування, інтерфейсом шини, кешем (надшвидка пам'ять, що використовується для підвищення швидкості роботи) і кількістю "графічних ядер" (хоча, як ми писали в минулій статті, цей показник, незважаючи на схожість терміном, що використовується при описі CPU, практично не впливає продуктивність при порівнянні двох GPU).
Першим графічним прискорювачем ARM став Mali 55, який нині не використовується, який був використаний в сенсорному телефоні LG Renoir (так-так, звичайнісінькому стільниковому телефоні). GPU не використовувався в іграх - тільки для малювання інтерфейсу, і мав примітивні за нинішніми мірками характеристики, але саме він став "родоначальником" серії Mali.
З того часу прогрес ступив далеко вперед, і зараз чимале значення мають підтримувані API та ігрові стандарти. Наприклад, підтримка OpenGL ES 3.0 зараз заявлена тільки в найпотужніших процесорах на кшталт Qualcomm Snapdragon 600 і 800, а якщо говорити про продукцію ARM, то стандарт підтримують такі прискорювачі, як Mali-T604 (саме він став першим графічним процесором ARM, виконаним на новій мікроархітектурі Midgard), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 та деякі інші близькі до них за характеристиками чіпи. Той чи інший GPU, як правило, тісно пов'язаний з ядром, але, тим не менш, вказується окремо, а значить, якщо вам важлива якість графіки в іграх, то має сенс подивитися на назву прискорювача в специфікаціях смартфона або планшета.
Є у ARM в лінійці і графічні прискорювачі для смартфонів середнього сегмента, найбільш поширеними серед яких є Mali-400 MP та Mali-450 MP, які відрізняються від своїх старших братів порівняно невеликою продуктивністю та обмеженим набором API та стандартів, що підтримуються. Незважаючи на це, зазначені GPU продовжують використовуватися в нових смартфонах, наприклад, Zopo ZP998, який отримав графічний прискорювач Mali-450 MP4 (покращену модифікацію Mali-450 MP) на додаток до восьмиядерного процесора MTK6592.
Імовірно, наприкінці 2014 року мають з'явитися смартфони з найновішими графічними прискорювачами ARM: Mali-T720, Mali-T760 та Mali-T760 MP, які були представлені у жовтні 2013 року. Mali-T720 має стати новим GPU для недорогих смартфонів та першим графічним процесором цього сегмента з підтримкою Open GL ES 3.0. Mali-T760, у свою чергу, стане одним з найбільш потужних мобільних графічних прискорювачів: за заявленими характеристиками, GPU має 16 обчислювальних ядер і має воістину величезну обчислювальну потужність, 326 Гфлопс, але, в той же час, у чотири рази меншим енергоспоживанням, ніж згаданий вище Mali-T604.
Роль CPU та GPU від ARM на ринку
Незважаючи на те, що компанія ARM є автором та розробником однойменної архітектури, яка, повторимося, зараз використовується в переважній більшості мобільних процесорів, її рішення у вигляді ядер та графічних прискорювачів не користуються популярністю у великих виробників смартфонів. Наприклад, справедливо вважається, що флагманські комунікатори на Android OS повинні мати процесор Snapdragon з ядрами Krait і графічний прискорювач Adreno від Qualcomm, чіпсети цієї компанії використовуються в смартфонах на Windows Phone, а деякі виробники гаджетів, наприклад, Apple, розробляють власні ядра . Чому ж нині склалася саме така ситуація?
Можливо, частина причин може лежати глибше, але одна з них – відсутність чіткого позиціонування CPU та GPU від ARM серед продуктів інших компаній, внаслідок чого розробки компанії сприймаються як базові компоненти для використання у пристроях B-брендів, недорогих смартфонах та створення на їх основі. зрілих рішень. Наприклад, компанія Qualcomm майже на кожній своїй презентації повторює, що однією з її головних цілей при створенні нових процесорів є зменшення енергоспоживання, а її ядра Krait, будучи доопрацьованими ядрами Cortex, стабільно показують вищі результати продуктивності. Аналогічне твердження справедливе і для чіпсетів Nvidia, які орієнтовані на ігри, а щодо процесорів Exynos від Samsung і A-серії від Apple, то вони мають свій ринок за рахунок установки в смартфони цих же компаній.
Вищесказане зовсім не означає, що розробки ARM значно гірші за процесори та ядер сторонніх компаній, але конкуренція на ринку в кінцевому підсумку йде покупцям смартфонів тільки на користь. Можна сказати, що ARM пропонує деякі заготівлі, купуючи ліцензію на які, виробники можуть вже самостійно їх доопрацювати.
Висновок
Мікропроцесори на архітектурі ARM успішно завоювали ринок мобільних пристроїв завдяки низькому енергоспоживання та порівняно великій обчислювальній потужності. Раніше з ARM конкурували інші RISC-архітектури, наприклад, MIPS, але зараз у неї залишився лише один серйозний конкурент - компанія Intel з архітектурою x86, яка, до речі, хоч і активно бореться за свою частку ринку, поки не сприймається ні споживачами, ні більшістю виробників серйозно, особливо за фактичної відсутності флагманів на ній (Lenovo K900 зараз вже не може конкурувати з останніми топовими смартфонами на ARM-процесорах).
А як ви вважаєте, чи зможе хтось потіснити ARM, і як далі складеться доля цієї компанії та її архітектури?
Комп'ютерний світ швидко змінюється. Настільні ПК поступилися першими рядками в рейтингах продажів ноутбукам, а вони ось-ось можуть віддати ринок планшетам та іншим мобільним пристроям. 10 років тому ми цінували чисті мегагерці, справжню міць та продуктивність. Тепер, щоб завоювати ринок процесор має бути не лише швидким, а й економічним. Багато хто вважає, що архітектурою XXI століття є ARM. Чи так це?
Нове – добре забуте старе
Журналісти слідом за піарниками ARM нерідко подають цю архітектуру як щось зовсім нове, що має поховати вибілену сивиною х86.
Насправді ARM і х86, на базі якої побудовані процесори Intel, AMD і VIA, які встановлюються в ноутбуки та настільні ПК, практично ровесники. Перший чіп х86 побачив світ у 1978 році. Проект ARM офіційно стартував у 1983 році, але при цьому базувався на розробках, які велися практично одночасно зі створенням х86.
Перші ARM вражали своєю витонченістю фахівців, але зі своєю відносною низькою продуктивністю не могли завоювати ринок, який вимагав високих швидкостей і не звертав увагу на ефективність роботи. Мали скластися певні умови, щоб популярність ARM різко пішла вгору.
На рубежі вісімдесятих і дев'яностих з їхньою відносно недорогою нафтою були затребувані величезні позашляховики з потужними 6-літровими двигунами. Мало кого цікавили електромобілі. Але в наш час, коли барель нафти коштує більше $100, великі машини з ненажерливими двигунами потрібні лише багатим, решта поспішає пересісти на економічні автомобілі. Схоже сталося і з ARM. Коли постало питання мобільності та економічності, архітектура виявилася надзатребуваною.
«Ризиковий» процесор
ARM є RISC-архітектурою. У ньому використовується скорочений набір команд – RISC (reduced instruction set computer). Архітектура цього з'явилася наприкінці сімдесятих, приблизно тоді, коли Intel запропонувала свою х86.
Експериментуючи з різними компіляторами і мікропроцесорами з мікрокодною реалізацією, інженери помітили, що в деяких випадках послідовності простих команд виконувалися швидше, ніж одна складна операція. Було вирішено створити архітектуру, яка б передбачала роботу з обмеженим набором найпростіших інструкцій, декодування та виконання яких займало б мінімум часу.
Один із перших проектів RISC-процесорів був реалізований групою студентів та викладачів з Університету Берклі у 1981 році. Саме тоді британська компанія Acorn зіткнулася з викликом часу. Вона випускала дуже популярні на Туманному Альбіоні освітні комп'ютери BBC Micro на базі процесора 6502. Але незабаром ці домашні ПК стали програвати більш досконалим машинам. Acorn ризикувала втратити ринок. Інженери компанії, познайомившись із студентськими роботами з RISC-процесорів, вирішили, що впоратися зі створенням власного чіпа буде досить просто. У 1983 році стартував проект Acorn RISC Machine, який пізніше перетворився на ARM. Через три роки було випущено перший процесор.
Перші ARM
Він був дуже простим. Перші чіпи ARM навіть були позбавлені команд множення та поділу, які представлялися набором простіших інструкцій. Іншою особливістю чіпів стали принципи роботи з пам'яттю: всі операції з даними могли здійснюватися лише у регістрах. При цьому процесор працював з так званим регістровим вікном, тобто міг звертатися лише до частини з усіх доступних регістрів, які були переважно універсальними, а їхня робота залежала від режиму, в якому знаходився процесор. Це дозволило в перших версіях ARM відмовитися від кеша.
Крім того, спрощуючи набори команд, розробники архітектури змогли обійтися без інших блоків. Наприклад, у перших ARM повністю відсутній мікрокод, а також модуль виконання операцій з плаваючою комою - FPU. Загальна кількість транзисторів у першому ARM становила 30 000. У аналогічних х86 їх було в кілька разів, а то й значно більше. Додаткова економія енергії досягається з допомогою умовного виконання команд. Тобто, та чи інша операція буде виконана, якщо в регістрі є відповідний факт. Це допомагає процесору уникнути «зайвих рухів тіла». Усі інструкції виконуються послідовно. В результаті ARM втратив у продуктивності, але не суттєво, при цьому значно виграв енергоспоживання.
Основні принципи побудови архітектури залишаються тими самими, що у перших ARM: робота з даними лише у регістрах, скорочений набір команд, мінімум додаткових модулів. Все це забезпечує архітектурі низьке енергоспоживання за відносно високої продуктивності.
З метою її збільшення ARM протягом останніх роківзапровадила кілька додаткових наборів інструкцій. Поряд із класичною ARM, існують Thumb, Thumb 2, Jazelle. Остання призначена для прискорення виконання Java-коду.
Cortex – найдосконаліші ARM
Cortex – сучасні архітектури для мобільних пристроїв, вбудованих систем та мікроконтролерів. Відповідно CPU позначаються як Cortex-A, вбудовані – Cortex-R та мікроконтролери – Cortex-M. Всі вони збудовані на базі архітектури ARMv7.
Найбільш досконала та потужна архітектура у лінійці ARM – Cortex-A15. Передбачається, що на її базі будуть вироблятися в основному дві або чотириядерні моделі. Cortex-A15 з усіх попередніх ARM найближча до х86 за кількістю та якістю блоків.
В основі Cortex-A15 лежать процесорні ядра, забезпечені блоком FPU та набором SIMD-інструкцій NEON, покликаних прискорити обробку мультимедійних даних. Ядра мають 13-стадійний конвеєр, вони підтримують виконання інструкцій у вільному порядку, віртуалізацію на базі ARM.
Cortex-A15 підтримує систему розширеної адресації пам'яті. ARM залишається 32-бітною архітектурою, але інженери компанії навчилися перетворювати 64-бітну або іншу розширену адресацію на зрозумілу 32-бітну процесору. Технологія дістала назву Long Physical Address Extensions. Завдяки їй, Cortex-A15 теоретично може адресувати до 1 Тбайт пам'яті.
Кожне ядро має кеш першого рівня. Крім того, до 4 Мбайт розподіленого кеша другого рівня з низьким рівнем латентності. Процесор має 128-бітну когерентну шину, яка може бути використана для зв'язку з іншими блоками і периферією.
Ядра, що лежать в основі Cortex-A15, є розвитком Cortex-A9. Вони мають схожу структуру.
Cortex-A9, на відміну від Cortex-A15, може випускатися як багато-, так і одноядерному варіанті. Максимальна частота становить 2.0 ГГц, Cortex-A15 передбачає можливість створення чипів, що працюють на частоті 2.5 ГГц. Чіпи на її базі будуть виготовлятися за техпроцесами 40 нм і більш тонким. Cortex-A9 випускається за техпроцесами 65 і 40 нм.
Cortex-A9, як і Cortex-A15, призначений для використання у високопродуктивних смартфонах та планшетах, але серйозніше застосування, наприклад, у серверах йому не по зубах. Тільки Cortex-A15 має апаратну віртуалізацію, розширену адресацію пам'яті. Крім того, набір SIMD-інструкцій NEON Advanced та блок FPU у Cortex-A9 є опціональними елементами, у той час як у Cortex-A15 вони є обов'язковими.
Cortex-A8 у майбутньому поступово йтиме зі сцени, але поки що цей одноядерний варіант знайде застосування в бюджетних смартфонах. Недороге рішення з частотою від 600 МГц до 1 ГГц є збалансованою архітектурою. Вона має блок FPU, підтримує перший варіант SIMD NEON. Cortex-A8 передбачає єдиний техпроцес – 65 нм.
ARM попередніх поколінь
На мобільному ринку досить поширені процесори ARM11. Вони побудовані на базі архітектури ARMv6 та її модифікацій. Вона характеризується 8-9-стадійними конвеєрами, підтримкою Jazelle, що сприяє прискоренню обробки Java-коду, потокових інструкцій SIMD, Thumb-2.
XScale, процесори ARM10E, ARM9E засновані на архітектурі ARMv5 та її модифікаціях. Максимальна довжина конвеєра складає 6 стадій, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP. Чіпи XScale мають кеш другого рівня. Процесори використовувалися у смартфонах середини нульових, сьогодні їх можна знайти у деяких недорогих мобільних телефонах.
ARM9TDMI, ARM8, StrongARM – представники ARMv4, що має 3-5 стадійний конвеєр, що підтримує Thumb. ARMv4, наприклад, можна було знайти у перших класичних iPod.
ARM6 та ARM7 відносяться до ARMv3. У цій архітектурі вперше з'явився блок FPU, було реалізовано 32-бітову адресацію пам'яті, а не 26-бітову, як у перших зразках архітектури. Формально ARMv2 та ARMv1 були 32-бітними чіпами, але насправді активно працювали лише з 26-бітним адресним простором. Кеш вперше з'явився у ARMv2.
Ім'я їм легіон
Acorn спочатку не збиралася ставати гравцем процесорного ринку. Завданням проекту ARM мало стати створення чіпа власного виробництва для випуску комп'ютерів – саме створення ПК в Acorn вважали своїм основним бізнесом.
З групи розробників ARM перетворилася на компанію завдяки Apple. В 1990 Apple разом з VLSI і Acorn почала розробку економічного процесора для першого кишенькового комп'ютера Newton. Для цих цілей і було створено окрему компанію, яка отримала ім'я внутрішнього проекту Acorn – ARM.
За участю Apple було створено процесор ARM6, найближчий до сучасних чіпів англійського розробника. У той же час компанія DEC змогла запатентувати архітектуру ARM6 та розпочала випуск чіпів під маркою StrongARM. Через кілька років технології перейшли до Intel в рамках чергової патентної суперечки. Мікропроцесорний гігант створив на основі ARM свій аналог процесор XScale. Але в середині попереднього десятиліття Intel позбавилася цього «непрофільного активу», зосередившись виключно на х86. XScale перекочував до рук Marvell, яка вже ліцензувала ARM.
Новоявлена світу ARM спочатку була неспроможна займатися виробництвом процесорам. Її керівництво обрало інший спосіб заробляти гроші. Архітектура ARM відрізнялася простотою та гнучкістю. Ядро спочатку було позбавлено навіть кешу, тому згодом додаткові модулі, включаючи FPU, контролери не тісно інтегрувалися в процесор, а ніби навішувалися на основу.
Відповідно, ARM отримав до рук інтелектуальний конструктор, який дозволяв технологічно розвиненим компаніям створювати процесори чи мікроконтролери під свої потреби. Робиться це з допомогою про процесорів, які можуть розширювати стандартну функціональність. Усього архітектура підтримує до 16 співпроцесорів (номери від 0 до 15), але номер 15 зарезервований під співпроцесор, що виконує функції керування кешем та пам'яттю.
Периферійні пристрої підключаються до чіпа ARM, відображаючи свої регістри у просторі пам'яті процесора або співпроцесора. Наприклад, чіп для обробки зображень може складатися з порівняно простого ядра на базі ARM7TDMI і співпроцесора, що забезпечує декодування HDTV-сигналу.
ARM розпочала ліцензувати свою архітектуру. Втіленням її в кремнії займалися вже інші компанії, серед них Texas Instruments, Marvell, Qualcomm, Freescale, а також зовсім непрофільні на зразок Samsung, Nokia, Nintendo або Canon.
Відсутність власних фабрик, а також значні ліцензійні відрахування дозволили ARM бути гнучкішою у розробці нових версій архітектури. Компанія пекла їх як гарячі пиріжки, виходячи у нові ніші. Крім смартфонів та планшетів, архітектура задіяна у спеціалізованих процесорах, наприклад, у GPS-навігаторах, цифрових фотоапаратах та відеокамерах. На її основі створюються промислові контролери та інші чіпи для систем, що вбудовуються.
Система ліцензування ARM є справжнім гіпермаркетом мікроелектроніки. Компанія ліцензує не лише нові, а й застарілі архітектури. Останні можуть використовуватися для створення мікроконтролерів або чіпів для недорогих пристроїв. Природно, рівень ліцензійних відрахувань залежить від ступеня новизни і складності виробника варіанта архітектури, що цікавить. Традиційно техпроцеси, під які ARM розробляє процесори, відстають на 1-2 кроки від тих, що вважаються актуальними для х86. Висока енергоефективність архітектури робить її менш залежною від переходу нові технорми. Intel та AMD прагнуть робити більш «тонкі» чіпи, щоб нарощувати частоти та кількість ядер при збереженні фізичних розмірів та енергоспоживання. ARM спочатку має менші вимоги до харчування, а також видає більший рівень продуктивності на один ват.
Особливості процесорів NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell
Ліцензуючи ARM праворуч та ліворуч, розробники посилювали позиції своєї архітектури за рахунок компетенцій партнерів. Класичним прикладом у разі можна вважати NVIDIA Tegra. Ця лінійка систем на чипі має в основі архітектуру ARM, але у NVIDIA вже були свої досить серйозні напрацювання в області тривимірної графіки і системної логіки.
ARM надає своїм ліцензіарам широкі повноваження щодо переробки архітектури. Відповідно інженери NVIDIA отримали можливість поєднати в Tegra сильні сторони ARM (обчислення CPU) та власної продукції - робота з тривимірною графікою і т.д. В результаті Tegra володіють найвищою для свого класу процесорів продуктивністю в 3D. Вони на 25-30% швидше за PowerVR, використовувані Samsung і Texas Instruments, а також майже вдвічі перевищують Adreno, розробку Qualcomm.
Інші виробники процесорів на базі архітектури ARM посилюють ті чи інші додаткові блоки, удосконалюють чіпи, щоб досягти більш високих частот та продуктивності.
Наприклад, Qualcomm не використовує референсного дизайну ARM. Інженери компанії серйозно переробили його та назвали Scorpio – саме він лежить в основі чіпів Snapdragon. Частково дизайн був перероблений з метою освоєння тонших техпроцесів, ніж передбачено стандартним IP ARM. В результаті перші Snapdragon випускалися за нормами 45 нм, що забезпечило більш високі частоти. А нове покоління цих процесорів із заявленими 2.5 ГГц може стати найшвидшим серед аналогів на базі ARM Cortex-A9. Також Qualcomm застосовує власне графічне ядро Adreno, створене з урахуванням розробок, придбаних у AMD. Так що до певної міри Snapdragon і Tegra – вороги на генетичному рівні.
Samsung при створенні Hummingbird також пішла шляхом оптимізації архітектури. Корейці спільно з компанією Intrinsity змінили логіку, завдяки чому скоротилася кількість інструкцій, необхідних для виконання деяких операцій. У такий спосіб вдалося виграти 5-10% продуктивності. Крім того, було додано динамічний кеш другого рівня та мультимедійне розширення ARM NEON. Як графічний модуль корейці використовували PowerVR SGX540.
Texas Instruments у нових серіях OMAP на базі архітектури ARM Cortex-A додала спеціальний модуль IVA, відповідальний за прискорення обробки зображень. Він дозволяє швидше обробляти дані, що надходять із сенсора вбудованої камери. Крім того, він підключений до ISP та сприяє прискоренню відео. У OMAP також застосовується графік PowerVR.
Apple A4 має великий кеш в 512 Кбайт, в ньому використовується графіка PowerVR, а саме ARM-ядро побудоване на базі варіанта архітектури, переробленого Samsung.
Двоядерний Apple A5, що дебютував у iPad 2 на початку 2011 року, базується на архітектурі ARM Cortex-A9, так само, як і попереднього разу оптимізованої Samsung. Порівняно з А4 новий чіп має подвоєний обсяг кеш-пам'яті другого рівня - його збільшили до 1 Мбайт. Процесор містить двоканальний контролер оперативної пам'яті, має покращений відеоблок. В результаті його продуктивність у деяких завданнях удвічі вища, ніж у Apple A4.
Marvell пропонує чіпи на базі власної архітектури Sheeva, яка при найближчому розгляді виявляється гібридом XScale, колись купленої у Intel, та ARM. Дані чіпи мають великий у порівнянні з аналогами об'єм кеш-пам'яті, забезпечені спеціальним мультимедійним модулем.
Зараз ліцензіати ARM виробляють лише чіпи на базі архітектури ARM Cortex-A9. При цьому, хоча вона і дозволяє створювати чотириядерні варіанти, NVIDIA, Apple, Texas Instruments та інші поки що обмежуються моделями з одним або двома ядрами. Крім того, чіпи працюють на частоті до 1.5 ГГц. Cortex-A9 дозволяє робити двогігагерцові процесори, але знову ж таки виробники не прагнуть швидко нарощувати частоти - адже поки ринку вистачить і двоядерників на 1.5 ГГц.
По-справжньому багатоядерними повинні стати процесори на базі Cortex-A15, але якщо і анонсовані, то на папері. Їхньої появи в кремнії варто очікувати наступного року.
Сучасні процесори ліцензій ARM на базі Cortex-A9:
x86 – головний суперник
х86 – представник CISC-архітектур. Вони використовують повний набір команд. Одна інструкція в цьому випадку виконує кілька низькорівневих операцій. Програмний код, на відміну від ARM, компактніший, але виконується не так швидко і потребує великих ресурсів. Крім того, з самого початку х86 оснащувалися всіма необхідними блоками, що передбачало як їхню універсальність, так і ненажерливість. Додаткова енергія витрачалася на безумовне, паралельне виконання команд. Це дозволяє досягти переваги у швидкості, але деякі операції при цьому виконуються вхолосту, тому що не задовольняють попередні умови.
Такими були класичні х86, але вже починаючи з 80486, Intel де-факто створила внутрішнє RISC-ядро, яке виконувало CISC-інструкції, попередньо розкладені на простіші команди. Таку саму конструкцію мають сучасні процесори Intel та AMD.
Windows 8 та ARM
ARM і х86 сьогодні різняться менше, ніж 30 років тому, але все ж таки базуються на різних принципах, що і розводить їх по різних нішах процесорного ринку. Архітектури могли б ніколи не перетнутися, якби не став видозмінюватися сам комп'ютер.
На перше місце вийшла мобільність та економічність, більше уваги стало приділятися смартфонам та планшетам. Apple робить величезні гроші на мобільних гаджетах та прив'язаної до них інфраструктурі. Microsoft не бажає відставати і вже другий рік намагається закріпитись на ринку планшетів. Досить успішно діє Google.
Настільний ПК стає насамперед робочим інструментом, нішу побутового комп'ютера займають планшети та спеціалізовані пристрої. У цих умовах Microsoft має намір піти на безпрецедентний крок. . Поки що не зовсім зрозуміло, до чого це призведе. Ми отримаємо дві версії операційної системи, або одну, яка працюватиме з обома архітектурами. Чи поховає підтримка ARM з боку Microsoft x86, чи ні?
Інформації поки що небагато. Microsoft продемонструвала роботу Windows 8 на пристрої з ARM-процесором під час виставки CES 2011. Стів Балмер показав, що на платформі ARM за допомогою Windows можна дивитися відео, працювати із зображеннями, користуватися Інтернетом – Internet Explorer навіть працював з апаратним прискоренням – підключати USB- пристрої, друкувати документи. Найбільш важливою у цій демонстрації була наявність Microsoft Office, що працює на ARM без участі віртуальної машини. На презентації було показано три гаджети на базі процесорів Qualcomm, Texas Instruments та NVIDIA. Windows мала стандартну оболонку "сімки", але представники Microsoft заявив про нове, перероблене ядро системи.
Однак, Windows - це не тільки ОС, зроблена інженерами Microsoft, це ще й мільйони програм. Деяке ПЗ є критичним для багатьох професій. Наприклад, пакет Adobe CS. Чи буде компанія підтримувати версію ПЗ для ARM-Windows, чи нове ядро дозволить Photoshop та іншим популярним програмам працювати на комп'ютерах з NVIDIA Tegra або іншим схожим чіпам без додаткових модифікацій коду?
Крім того, постає питання з відеокартами. Наразі відеокарти для ноутбуків робляться шляхом оптимізації енергоспоживання настільних графічних чіпів – архітектурно вони збігаються. У той же час зараз відеокарта є щось на зразок «комп'ютера в комп'ютері» - у неї є власна надшвидкісна оперативна пам'ять і власний обчислювальний чіп, який у специфічних завданнях значно перевершує звичайні процесори. Само собою, що під них зроблено відповідну оптимізацію додатків, що працюють з 3D-графікою. Та й різні програми відеомонтажу та графічні редактори (зокрема Photoshop з версії CS4), а з недавніх пір ще й браузери використовують апаратне прискорення засобами GPU.
Звичайно, в Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS та інших мобільних системах зроблено необхідну оптимізацію під різні мобільні (точніше надмобільні) прискорювачі. Однак їх підтримки немає у Windows. Драйвери, само собою, написані будуть (та й уже написані – процесори Intel Atom серії Z500 поставляються разом з чіпсетом, куди інтегроване «смартфонне» графічне ядро PowerVR SGX 535), але оптимізація під них додатків може запізнитися, якщо взагалі трапиться.
Очевидно, що «ARM на робочому столі» особливо не приживеться. Хіба що в малопотужних системах, на яких виходитимуть до Інтернету, фільми дивитися. На неттопах загалом. Так що ARM поки що намагається замахнутися на ту нішу, що зайняв Intel Atom і куди зараз активно щемиться AMD зі своєю платформою Brazos. І в неї це, певне, частково вийде. Якщо тільки обидві процесорні компанії не «вистрілять» чимось конкурентоспроможним.
Місцями Intel Atom та ARM вже конкурують. Вони використовуються для створення мережевих сховищ даних та малопотужних серверів, які можуть обслуговувати малий офіс чи квартиру. Також є кілька комерційних проектів кластерів на базі економічних чипів Intel. Характеристики нових процесорів на базі ARM Cortex-A9 дають змогу використовувати їх для підтримки інфраструктури. Таким чином, через пару років ми можемо отримати ARM-сервери або ARM-NAS для невеликих локальних мереж, не можна виключати і поява малопотужних веб-серверів.
Перший спаринг
Головним суперником ARM з боку х86 є Intel Atom, а тепер до них можна додати ще й платформу. Порівняння х86 та ARM провів Вен Сміт, який створив тестові пакети OpenSourceMark, miniBench та один із співавторів SiSoftware Sandra. У забігу взяли участь Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050. Частоти чіпів х86 були знижені, але вони все одно залишалося перевагу за рахунок більш досконалої пам'яті.
Результати виявилися дуже цікавими. ARM-чіп виявився також швидким, як і конкуренти в цілих операціях, при цьому витрачаючи менше енергії. Тут нема нічого дивного. Спочатку архітектура була і досить швидкою та економічною. В операціях з плаваючою точкою ARM поступилася х86. Тут дався взнаки традиційно потужний блок FPU, що є у чіпів Intel і AMD. Нагадаємо, що в ARM він з'явився нещодавно. Завдання, що лягають на FPU, займають у житті сучасного користувача значно місце – це ігри, кодування відео та аудіо, інші потокові операції. Звичайно, тести, проведені Веном Смітом, сьогодні вже не такі актуальні. ARM значно посилила слабкі сторони своєї архітектури у версіях Cortex-A9 і особливо Cortex-A15, яка, наприклад, вже може виконувати інструкції, безумовно, розпаралелюючи вирішення завдань.
Перспективи ARM
Тож на яку архітектуру ставити у результаті, на ARM чи х86? Найбільш правильно ставитиме на обидві. Сьогодні ми живемо за умов переформатування комп'ютерного ринку. У 2008 році нетбукам пророкували безхмарне майбутнє. Дешеві компактні ноутбуки мали стати основним комп'ютером для більшості користувачів, особливо на тлі світової кризи. Але потім почалося відновлення економіки та з'явився iPad. Тепер королями ринку оголошено планшети. Однак планшет гарний як розважальна консоль, але не дуже зручний для роботи в першу чергу через сенсорне введення – цю статтю писати на iPad було б дуже непросто, та й довго. Чи витримають планшети перевірку часом. Можливо, за кілька років ми придумаємо собі нову іграшку.
Але все-таки в мобільному сегменті, там, де не потрібно високої продуктивності, а активність користувача в основному обмежена розвагами, і не пов'язана з роботою, ARM виглядають краще х86. Вони забезпечують прийнятний рівень продуктивності, а також великий часавтономної роботи Спроби Intel довести до розуму Atom поки що невдалі. ARM задає нову планку продуктивності на ват споживаної енергії. Швидше за все, у компактних мобільних гаджетах ARM матимуть успіх. На ринку нетбуків вони також можуть стати лідерами, але тут все залежить не так від розробників процесорів, як від Microsoft і Google. Якщо перша реалізує нормальну підтримку ARM у Windows 8, а друга доведе до розуму Chrome OS. Поки що смартбуки, запропоновані Qualcomm, не зробили ринку. Нетбуки на базі х86 встояли.
Прорив у цьому напрямі, за задумом ARM має зробити архітектура Cortex-A15. Компанія рекомендує дво- та чотириядерні процесори на її базі з частотою 1.0-2.0 ГГц для домашніх розважальних систем, які об'єднують воєдино медіаплеєр, 3D-телевізор та інтернет-термінал. Чотириядерні чіпи з частотою 1.5-2.5 ГГц можуть стати основою домашніх та веб-серверів. Нарешті найамбітніший варіант застосування Cortex-A15 – інфраструктура. бездротових мереж. Тут можуть використовуватися чіпи з чотирма та більше ядрами, частотою 1.5-2.5 ГГц.
Але поки що це лише плани. Cortex-A15 було представлено ARM у вересні минулого року. Cortex-A9 була показана компанією у жовтні 2007 року, через два роки компанія презентувала варіант А9 із можливістю збільшення частоти чіпи до 2.0 ГГц. Для порівняння NVIDIA Tegra 2 – одне з найрозкрученіших рішень на базі Cortex-A9 – побачило світ лише у січні минулого року. Ну а перші гаджети на його основі користувачі змогли помацати ще через шість місяців.
Сегмент робочих ПК та високопродуктивні рішення залишаться за х86. Це не означатиме смерті архітектури, але в грошах Intel та AMD варто підготуватися до втрати частини доходів, які перейдуть виробникам ARM-процесорів.
