Čo je to arm procesor? Procesory ARM: architektonické prvky, rozdiely a vyhliadky

Každý, kto sa zaujíma o mobilné technológie, už počul o architektúre ARM. Pre väčšinu ľudí je to však spojené s procesormi pre tablety alebo smartfóny. Iní ich opravujú a objasňujú, že nejde o samotný kameň, ale iba o jeho architektúru. Takmer nikoho z nich ale určite nezaujímalo, kde a kedy táto technológia vlastne vznikla.

Medzitým je táto technológia rozšírená medzi mnohými modernými prístrojmi, ktorých je každým rokom stále viac. Navyše na ceste vývoja spoločnosti, ktorá začala vyvíjať procesory ARM, je jeden zaujímavý prípad, čo nie je hriech spomenúť, možno sa to pre niekoho stane poučením do budúcnosti.

Architektúra ARM pre figuríny

Pod skratkou ARM sa skrýva pomerne úspešná britská spoločnosť ARM Limited v oblasti IT technológií. Je to skratka pre Advanced RISC Machines a je jedným z hlavných svetových vývojárov a poskytovateľov licencií na 32-bitovú architektúru RISC procesorov, ktorá poháňa väčšinu prenosných zariadení.

Ale je charakteristické, že samotná spoločnosť nevyrába mikroprocesory, ale iba vyvíja a licencuje svoju technológiu iným stranám. Architektúru mikrokontroléra ARM nakupujú najmä títo výrobcovia:

  • Atmel.
  • Cirrus Logic.
  • Intel.
  • Apple.
  • nVidia.
  • HiSilicon.
  • Marvell.
  • Samsung.
  • Qualcomm.
  • Sony ericsson.
  • Texas Instruments.
  • Broadcom.

Niektoré z nich sú známe širokému publiku spotrebiteľov digitálnych prístrojov. Podľa britskej korporácie ARM je celkový počet mikroprocesorov vyrobených pomocou ich technológie viac ako 2,5 miliardy. Existuje niekoľko sérií mobilných kameňov:

  • ARM7 - hodinová frekvencia 60-72 MHz, ktorá je relevantná pre mobilné zariadenia lacné telefóny.
  • ARM9/ARM9E - frekvencia je už vyššia, cca 200 MHz. Takýmito mikroprocesormi sú vybavené funkčnejšie smartfóny a osobné digitálne asistenty (PDA).

Cortex a ARM11 sú modernejšie rodiny mikroprocesorov v porovnaní s predchádzajúcou architektúrou mikrokontrolérov ARM s rýchlosťou hodín až 1 GHz a pokročilými možnosťami digitálneho spracovania signálu.

Populárne mikroprocesory xScale od Marvellu (do polovice leta 2007 mal projekt k dispozícii Intel) sú vlastne rozšírenou verziou architektúry ARM9, doplnenou o inštrukčnú sadu Wireless MMX. Toto riešenie od Intelu bolo zamerané na podporu multimediálnych aplikácií.

Technológia ARM označuje 32-bitovú architektúru mikroprocesora obsahujúcu redukovanú inštrukčnú sadu, ktorá sa označuje ako RISC. Podľa výpočtov je použitie procesorov ARM 82% z celkového počtu vyrobených procesorov RISC, čo naznačuje pomerne širokú oblasť pokrytia 32-bitových systémov.

Mnoho elektronických zariadení je vybavených architektúrou procesorov ARM, a to nie sú len PDA a mobilné telefóny, ale aj vreckové herné konzoly, kalkulačky, počítačové periférie, sieťové zariadenia a mnoho ďalšieho.

Malý výlet späť v čase

Vráťme pomyselný stroj času o pár rokov späť a skúsme prísť na to, kde to všetko začalo. Dá sa povedať, že ARM je vo svojom odbore skôr monopolista. A potvrdzuje to aj fakt, že drvivá väčšina smartfónov a iných elektronických digitálnych zariadení je riadená mikroprocesormi vytvorenými pomocou tejto architektúry.

V roku 1980 bola založená spoločnosť Acorn Computers, ktorá začala vytvárať osobné počítače. Preto bol ARM predtým predstavený ako Acorn RISC Machines.

O rok neskôr bola spotrebiteľom predstavená domáca verzia BBC Micro PC s úplne prvou architektúrou procesorov ARM. Bol to úspech, čip si však neporadil s grafickými úlohami a ďalšie možnosti v podobe procesorov Motorola 68000 a National Semiconductor 32016 na to tiež neboli vhodné.

Potom vedenie spoločnosti uvažovalo o vytvorení vlastného mikroprocesora. Inžinieri sa zaujímali o novú architektúru procesora, ktorú vymysleli absolventi miestnej univerzity. Použila len zmenšenú inštrukčnú sadu alebo RISC. A po objavení sa prvého počítača, ktorý bol riadený procesorom Acorn Risc Machine, úspech prišiel pomerne rýchlo - v roku 1990 bola uzavretá dohoda medzi britskou značkou a spoločnosťou Apple. To znamenalo začiatok vývoja nového čipsetu, ktorý následne viedol k vytvoreniu celého vývojového tímu označovaného ako Advanced RISC Machines alebo ARM.

Od roku 1998 spoločnosť zmenila svoj názov na ARM Limited. A teraz sa už špecialisti nezapájajú do výroby a implementácie architektúry ARM. čo to dalo? To nijako neovplyvnilo vývoj spoločnosti, aj keď hlavným a jediným smerovaním spoločnosti bol vývoj technológií, ako aj predaj licencií firmám tretích strán, aby mohli využívať architektúru procesora. Niektoré spoločnosti zároveň získavajú práva na hotové jadrá, iné vybavujú procesory vlastnými jadrami na základe získanej licencie.

Podľa niektorých údajov je zisk spoločnosti na každom takomto riešení 0,067 $. Ale tieto informácie sú priemerné a zastarané. Počet jadier v čipsetoch každým rokom rastie, a preto náklady na moderné procesory prevyšujú staršie modely.

Oblasť použitia

Práve vývoj mobilných zariadení priniesol spoločnosti ARM Limited obrovskú popularitu. A keď sa výroba smartfónov a iných prenosných elektronických zariadení rozšírila, energeticky efektívne procesory okamžite našli uplatnenie. Zaujímalo by ma, či existuje Linux na architektúre arm?

Vrchol vývoja ARM nastal v roku 2007, kedy bolo obnovené jeho partnerstvo so značkou Apple. Potom bol spotrebiteľom predstavený prvý iPhone založený na procesore ARM. Odvtedy sa takáto architektúra procesora stala neoddeliteľnou súčasťou takmer každého vyrobeného smartfónu, ktorý možno nájsť iba na modernom mobilnom trhu.

Môžeme povedať, že takmer každé moderné elektronické zariadenie, ktoré je potrebné ovládať procesorom, je nejako vybavené čipmi ARM. A skutočnosť, že takáto architektúra procesora podporuje mnoho operačných systémov, či už ide o Linux, Android, iOS a Windows, je nepopierateľnou výhodou. Medzi nimi je Windows embedded CE 6.0 Core, ktorý podporuje aj architektúru arm. Táto platforma je určená pre vreckové počítače, mobilné telefóny a vstavané systémy.

Charakteristické vlastnosti x86 a ARM

Mnoho používateľov, ktorí veľa počuli o ARM a x86, si tieto dve architektúry navzájom mierne zamieňajú. Majú však určité rozdiely. Existujú dva hlavné typy architektúr:

  • CISC (Complex Instruction Set Computing).
  • Výpočtový).

CISC zahŕňa procesory x86 (Intel alebo AMD), RISC, ako ste už pochopili, zahŕňa rodinu ARM. Architektúra x86 a arm majú svojich fanúšikov. Vďaka úsiliu ARM špecialistov, ktorí kládli dôraz na energetickú efektívnosť a používanie jednoduchej sady pokynov, z toho výrazne profitovali procesory – mobilný trh sa začal rýchlo rozvíjať a mnohé smartfóny sa takmer vyrovnali schopnostiam počítačov.

Spoločnosť Intel bola vždy známa výrobou procesorov s vysokým výkonom a šírkou pásma pre stolné počítače, notebooky, servery a dokonca aj superpočítače.

Tieto dve rodiny si svojím spôsobom získali srdcia používateľov. Aký je však ich rozdiel? Existuje niekoľko charakteristických čŕt alebo dokonca čŕt; pozrime sa na najdôležitejšie z nich.

Výkon spracovania

Začnime s týmto parametrom analyzovať rozdiely medzi architektúrami ARM a x86. Špecialitou profesorov RISC je používať čo najmenej výučby. Okrem toho by mali byť čo najjednoduchšie, čo im dáva výhody nielen pre inžinierov, ale aj pre vývojárov softvéru.

Filozofia je tu jednoduchá - ak sú pokyny jednoduché, potom požadovaný obvod nevyžaduje príliš veľa tranzistorov. V dôsledku toho sa uvoľní ďalší priestor pre niečo alebo sa zmenšia veľkosti čipov. Z tohto dôvodu začali mikroprocesory ARM integrovať periférne zariadenia, ako sú grafické procesory. Ukážkový prípad- počítač Raspberry Pi s minimálnym počtom komponentov.

Jednoduché pokyny však niečo stoja. Na vykonanie určitých úloh sú potrebné ďalšie pokyny, čo zvyčajne vedie k zvýšeniu spotreby pamäte a času na dokončenie úloh.

Na rozdiel od architektúry arm procesora môžu inštrukcie čipov CISC, ako sú riešenia od Intelu, vykonávať zložité úlohy s veľkou flexibilitou. Inými slovami, stroje založené na RISC vykonávajú operácie medzi registrami a zvyčajne vyžadujú, aby program pred vykonaním operácie načítal premenné do registra. Procesory CISC sú schopné vykonávať operácie niekoľkými spôsobmi:

  • medzi registrami;
  • medzi registrom a pamäťovým miestom;
  • medzi pamäťovými bunkami.

Ale to je len časť charakteristické rysy, prejdime k rozboru ďalších znakov.

Spotreba energie

V závislosti od typu zariadenia môže mať spotreba energie rôzny stupeň významnosti. Pre systém, ktorý je pripojený k zdroju konštantnej energie (elektrickej sieti), jednoducho neexistuje žiadny limit spotreby energie. Mobilné telefóny a iné elektronické vychytávky sú však úplne závislé od správy napájania.

Ďalším rozdielom medzi architektúrou arm a x86 je, že prvá z nich má spotrebu energie menšiu ako 5 W vrátane mnohých súvisiacich balíkov: GPU, periférie, pamäť. Tento nízky výkon je spôsobený menším počtom tranzistorov v kombinácii s relatívne nízkymi rýchlosťami (ak vezmeme paralelu s desktopovými procesormi). To má zároveň vplyv na produktivitu – dokončenie zložitých operácií trvá dlhšie.

Jadrá Intel majú zložitejšiu štruktúru a v dôsledku toho je ich energetická náročnosť výrazne vyššia. Napríklad vysoko výkonný procesor Intel I-7 spotrebuje približne 130 W energie, mobilné verzie- 6-30 W.

softvér

Je dosť ťažké porovnať tento parameter, pretože obe značky sú vo svojich kruhoch veľmi obľúbené. Zariadenia, ktoré sú založené na procesoroch arm-architecture, dokonale spolupracujú s mobilnými operačnými systémami (Android atď.).

Stroje s procesormi Intel sú schopné bežať na platformách ako Windows a Linux. Obe rodiny mikroprocesorov sú navyše priateľské k aplikáciám napísaným v jazyku Java.

Pri analýze rozdielov v architektúrach možno s istotou povedať jednu vec - procesory ARM riadia najmä spotrebu energie mobilných zariadení. Hlavným cieľom desktopových riešení je poskytovať vysoký výkon.

Nové úspechy

Spoločnosť ARM vďaka svojej kompetentnej politike úplne ovládla mobilný trh. V budúcnosti sa tam však nezastaví. Nie je to tak dávno, čo bol predstavený nový vývoj jadier: Cortex-A53 a Cortex-A57, ktoré dostali jednu dôležitú aktualizáciu – podporu pre 64-bitové výpočty.

Jadro A53 je priamym nástupcom ARM Cortex-A8, ktorý aj keď jeho výkon nebol príliš vysoký, mal minimálnu spotrebu. Ako poznamenávajú odborníci, spotreba energie architektúry je znížená 4-krát a z hľadiska výkonu nebude nižšia ako jadro Cortex-A9. A to aj napriek tomu, že jadrová plocha A53 je o 40 % menšia ako plocha A9.

Jadro A57 nahradí Cortex-A9 a Cortex-A15. Inžinieri ARM zároveň tvrdia fenomenálny nárast výkonu – trikrát vyšší ako v prípade jadra A15. Inými slovami, mikroprocesor A57 bude 6-krát rýchlejší ako Cortex-A9 a jeho energetická účinnosť bude 5-krát lepšia ako u A15.

Stručne povedané, séria cortex, konkrétne pokročilejšia a53, sa líši od svojich predchodcov vyšším výkonom na pozadí rovnako vysokej energetickej účinnosti. Konkurovať nemôžu ani procesory Cortex-A7, ktoré sú nainštalované vo väčšine smartfónov!

Čo je však cennejšie je, že architektúra arm cortex a53 je komponent, ktorý vám umožní vyhnúť sa problémom spojeným s nedostatkom pamäte. Okrem toho bude zariadenie vybíjať batériu pomalšie. Vďaka novému produktu budú tieto problémy minulosťou.

Grafické riešenia

Okrem vývoja procesorov ARM pracuje na implementácii grafických akcelerátorov série Mali. A úplne prvým z nich je Mali 55. Týmto akcelerátorom bol vybavený telefón LG Renoir. A áno, toto je ten najobyčajnejší mobilný telefón. Iba v ňom GPU nebol zodpovedný za hry, ale iba vykresľoval rozhranie, pretože podľa moderných štandardov má grafický procesor primitívne schopnosti.

Pokrok však neúprosne letí vpred, a preto, aby sme držali krok s dobou, má ARM aj pokročilejšie modely, ktoré sú relevantné pre smartfóny strednej ceny. Hovoríme o bežnom GPU Mali-400 MP a Mali-450 MP. Hoci majú nízky výkon a obmedzenú sadu API, nebráni im to nájsť uplatnenie v moderných mobilných modeloch. Pozoruhodným príkladom je telefón Zopo ZP998, v ktorom je osemjadrový čip MTK6592 spárovaný s grafickým akcelerátorom Mali-450 MP4.

konkurencieschopnosť

V súčasnosti sa ARMu zatiaľ nikto nebráni a je to spôsobené najmä tým, že vtedy padlo správne rozhodnutie. Ale kedysi dávno, na začiatku svojej cesty, tím vývojárov pracoval na vytváraní procesorov pre PC a dokonca sa pokúsil konkurovať takému gigantovi, akým je Intel. Ale aj po zmene smeru činnosti mala spoločnosť ťažké časy.

A keď sa svetoznáma počítačová značka Microsoft dohodla s Intelom, ostatní výrobcovia jednoducho nemali šancu – operačný systém Windows odmietol spolupracovať s procesormi ARM. Ako sa dá neodolať používaniu emulátorov gcam pre architektúru arm?! Čo sa týka Intelu, sledujúc vlnu úspechu ARM Limited sa tiež snažil vytvoriť procesor, ktorý by bol dôstojným konkurentom. Za týmto účelom bol čip Intel Atom sprístupnený širokej verejnosti. Trvalo to však oveľa dlhšie ako ARM Limited. A čip sa začal vyrábať až v roku 2011, ale drahocenný čas sa už stratil.

Intel Atom je v podstate procesor CISC s architektúrou x86. Špecialistom sa podarilo dosiahnuť nižšiu spotrebu ako pri ARM riešeniach. Všetok softvér, ktorý je vydaný pre mobilné platformy, je však nedostatočne prispôsobený architektúre x86.

Nakoniec spoločnosť uznala úplnú obludnosť tohto rozhodnutia a následne upustila od výroby procesorov pre mobilné zariadenia. Jediným veľkým výrobcom čipov Intel Atom je ASUS. Tieto procesory zároveň neupadli do zabudnutia, masovo sú nimi vybavené netbooky, nettopy a iné prenosné zariadenia.

Existuje však možnosť, že sa situácia zmení a všetkými obľúbený operačný systém Windows bude podporovať mikroprocesory ARM. Navyše sa v tomto smere robia kroky, možno sa naozaj objaví niečo ako emulátory gcam na architektúre ARM pre mobilné riešenia?! Ktovie, čas ukáže a všetko bude umiestnené na svoje miesto.

V histórii vývoja spoločnosti ARM je jeden zaujímavý bod(toto bolo myslené hneď na začiatku článku). Kedysi bola ARM Limited založená na Apple a je pravdepodobné, že celá technológia ARM by patrila jej. Osud však rozhodol inak - v roku 1998 bol Apple v kríze a manažment bol nútený predať svoj podiel. V súčasnosti je na rovnakej úrovni ako ostatní výrobcovia a zostáva nakupovať technológiu od ARM Limited pre svoje zariadenia iPhone a iPad. Kto mohol vedieť, ako sa veci môžu vyvíjať?!

Moderné procesory ARM sú schopné vykonávať zložitejšie operácie. A v blízkej budúcnosti má vedenie spoločnosti za cieľ vstúpiť na trh serverov, o ktorý má nepochybne záujem. Navyše v našej modernej dobe, keď sa blíži éra rozvoja internetu vecí (IoT), vrátane „inteligentných“ domácich spotrebičov, môžeme predpovedať ešte väčší dopyt po čipoch s architektúrou ARM.

Takže ARM Limited má pred sebou ďaleko od bezútešnej budúcnosti! A je nepravdepodobné, že sa v blízkej budúcnosti nájde niekto, kto dokáže tohto bezpochyby mobilného giganta vytesniť vo vývoji procesorov pre smartfóny a iné podobné elektronické zariadenia.

Ako záver

Procesory ARM rýchlo ovládli trh mobilných zariadení, a to všetko vďaka nízkej spotrebe energie a síce nie veľmi vysokému, ale stále dobrému výkonu. V súčasnosti možno stav vecí v ARM len závidieť. Mnoho výrobcov využíva jeho technológie, čo stavia Advanced RISC Machines na úroveň takých gigantov v oblasti vývoja procesorov, akými sú Intel a AMD. A to aj napriek tomu, že firma nemá vlastnú výrobu.

Konkurentom mobilnej značky bola istý čas spoločnosť MIPS s rovnomennou architektúrou. V súčasnosti je však v osobe Intel Corporation stále len jeden vážny konkurent, hoci jej vedenie neverí, že architektúra ramena môže predstavovať hrozbu pre jej podiel na trhu.

Podľa odborníkov z Intelu tiež procesory ARM nie sú schopné spúšťať desktopové verzie operačných systémov. Takéto tvrdenie však znie trochu nelogicky, pretože majitelia ultramobilných počítačov nepoužívajú „ťažké“ softvér. Vo väčšine prípadov potrebujete prístup na internet, úpravu dokumentov, počúvanie mediálnych súborov (hudba, filmy) a ďalšie jednoduché úkony. A riešenia ARM si s takýmito operáciami dobre poradia.

Počítačový svet sa rýchlo mení. Stolné počítače stratili prvé miesto v rebríčku predajnosti v prospech notebookov a chystajú sa dať trh tabletom a iným mobilným zariadeniam. Pred 10 rokmi sme si cenili čistý megahertz, skutočný výkon a výkon. Aby procesor dobyl trh, musí byť nielen rýchly, ale aj ekonomický. Mnoho ľudí verí, že ARM je architektúra 21. storočia. Je to tak?

Nové - dobre zabudnuté staré

Novinári, sledujúci ARM PR ľudí, často prezentujú túto architektúru ako niečo úplne nové, čo by malo pochovať šedovlasú x86.

V skutočnosti ARM a x86, na základe ktorých sú postavené procesory Intel, AMD a VIA, nainštalované v notebookoch a stolných počítačoch, sú takmer v rovnakom veku. Prvý x86 čip bol vydaný v roku 1978. Projekt ARM oficiálne začal v roku 1983, ale bol založený na vývoji, ktorý sa uskutočnil takmer súčasne s vytvorením x86.


Prvé ARM zaujali špecialistov svojou eleganciou, no relatívne nízkym výkonom nedokázali dobyť trh, ktorý si vyžadoval vysoké rýchlosti a nedbalo na efektivitu. Aby popularita ARM raketovo vzrástla, museli existovať určité podmienky.

Na prelome osemdesiatych a deväťdesiatych rokov boli s relatívne lacnou ropou žiadané obrovské SUV s výkonnými 6-litrovými motormi. O elektromobily sa zaujímal málokto. Ale v našej dobe, keď barel ropy stojí viac ako 100 dolárov, veľké autá s motormi náročnými na výkon potrebujú len bohatí, ostatní sa ponáhľajú prejsť na ekonomické autá. Podobná vec sa stala s ARM. Keď sa objavila otázka mobility a efektívnosti, architektúra sa ukázala byť veľmi žiadanou.

„Rizikový“ procesor

ARM je architektúra RISC. Používa redukovanú sadu príkazov - RISC (reduced installation set computer). Tento typ architektúry sa objavil na konci sedemdesiatych rokov, približne v rovnakom čase, keď Intel ponúkal svoju x86.


Pri experimentovaní s rôznymi kompilátormi a mikrokódovými procesormi si inžinieri všimli, že v niektorých prípadoch boli sekvencie jednoduchých inštrukcií vykonávané rýchlejšie ako jedna zložitá operácia. Bolo rozhodnuté vytvoriť architektúru, ktorá by zahŕňala prácu s obmedzeným súborom jednoduchých inštrukcií, ktorých dekódovanie a vykonávanie by zabralo minimum času.


Jeden z prvých projektov procesorov RISC realizovala skupina študentov a učiteľov na univerzite v Berkeley v roku 1981. Práve v tomto čase čelila britská spoločnosť Acorn výzve času. Vyrábala vzdelávacie počítače BBC Micro založené na procesore 6502, ktoré boli veľmi populárne vo Foggy Albion.No čoskoro tieto domáce počítače začali strácať na pokročilejšie stroje. Žaluďovi hrozila strata trhu. Inžinieri spoločnosti, ktorí sa oboznámili so študentskými prácami na procesoroch RISC, sa rozhodli, že vytvorenie vlastného čipu bude celkom jednoduché. V roku 1983 bol spustený projekt Acorn RISC Machine, z ktorého sa neskôr stal ARM. O tri roky neskôr bol vydaný prvý procesor.

Prvý ARM

Bol mimoriadne jednoduchý. Prvým čipom ARM dokonca chýbali inštrukcie násobenia a delenia, ktoré boli reprezentované súborom jednoduchších inštrukcií. Ďalšou vlastnosťou čipov boli princípy práce s pamäťou: všetky operácie s dátami bolo možné vykonávať iba v registroch. Procesor zároveň pracoval s takzvaným registrovým oknom, to znamená, že mal prístup len k časti všetkých dostupných registrov, ktoré boli prevažne univerzálne a ich činnosť závisela od režimu, v ktorom sa procesor nachádzal. To umožnilo opustiť vyrovnávaciu pamäť v úplne prvých verziách ARM.

Navyše, vďaka zjednodušeniu inštrukčných sád sa vývojári architektúry mohli zaobísť bez množstva ďalších blokov. Napríklad prvým ARMom úplne chýbal mikrokód, ako aj jednotka s pohyblivou rádovou čiarkou (FPU). Celkový počet tranzistorov v prvom ARM bol 30 000. V podobných x86 ich bolo niekoľkonásobne, ba dokonca rádovo viac. Ďalšie úspory energie sa dosahujú podmieneným vykonávaním príkazov. To znamená, že táto alebo tá operácia sa vykoná, ak v registri existuje zodpovedajúca skutočnosť. To pomáha procesoru vyhnúť sa „zbytočným pohybom“. Všetky inštrukcie sa vykonávajú postupne. V dôsledku toho ARM stratil na výkone, ale nie výrazne, pričom výrazne získal na spotrebe energie.

Základné princípy architektúry zostávajú rovnaké ako v prvom ARM: práca s dátami iba v registroch, redukovaná sada inštrukcií, minimum prídavných modulov. To všetko poskytuje architektúre nízku spotrebu energie a relatívne vysoký výkon.

Aby sa to zvýšilo, spoločnosť ARM zaviedla v posledných rokoch niekoľko ďalších inštrukčných sád. Spolu s klasickým ARMom sú tu Thumb, Thumb 2, Jazelle. Ten je navrhnutý tak, aby urýchlil vykonávanie kódu Java.

Cortex - najpokročilejší ARM

Cortex – moderné architektúry pre mobilné zariadenia, vstavané systémy a mikrokontroléry. Podľa toho sú CPU označené ako Cortex-A, embedded – Cortex-R a mikrokontroléry – Cortex-M. Všetky sú postavené na architektúre ARMv7.

Najpokročilejšia a najvýkonnejšia architektúra v rade ARM je Cortex-A15. Predpokladá sa, že na jeho základe sa budú vyrábať najmä dvoj- alebo štvorjadrové modely. Cortex-A15 zo všetkých predchádzajúcich ARM je z hľadiska počtu a kvality blokov najbližšie k x86.


Cortex-A15 je založený na procesorových jadrách vybavených FPU jednotkou a sadou NEON SIMD inštrukcií určených na zrýchlenie spracovania multimediálnych dát. Jadrá majú 13-stupňovú pipeline, podporujú vykonávanie inštrukcií voľného poriadku a virtualizáciu založenú na ARM.

Cortex-A15 podporuje pokročilý systém adresovania pamäte. ARM zostáva 32-bitovou architektúrou, ale inžinieri spoločnosti sa naučili konvertovať 64-bitové alebo iné pokročilé adresovanie na 32-bitové kompatibilné s procesorom. Táto technológia sa nazýva Long Physical Address Extensions. Vďaka nemu dokáže Cortex-A15 teoreticky adresovať až 1 TB pamäte.

Každé jadro je vybavené vyrovnávacou pamäťou prvej úrovne. Okrem toho je k dispozícii až 4 MB distribuovanej vyrovnávacej pamäte L2 s nízkou latenciou. Procesor je vybavený 128-bitovou koherentnou zbernicou, pomocou ktorej je možné komunikovať s ďalšími jednotkami a perifériami.

Jadrá, ktoré sú základom Cortex-A15, sú vývojom Cortex-A9. Majú podobnú štruktúru.


Cortex-A9, na rozdiel od Cortex-A15, je možné vyrábať vo viac- aj jednojadrovej verzii. Maximálna frekvencia je 2,0 GHz, Cortex-A15 naznačuje možnosť vytvorenia čipov pracujúcich na frekvencii 2,5 GHz. Čipy na jeho základe sa budú vyrábať pomocou 40 nm a tenších technických procesov. Cortex-A9 sa vyrába procesnými technológiami 65 a 40 nm.

Cortex-A9, podobne ako Cortex-A15, je určený na použitie vo vysokovýkonných smartfónoch a tabletoch, ale nie je vhodný pre serióznejšie aplikácie, napríklad na serveroch. Iba Cortex-A15 má hardvérovú virtualizáciu, pokročilé adresovanie pamäte. Okrem toho sú inštrukčná sada NEON Advanced SIMD a FPU v Cortex-A9 voliteľné, zatiaľ čo v Cortex-A15 sú potrebné.

Cortex-A8 bude v budúcnosti postupne miznúť zo scény, no zatiaľ tento jednojadrový variant nájde využitie v lacných smartfónoch. Nízkonákladové riešenie v rozsahu od 600 MHz do 1 GHz poskytuje vyváženú architektúru. Má jednotku FPU a podporuje prvú verziu SIMD NEON. Cortex-A8 predpokladá jediný technologický proces - 65 nm.

ARM predchádzajúcich generácií


Procesory ARM11 sú na mobilnom trhu celkom bežné. Sú postavené na báze architektúry ARMv6 a jej modifikácií. Charakterizujú ho 8-9-stupňové pipeline, podpora Jazelle, ktorá pomáha zrýchliť spracovanie kódu Java, inštrukcie SIMD stream, Thumb-2.

Procesory XScale, ARM10E, ARM9E sú založené na architektúre ARMv5 a jej modifikáciách. Maximálna dĺžka potrubia je 6 stupňov, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP. Čipy XScale majú vyrovnávaciu pamäť druhej úrovne. Procesory sa používali v smartfónoch v polovici roku 2000, dnes ich možno nájsť v niektorých lacných mobilných telefónoch.


ARM9TDMI, ARM8, StrongARM - zástupcovia ARMv4, ktorý má 3-5 stupňový pipeline a podporuje Thumb. ARMv4 sme napríklad mohli nájsť v prvých klasických iPodoch.

ARM6 a ARM7 patria do ARMv3. V tejto architektúre sa prvýkrát objavila jednotka FPU, bolo implementované 32-bitové adresovanie pamäte a nie 26-bitové, ako v prvých príkladoch architektúry. ARMv2 a ARMv1 boli technicky 32-bitové čipy, no v skutočnosti aktívne pracovali iba s 26-bitovým adresným priestorom. Cache sa prvýkrát objavila v ARMv2.

Ich meno je légia

Acorn pôvodne nemal v úmysle stať sa hráčom na trhu procesorov. Úlohou projektu ARM bolo vytvorenie čipu vlastnej výroby na výrobu počítačov – práve tvorbu PC považoval Acorn za svoj hlavný biznis.


ARM sa vďaka spoločnosti Apple vyvinul z vývojovej skupiny na spoločnosť. V roku 1990 Apple spolu s VLSI a Acorn začali vyvíjať lacný procesor pre prvý vreckový počítač Newton. Pre tieto účely bola vytvorená samostatná spoločnosť, ktorá dostala názov interného projektu Acorn – ARM.

Za účasti spoločnosti Apple vznikol procesor ARM6, ktorý má najbližšie k moderným čipom od anglického vývojára. V rovnakom čase si DEC mohol patentovať architektúru ARM6 a začal vyrábať čipy pod značkou StrongARM. O pár rokov neskôr bola technológia prevedená na Intel v rámci ďalšieho patentového sporu. Mikroprocesorový gigant vytvoril svoj vlastný analóg, procesor XScale, založený na ARM. Ale v polovici predchádzajúcej dekády sa Intel zbavil tohto " vedľajšie aktívum“, so zameraním výlučne na x86. XScale sa presunul do rúk spoločnosti Marvell, ktorá už licencovala ARM.

Spoločnosť ARM, ktorá bola vo svete nová, spočiatku nebola schopná vyrábať procesory. Jej vedenie zvolilo iný spôsob zarábania peňazí. Architektúra ARM bola jednoduchá a flexibilná. Jadro spočiatku nemalo ani vyrovnávaciu pamäť, takže následne ďalšie moduly vrátane FPU, radičov neboli tesne integrované do procesora, ale boli akoby pripojené k základni.

V súlade s tým sa ARM dostal do rúk inteligentného dizajnéra, ktorý umožnil technologicky vyspelým spoločnostiam vytvárať procesory alebo mikrokontroléry podľa ich potrieb. To sa deje pomocou takzvaných koprocesorov, ktoré dokážu rozšíriť štandardnú funkcionalitu. Celkovo architektúra podporuje až 16 koprocesorov (čísla od 0 do 15), ale číslo 15 je vyhradené pre koprocesor, ktorý vykonáva funkcie správy cache a pamäte.

Periférne zariadenia sa pripájajú k čipu ARM a mapujú ich registre na pamäťový priestor procesora alebo koprocesora. Čip na spracovanie obrazu môže napríklad pozostávať z relatívne jednoduchého jadra založeného na ARM7TDMI a koprocesora, ktorý zabezpečuje dekódovanie HDTV signálu.


ARM začal licencovať svoju architektúru. V kremíku ho už implementovali aj ďalšie firmy, medzi ktoré patria Texas Instruments, Marvell, Qualcomm, Freescale, ale aj úplne nejadrové ako Samsung, Nokia, Nintendo či Canon.

Absencia vlastných tovární, ako aj pôsobivé licenčné poplatky umožnili ARM byť flexibilnejší pri vývoji nových verzií architektúry. Spoločnosť ich upiekla ako teplé rožky a vstúpila do nových výklenkov. Okrem smartfónov a tabletov sa architektúra používa v špecializovaných procesoroch, napríklad v GPS navigáciách, digitálnych fotoaparátoch a videokamerách. Na jeho základe sú vytvorené priemyselné ovládače a ďalšie čipy pre vstavané systémy.

Licenčný systém ARM je skutočným hypermarketom s mikroelektronikou. Spoločnosť licencuje nielen nové, ale aj staršie architektúry. Ten možno použiť na vytvorenie mikrokontrolérov alebo čipov pre lacné zariadenia. Prirodzene, výška licenčných poplatkov závisí od stupňa novosti a zložitosti variantu architektúry, ktorý je pre výrobcu zaujímavý. Tradične sú technické procesy, pre ktoré ARM vyvíja procesory, 1-2 kroky za tými, ktoré sa považujú za relevantné pre x86. Vďaka vysokej energetickej účinnosti architektúry je menej závislá od prechodu na nové technologické štandardy. Intel a AMD sa snažia vyrábať tenšie čipy s cieľom zvýšiť frekvencie a počet jadier pri zachovaní fyzickej veľkosti a spotreby energie. ARM má vo svojej podstate nižšie požiadavky na napájanie a tiež poskytuje vyššiu úroveň výkonu na watt.

Vlastnosti procesorov NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell

Licencovaním ARM vľavo a vpravo vývojári posilnili pozíciu svojej architektúry na úkor kompetencií svojich partnerov. Klasický príklad v v tomto prípade možno považovať za NVIDIA Tegra. Tento rad systémov na čipe je založený na architektúre ARM, ale NVIDIA už mala svoj vlastný veľmi vážny vývoj v oblasti 3D grafiky a systémovej logiky.


ARM dáva svojim poskytovateľom licencií široké možnosti pri prepracovaní architektúry. Podľa toho dokázali inžinieri NVIDIA v Tegre spojiť silné stránky ARM (CPU computing) a ich vlastných produktov – prácu s trojrozmernou grafikou atď. Výsledkom je, že Tegra má najvyšší 3D výkon vo svojej triede procesorov. Sú o 25 – 30 % rýchlejšie ako PowerVR, ktorý používajú Samsung a Texas Instruments, a sú takmer dvakrát rýchlejšie ako Adreno, vyvinutý spoločnosťou Qualcomm.

Iní výrobcovia procesorov založených na architektúre ARM posilňujú určité dodatočné bloky a vylepšujú čipy, aby dosiahli vyššie frekvencie a výkon.


Napríklad Qualcomm nepoužíva referenčný dizajn ARM. Inžinieri spoločnosti ho vážne prepracovali a nazvali ho Scorpio – je základom čipov Snapdragon. Dizajn bol čiastočne prepracovaný tak, aby vyhovoval sofistikovanejším technickým procesom, než poskytuje štandardný IP ARM. Vďaka tomu boli prvé Snapdragony vyrobené na 45 nm, čo im poskytlo vyššie frekvencie. A nová generácia týchto procesorov s deklarovaným 2,5 GHz sa môže dokonca stať najrýchlejšou medzi analógmi založenými na ARM Cortex-A9. Qualcomm používa aj vlastné grafické jadro Adreno, vytvorené na základe vývoja zakúpeného od AMD. Takže svojim spôsobom sú Snapdragon a Tegra nepriatelia na genetickej úrovni.


Samsung sa pri tvorbe Hummingbird vydal aj cestou optimalizácie architektúry. Kórejci spolu so spoločnosťou Intrinsity zmenili logiku, čím znížili počet inštrukcií potrebných na vykonanie určitých operácií. Takto sa nám podarilo získať 5-10% produktivity. Okrem toho pribudla dynamická vyrovnávacia pamäť L2 a multimediálna nadstavba ARM NEON. Kórejci ako grafický modul použili PowerVR SGX540.


Texas Instruments vo svojej novej sérii OMAP založenej na architektúre ARM Cortex-A pridal špeciálny modul IVA zodpovedný za zrýchlenie spracovania obrazu. Umožňuje vám rýchlo spracovať dáta prichádzajúce zo snímača do vstavanej kamery. Navyše je pripojený k ISP a pomáha pri akcelerácii videa. OMAP tiež používa grafiku PowerVR.


Apple A4 má veľkú vyrovnávaciu pamäť 512 KB, používa grafiku PowerVR a samotné jadro ARM je postavené na variante architektúry prepracovanej Samsungom.


Dvojjadrový Apple A5, ktorý debutoval v iPade 2 začiatkom roka 2011, je založený na architektúre ARM Cortex-A9, rovnako ako tá, ktorú predtým optimalizoval Samsung. V porovnaní s A4 má nový čip dvojnásobné množstvo vyrovnávacej pamäte druhej úrovne – zväčšila sa na 1 MB. Procesor obsahuje dvojkanálový ovládač Náhodný vstup do pamäťe, má vylepšený blok videa. Výsledkom je, že v niektorých úlohách funguje dvakrát lepšie ako Apple A4.

Marvell ponúka čipy založené na vlastnej architektúre Sheeva, ktorá sa po bližšom preskúmaní ukáže ako hybrid XScale, po zakúpení od Intelu, a ARM. Tieto čipy majú v porovnaní s analógmi väčšie množstvo vyrovnávacej pamäte a sú vybavené špeciálnym multimediálnym modulom.

V súčasnosti držitelia licencie ARM vyrábajú iba čipy založené na architektúre ARM Cortex-A9. Zároveň, hoci umožňuje vytvárať štvorjadrové varianty, NVIDIA, Apple, Texas Instruments a ďalšie sú stále obmedzené na modely s jedným alebo dvoma jadrami. Čipy navyše pracujú na frekvenciách až 1,5 GHz. Cortex-A9 umožňuje vyrábať dvoj-GHz procesory, no výrobcovia sa opäť nesnažia rýchlo zvyšovať frekvencie – napokon, zatiaľ bude na trhu dostatok dvojjadrových procesorov na 1,5 GHz.

Procesory založené na Cortex-A15 by sa mali stať skutočne viacjadrovými, no aj keď sú ohlásené, sú len na papieri. Ich vzhľad v kremíku by sa mal očakávať budúci rok.

Moderné procesory držiteľa licencie ARM založené na Cortex-A9:


x86 je hlavným uchádzačom

x86 je predstaviteľom architektúr CISC. Používajú celú sadu príkazov. Jedna inštrukcia v tomto prípade vykonáva niekoľko operácií na nízkej úrovni. Programový kód je na rozdiel od ARM kompaktnejší, ale nevykonáva sa tak rýchlo a vyžaduje viac zdrojov. Okrem toho boli od samého začiatku x86 vybavené všetkými potrebnými blokmi, čo znamenalo ich všestrannosť a obžerstvo. Ďalšia energia bola vynaložená na bezpodmienečné paralelné vykonávanie príkazov. To vám umožňuje dosiahnuť rýchlostnú výhodu, ale niektoré operácie sa vykonávajú márne, pretože nespĺňajú predchádzajúce podmienky.

Boli to klasické x86, ale počnúc 80486 Intel de facto vytvoril interné RISC jadro, ktoré vykonávalo CISC inštrukcie, predtým rozložené na jednoduchšie inštrukcie. Moderné procesory Intel a AMD majú rovnaký dizajn.

Windows 8 a ARM

ARM a x86 sa dnes líšia pred menej ako 30 rokmi, no stále sú založené na odlišných princípoch, čo ich rozdeľuje do rôznych výklenkov na trhu s procesormi. Architektúry by sa možno nikdy nepretínali, keby sa nezmenil samotný počítač.

Na prvom mieste bola mobilita a efektívnosť nákladov, väčšia pozornosť sa venovala smartfónom a tabletom. Apple zarába veľa peňazí na mobilných zariadeniach a infraštruktúre, ktorá je s nimi spojená. Microsoft nechce zostať pozadu a už druhý rok sa snaží presadiť na trhu s tabletmi. Google je celkom úspešný.

Stolný počítač sa stáva predovšetkým pracovným nástrojom, výklenok domáceho počítača zaberajú tablety a špecializované zariadenia. V týchto podmienkach sa Microsoft chystá urobiť bezprecedentný krok. . Zatiaľ nie je celkom jasné, k čomu to povedie. Dostaneme dve verzie operačného systému, prípadne takú, ktorá bude fungovať s oboma architektúrami. Zabije podpora ARM od Microsoftu x86 alebo nie?


Informácií je zatiaľ málo. Microsoft počas CES 2011 predviedol Windows 8 bežiaci na zariadení s procesorom ARM. Steve Ballmer ukázal, že na platforme ARM pomocou Windows môžete sledovať videá, pracovať s obrázkami, surfovať po internete – Internet Explorer dokonca pracoval s hardvérovou akceleráciou – pripojiť USB- zariadenia, tlač dokumentov. Najdôležitejšia vec na tomto deme bola prítomnosť Microsoft Office bežiaceho na ARM bez účasti virtuálny prístroj. Na prezentácii boli predvedené tri gadgety založené na procesoroch od Qualcomm, Texas Instruments a NVIDIA. Windows mal štandardný „sedem“ shell, ale zástupcovia Microsoftu oznámili nové, prepracované jadro systému.

Windows však nie je len operačný systém vytvorený inžiniermi Microsoftu, sú to aj milióny programov. Niektorý softvér je kritický pre ľudí v mnohých profesiách. Napríklad balík Adobe CS. Bude spoločnosť podporovať verziu softvéru pre ARM-Windows alebo umožní nové jadro Photoshopu a ďalším populárnym aplikáciám bežať na počítačoch s NVIDIA Tegra alebo inými podobnými čipmi bez dodatočných úprav kódu?

Okrem toho vyvstáva otázka s grafickými kartami. V súčasnosti sa grafické karty pre notebooky vyrábajú optimalizáciou spotreby energie grafických čipov stolných počítačov - sú architektonicky rovnaké. Zároveň je teraz grafická karta niečo ako „počítač v počítači“ – má vlastnú ultrarýchlu RAM a vlastný výpočtový čip, ktorý v špecifických úlohách výrazne prevyšuje bežné procesory. Je samozrejmé, že aplikácie, ktoré pracujú s 3D grafikou, boli pre ne vhodne optimalizované. Áno, a rôzne programy na úpravu videa a grafické editory (najmä Photoshop od verzie CS4) a v poslednom čase aj prehliadače využívajú hardvérovú akceleráciu pomocou GPU.

Samozrejme, v systémoch Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS a ďalších mobilných systémoch bola vykonaná potrebná optimalizácia pre rôzne mobilné (presnejšie ultramobilné) akcelerátory na trhu. Nie sú však podporované v systéme Windows. Ovládače, samozrejme, budú napísané (a už boli napísané - procesory Intel Atom série Z500 sa dodávajú s čipovou sadou, ktorá integruje grafické jadro „smartfónu“ PowerVR SGX 535), ale optimalizácia aplikácií pre ne môže byť oneskorená, ak vôbec. .

Je zrejmé, že „ARM na pracovnej ploche“ sa skutočne neuchytí. Možno v systémoch s nízkou spotrebou energie, na ktorých budú mať prístup na internet a sledovať filmy. Na nettopoch všeobecne. ARM sa teda zatiaľ len snaží zamerať na výklenok, ktorý obsadil Intel Atom a kde AMD teraz aktívne sleduje svoju platformu Brazos. A zrejme sa jej to čiastočne podarí. Pokiaľ obe spracovateľské firmy neprídu s niečím veľmi konkurenčným.

Na niektorých miestach si už konkurujú Intel Atom a ARM. Používajú sa na vytváranie sieťových dátových úložísk a nízkoenergetických serverov, ktoré môžu slúžiť malej kancelárii alebo byte. Existuje aj niekoľko komerčných projektov klastrov založených na cenovo výhodných čipoch Intel. Charakteristiky nových procesorov založených na ARM Cortex-A9 umožňujú ich použitie na podporu infraštruktúry. O pár rokov tak možno získame ARM servery alebo ARM-NAS pre malé lokálne siete a nemožno vylúčiť ani vznik nízkoenergetických webových serverov.

Prvý sparing

Hlavným konkurentom ARM zo strany x86 je Intel Atom a teraz môžeme pridať . Porovnanie x86 a ARM vykonal Van Smith, ktorý vytvoril OpenSourceMark, testovacie balíčky miniBench a jeden zo spoluautorov SiSoftware Sandra. „Pretekov“ sa zúčastnili Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050. Frekvencie čipov x86 boli znížené, ale stále mali výhodu vďaka pokročilejšej pamäti.

Výsledky sa ukázali byť veľmi zaujímavé. Čip ARM sa ukázal byť rovnako rýchly ako jeho konkurenti v celočíselných operáciách, pričom spotreboval menej energie. Nie je tu nič prekvapujúce. Spočiatku bola architektúra pomerne rýchla a ekonomická. V operáciách s pohyblivou rádovou čiarkou bol ARM horší ako x86. Vplyv tu mala tradične výkonná FPU jednotka nachádzajúca sa v čipoch Intel a AMD. Pripomeňme, že sa v ARM objavil relatívne nedávno. Úlohy, ktoré pripadajú na FPU, zaujímajú významné miesto v živote moderného používateľa - sú to hry, kódovanie videa a zvuku a ďalšie operácie streamovania. Samozrejme, testy, ktoré vykonal Van Smith, už dnes nie sú také relevantné. ARM výrazne posilnil slabé stránky jeho architektúra vo verziách Cortex-A9 a najmä Cortex-A15, ktorá už napríklad dokáže bezpodmienečne vykonávať inštrukcie, paralelizujúc riešenie problémov.

Vyhliadky pre ARM

Akú architektúru by ste si teda mali nakoniec vybrať, ARM alebo x86? Najsprávnejšie by bolo staviť na oboje. Dnes žijeme v podmienkach preformátovania počítačového trhu. V roku 2008 sa predpovedalo, že netbooky budú mať svetlú budúcnosť. Lacné kompaktné notebooky sa mali stať hlavným počítačom pre väčšinu používateľov, najmä na pozadí globálnej krízy. Potom sa však ekonomika začala zotavovať a objavil sa iPad. Teraz sú tablety vyhlásené za kráľa trhu. Tablet je však dobrý ako zábavná konzola, no nie je príliš vhodný na prácu, predovšetkým kvôli dotykovému vstupu - napísať tento článok na iPade by bolo veľmi ťažké a časovo náročné. Obstoja tablety v skúške časom? Možno o pár rokov prídeme s novou hračkou.

Napriek tomu v mobilnom segmente, kde sa nevyžaduje vysoký výkon a činnosť používateľov je obmedzená hlavne na zábavu a nesúvisí s prácou, vyzerá ARM vhodnejšie ako x86. Poskytujú prijateľnú úroveň výkonu, ako aj skvelý čas životnosť batérie. Pokusy Intelu priviesť Atom k realizácii boli zatiaľ neúspešné. ARM nastavuje nový štandard pre výkon na watt. S najväčšou pravdepodobnosťou bude ARM úspešný v kompaktných mobilných zariadeniach. Môžu sa tiež stať lídrami na trhu netbookov, ale tu všetko nezávisí ani tak od vývojárov procesorov, ako od spoločnosti Microsoft a Google. Ak prvý implementuje normálnu podporu ARM v systéme Windows 8 a druhý prinesie Chrome OS k realizácii. Inteligentné knihy navrhované spoločnosťou Qualcomm sa zatiaľ na trh nedostali. Netbooky založené na x86 prežili.

Prelom v tomto smere by mala podľa ARM urobiť architektúra Cortex-A15. Spoločnosť odporúča dvoj- a štvorjadrové procesory na ňom založené s frekvenciou 1,0-2,0 GHz pre systémy domácej zábavy, ktoré budú kombinovať prehrávač médií, 3D TV a internetový terminál. Štvorjadrové čipy s frekvenciou 1,5-2,5 GHz sa môžu stať základom domácich a webových serverov. Nakoniec, najambicióznejším prípadom použitia pre Cortex-A15 je bezdrôtová sieťová infraštruktúra. Tu je možné použiť čipy so štyrmi a viacerými jadrami a frekvenciou 1,5-2,5 GHz.

Ale zatiaľ sú to len plány. Cortex-A15 bol predstavený spoločnosťou ARM v septembri minulého roka. Cortex-A9 spoločnosť ukázala v októbri 2007, o dva roky neskôr predstavila variant A9 so schopnosťou zvýšiť frekvenciu čipov na 2,0 GHz. Pre porovnanie, NVIDIA Tegra 2 - jedno z najpopulárnejších riešení na báze Cortex-A9 - bolo vydané len v januári minulého roka. No a užívatelia si prvé gadgety založené na ňom mohli ohmatať po ďalších šiestich mesiacoch.

Segment pracovných počítačov a vysokovýkonné riešenia zostanú pri x86. Nebude to znamenať smrť architektúry, no v peňažnom vyjadrení by sa Intel a AMD mali pripraviť na stratu časti príjmov, ktoré pripadnú výrobcom ARM procesorov.

Prevažná väčšina moderných gadgetov využíva procesory založené na architektúre ARM, ktorú vyvíja rovnomenná spoločnosť ARM Limited. Zaujímavosťou je, že spoločnosť sama nevyrába procesory, ale iba licencuje svoje technológie výrobcom čipov tretích strán. Okrem toho spoločnosť vyvíja aj jadrá procesorov Cortex a grafické akcelerátory Mali, ktorých sa v tomto materiáli určite dotkneme.

ARM Limited

Spoločnosť ARM je v skutočnosti monopolom vo svojom odbore a drvivá väčšina moderných smartfónov a tabletov na rôznych mobilných operačných systémoch používa procesory založené na architektúre ARM. Výrobcovia čipov licencujú jednotlivé jadrá, inštrukčné sady a súvisiace technológie od ARM a cena licencií sa výrazne líši v závislosti od typu procesorových jadier (môže siahať od nízkoenergetických rozpočtových riešení až po špičkové štvorjadrové a dokonca osemjadrové čipy) a dodatočné komponenty. Ročná správa o príjmoch spoločnosti ARM Limited za rok 2006 ukázala príjmy vo výške 161 miliónov USD za licencovanie približne 2,5 miliardy procesorov (nárast zo 7,9 miliardy v roku 2011), čo predstavuje približne 0,067 USD na čip. Z vyššie uvedeného dôvodu je to však veľmi priemerné číslo vzhľadom na rozdielnosť cien za rôzne licencie a odvtedy by mal zisk spoločnosti mnohonásobne narásť.

V súčasnosti sú procesory ARM veľmi rozšírené. Čipy založené na tejto architektúre sa používajú všade, vrátane serverov, ale najčastejšie ARM nájdeme vo vstavaných a mobilných systémoch, od radičov pre pevné disky až po moderné smartfóny, tablety a iné gadgety.

Cortexové jadrá

ARM vyvíja niekoľko rodín jadier, ktoré sa používajú na rôzne úlohy. Napríklad procesory založené na Cortex-Mx a Cortex-Rx (kde „x“ je číslica alebo číslo označujúce presné číslo jadra) sa používajú vo vstavaných systémoch a dokonca aj v spotrebiteľských zariadeniach, ako sú smerovače alebo tlačiarne.

Nebudeme sa nimi podrobne zaoberať, pretože nás zaujíma predovšetkým rodina Cortex-Ax - čipy s takýmito jadrami sa používajú v najproduktívnejších zariadeniach vrátane smartfónov, tabletov a herných konzol. ARM neustále pracuje na nových jadrách z radu Cortex-Ax, no v čase písania tohto článku sa v smartfónoch používajú:

Čím vyššie číslo, tým vyšší je výkon procesora a teda aj drahšia trieda zariadení, v ktorých sa používa. Je však potrebné poznamenať, že toto pravidlo nie je vždy dodržané: napríklad čipy založené na jadrách Cortex-A7 majú vyšší výkon ako čipy založené na Cortex-A8. Ak sa však procesory založené na Cortex-A5 už považujú za takmer zastarané a v moderných zariadeniach sa takmer nepoužívajú, potom CPU založené na Cortex-A15 nájdeme vo vlajkových komunikátoroch a tabletoch. Nie je to tak dávno, čo ARM oficiálne oznámil vývoj nových, výkonnejších a zároveň energeticky efektívnejších jadier Cortex-A53 a Cortex-A57, ktoré budú kombinované na jednom čipe pomocou technológie ARM big.LITTLE a budú podporovať ARMv8 inštrukčná sada („verzia architektúry“), ale v súčasnosti sa nepoužívajú v bežných spotrebiteľských zariadeniach. Väčšina čipov Cortex môže byť viacjadrová a štvorjadrové procesory sú bežné v dnešných špičkových smartfónoch.

Veľkí výrobcovia smartfónov a tabletov zvyčajne používajú procesory od známych čipových výrobcov ako Qualcomm alebo ich vlastné riešenia, ktoré sa už stali pomerne populárnymi (napríklad Samsung a jeho rodina čipsetov Exynos), ale medzi technické vlastnosti gadgetov od väčšiny malých spoločností Často sa môžete stretnúť s popisom ako „procesor založený na Cortex-A7 s taktom 1 GHz“ alebo „dvojjadrový Cortex-A7 s taktom 1 GHz“, ktorý pre bežného používateľa nebude znamenať nič. Aby sme pochopili, aké sú rozdiely medzi takýmito jadrami, zamerajme sa na tie hlavné.

Jadro Cortex-A5 sa používa v lacných procesoroch pre najlacnejšie zariadenia. Takéto zariadenia sú určené len na vykonávanie obmedzeného rozsahu úloh a spúšťanie jednoduchých aplikácií, ale vôbec nie sú určené pre programy náročné na zdroje a najmä hry. Príkladom gadgetu s procesorom Cortex-A5 je Highscreen Blast, ktorý dostal čip Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 obsahujúci dve jadrá Cortex-A5 taktované na 1,2 GHz.

Procesory Cortex-A7 sú výkonnejšie ako čipy Cortex-A5 a sú tiež bežnejšie. Takéto čipy sa vyrábajú pomocou 28-nanometrovej výrobnej technológie a majú veľkú vyrovnávaciu pamäť druhej úrovne až 4 megabajty. Jadrá Cortex-A7 sa nachádzajú hlavne v lacných smartfónoch a lacných zariadeniach stredného segmentu, ako je iconBIT Mercury Quad, a výnimočne aj v Samsung Galaxy S IV GT-i9500 s procesorom Exynos 5 Octa - tento čipset využíva pri vykonávaní nenáročných úloh energeticky úsporný štvorjadrový procesor Cortex-A7.

Jadro Cortex-A8 nie je také rozšírené ako jeho susedia Cortex-A7 a Cortex-A9, ale stále sa používa v rôznych zariadeniach základnej úrovne. Pracovná frekvencia čipov Cortex-A8 sa môže pohybovať od 600 MHz do 1 GHz, no niekedy výrobcovia pretaktujú procesory na vyššie frekvencie. Charakteristickým rysom jadra Cortex-A8 je nedostatočná podpora pre viacjadrové konfigurácie (to znamená, že procesory na týchto jadrách môžu byť iba jednojadrové) a sú vykonávané pomocou 65-nanometrovej procesnej technológie, ktorá sa už zvažuje. zastaraný.

Сortex-A9

Len pred pár rokmi boli jadrá Cortex-A9 považované za špičkové riešenie a používali sa v tradičných jednojadrových aj výkonnejších dvojjadrových čipoch, ako sú Nvidia Tegra 2 a Texas Instruments OMAP4. V súčasnosti procesory Cortex-A9 vyrobené pomocou 40-nanometrovej technológie nestrácajú na popularite a používajú sa v mnohých smartfónoch strednej triedy. Pracovná frekvencia takýchto procesorov môže byť od 1 do 2 alebo viac gigahertzov, ale zvyčajne je obmedzená na 1,2-1,5 GHz.

V júni 2013 spoločnosť ARM oficiálne predstavila jadro Cortex-A12, ktoré sa vyrába pomocou novej 28-nanometrovej výrobnej technológie a je navrhnuté tak, aby nahradilo jadrá Cortex-A9 v smartfónoch strednej triedy. Vývojár sľubuje 40% nárast výkonu v porovnaní s Cortex-A9 a okrem toho sa jadrá Cortex-A12 budú môcť podieľať na architektúre ARM big.LITTLE ako produktívne spolu s energeticky úsporným Cortex-A7, čo umožní výrobcovia vytvárať lacné osemjadrové čipy. Je pravda, že v čase písania tohto článku je to všetko iba v plánoch a masová výroba čipov Cortex-A12 ešte nebola zavedená, hoci RockChip už oznámil svoj zámer vydať štvorjadrový procesor Cortex-A12 s frekvenciou 1,8 GHz.

Od roku 2013 je jadro Cortex-A15 a jeho deriváty špičkovým riešením a používajú sa vo vlajkových čipoch komunikátorov od rôznych výrobcov. Medzi nové procesory vyrobené pomocou 28-nm procesnej technológie a založené na Cortex-A15 patria Samsung Exynos 5 Octa a Nvidia Tegra 4, pričom toto jadro často funguje ako platforma pre úpravy od iných výrobcov. Napríklad najnovší procesor Apple A6X využíva jadrá Swift, ktoré sú modifikáciou Cortex-A15. Čipy založené na Cortex-A15 sú schopné pracovať na frekvencii 1,5-2,5 GHz a podpora mnohých štandardov tretích strán a schopnosť adresovať až 1 TB fyzickej pamäte umožňuje použitie takýchto procesorov v počítačoch (ako nepamätáte si minipočítač veľkosti bankovej karty Raspberry Pi).

Séria Cortex-A50

V prvej polovici roku 2013 spoločnosť ARM predstavila nový rad čipov s názvom Cortex-A50. Jadrá tohto radu budú vyrobené podľa novej verzie architektúry ARMv8 a budú podporovať nové inštrukčné sady a tiež sa stanú 64-bitovými. Prechod na novú bitovú hĺbku si vyžiada optimalizáciu mobilných operačných systémov a aplikácií, no, samozrejme, zostane zachovaná podpora pre desaťtisíce 32-bitových aplikácií. Apple ako prvý prešiel na 64-bitovú architektúru. Najnovšie zariadenia spoločnosti, napríklad iPhone 5S, bežia presne na tomto procesore Apple A7 ARM. Je pozoruhodné, že nepoužíva jadrá Cortex - sú nahradené vlastnými jadrami výrobcu nazývanými Swift. Jedným zo zjavných dôvodov nutnosti prechodu na 64-bitové procesory je podpora viac ako 4 GB RAM a navyše aj schopnosť zvládnuť oveľa väčšie čísla pri výpočte. Samozrejme, zatiaľ je to relevantné predovšetkým pre servery a počítače, ale nebudeme prekvapení, ak sa o pár rokov na trhu objavia smartfóny a tablety s takým množstvom pamäte RAM. K dnešnému dňu nie je nič známe o plánoch vyrábať čipy na novej architektúre a smartfónoch pomocou nich, no je pravdepodobné, že vlajkové lode dostanú presne tieto procesory v roku 2014, ako už Samsung oznámil.

Séria sa otvára jadrom Cortex-A53, ktoré bude priamym „nástupcom“ Cortex-A9. Procesory založené na Cortex-A53 výrazne predčia čipy založené na Cortex-A9 vo výkone, no zároveň si zachovávajú nízku spotrebu energie. Takéto procesory je možné použiť buď samostatne, alebo v konfigurácii ARM big.LITTLE, pričom sú kombinované na rovnakej čipovej sade s procesorom Cortex-A57

Výkon Cortex-A53, Cortex-A57

Najvýkonnejšími ARM procesormi by sa v blízkej budúcnosti mali stať procesory Cortex-A57, ktoré budú vyrábané 20-nanometrovou procesnou technológiou. Nové jadro výrazne prevyšuje svojho predchodcu Cortex-A15 v rôznych výkonových parametroch (porovnanie si môžete pozrieť vyššie) a podľa ARM, ktorý sa vážne zameriava na trh PC, pôjde o výhodné riešenie pre bežné počítače. (vrátane notebookov), nielen mobilných zariadení.

ARM veľká.MALÁ

Ako high-tech riešenie problému energetickej náročnosti moderných procesorov ponúka ARM technológiu big.LITTLE, ktorej podstatou je kombinovať rôzne typy jadier na jednom čipe, zvyčajne rovnaký počet energeticky úsporných a vysokovýkonných tie.

Existujú tri schémy prevádzkovania rôznych typov jadier na jednom čipe: big.LITTLE (migrácia medzi klastrami), big.LITTLE IKS (migrácia medzi jadrami) a big.LITTLE MP (heterogénny multiprocessing).

big.LITTLE (migrácia medzi klastrami)

Prvý čipset založený na architektúre ARM big.LITTLE bol procesor Samsung Exynos 5 Octa. Využíva pôvodnú schému big.LITTLE „4+4“, čo znamená spojenie do dvoch klastrov (odtiaľ názov schémy) na jednom čipe štyroch vysokovýkonných jadier Cortex-A15 pre aplikácie a hry náročné na zdroje a štyri energeticky- šetriace jadrá Cortex-A7 pre každodennú prácu s väčšinou programov a súčasne môže fungovať iba jeden typ jadra. Prepínanie medzi skupinami jadier prebieha takmer okamžite a bez povšimnutia používateľa v plne automatickom režime.

big.LITTLE IKS (migrácia medzi jadrami)

Zložitejšou implementáciou architektúry big.LITTLE je spojenie niekoľkých reálnych jadier (zvyčajne dvoch) do jedného virtuálneho, riadeného jadrom operačného systému, ktoré rozhoduje o tom, ktoré jadrá použiť – či už energeticky efektívne alebo produktívne. Samozrejmosťou je aj niekoľko virtuálnych jadier – na obrázku je príklad schémy IKS, kde každé zo štyroch virtuálnych jadier obsahuje jedno jadro Cortex-A7 a Cortex-A15.

big.LITTLE MP (heterogénny multiprocessing)

Schéma big.LITTLE MP je „najpokročilejšia“ – v nej je každé jadro nezávislé a môže byť zapnuté jadrom OS podľa potreby. To znamená, že ak sa použijú štyri jadrá Cortex-A7 a rovnaký počet jadier Cortex-A15, čipset postavený na architektúre ARM big.LITTLE MP bude schopný spustiť všetkých 8 jadier súčasne, aj keď sú rôznych typov. Jedným z prvých procesorov tohto typu bol osemjadrový čip od Mediateku – MT6592, ktorý dokáže pracovať na taktovacej frekvencii 2 GHz a tiež nahrávať a prehrávať video v rozlíšení UltraHD.

Budúcnosť

Podľa dostupných na tento moment Podľa informácií v blízkej budúcnosti ARM spolu s ďalšími spoločnosťami plánuje spustiť výrobu čipov big.LITTLE novej generácie, ktoré budú využívať nové jadrá Cortex-A53 a Cortex-A57. Okrem toho sa čínsky výrobca MediaTek chystá vyrábať rozpočtové procesory založené na ARM big.LITTLE, ktoré budú fungovať podľa schémy „2+2“, teda využívať dve skupiny po dvoch jadrách.

Mali grafické akcelerátory

Okrem procesorov ARM vyvíja aj grafické akcelerátory z rodiny Mali. Podobne ako procesory, aj grafické akcelerátory sa vyznačujú mnohými parametrami, napríklad úrovňou anti-aliasingu, zbernicovým rozhraním, vyrovnávacou pamäťou (ultrarýchla pamäť využívaná na zvýšenie prevádzkovej rýchlosti) a počtom „grafických jadier“ (aj keď, ako sme písali v predchádzajúcom článku tento ukazovateľ napriek podobnosti s pojmom používaným na označenie CPU nemá prakticky žiadny vplyv na výkon pri porovnaní dvoch GPU).

Prvým grafickým akcelerátorom ARM bol dnes už nepoužívaný Mali 55, ktorý bol použitý v dotykovom telefóne LG Renoir (áno, najbežnejší mobil). GPU sa nepoužíval v hrách - iba na vykresľovanie rozhrania a mal podľa dnešných štandardov primitívne vlastnosti, ale stal sa „predchodcom“ série Mali.

Odvtedy pokrok prešiel dlhú cestu a podporované rozhrania API a herné štandardy sú teraz veľmi dôležité. Napríklad podpora OpenGL ES 3.0 je teraz ohlásená iba v najvýkonnejších procesoroch ako Qualcomm Snapdragon 600 a 800, a ak hovoríme o produktoch ARM, štandard podporujú akcelerátory ako Mali-T604 (bol prvý ARM GPU vyrobené na novej mikroarchitektúre Midgard), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 a niektorých ďalších čipoch podobných charakteristikami. Tento alebo ten GPU spravidla úzko súvisí s jadrom, ale napriek tomu je uvedený samostatne, čo znamená, že ak je pre vás dôležitá kvalita grafiky v hrách, potom má zmysel pozrieť sa na názov akcelerátor v špecifikáciách smartfónu alebo tabletu.

ARM má vo svojej zostave aj grafické akcelerátory pre smartfóny stredného segmentu, z ktorých najbežnejšie sú Mali-400 MP a Mali-450 MP, ktoré sa od svojich starších bratov líšia relatívne nízkym výkonom a obmedzenou sadou API a podporovaných štandardov. Napriek tomu sa tieto GPU naďalej používajú v nových smartfónoch, napríklad Zopo ZP998, ktorý okrem osemjadrového procesora MTK6592 dostal grafický akcelerátor Mali-450 MP4 (vylepšená modifikácia Mali-450 MP).

Smartfóny s najnovšími grafickými akcelerátormi ARM by sa mali objaviť pravdepodobne koncom roka 2014: Mali-T720, Mali-T760 a Mali-T760 MP, ktoré boli predstavené v októbri 2013. Mali-T720 má byť novým GPU pre lacné smartfóny a prvým GPU v tomto segmente s podporou Open GL ES 3.0. Mali-T760 sa zas stane jedným z najvýkonnejších mobilných grafických akcelerátorov: podľa uvedených charakteristík má GPU 16 výpočtových jadier a má skutočne enormný výpočtový výkon, 326 Gflops, no zároveň štvornásobok. menšiu spotrebu ako Mali-T604 spomínané vyššie.

Úloha CPU a GPU od ARM na trhu

Napriek tomu, že ARM je autorom a vývojárom rovnomennej architektúry, ktorá sa, opakujeme, dnes používa v drvivej väčšine mobilných procesorov, jej riešenia v podobe jadier a grafických akcelerátorov nie sú u veľkých smartfónov obľúbené. výrobcov. Napríklad sa správne verí, že vlajkové komunikátory na OS Android by mali mať procesor Snapdragon s jadrami Krait a grafickým akcelerátorom Adreno od Qualcommu, čipsety od tej istej spoločnosti sa používajú v smartfónoch na Windows Phone a niektorí výrobcovia gadgetov, napr. Apple vyvíja svoje vlastné jadrá. Prečo v súčasnosti existuje táto situácia?

Možno niektoré dôvody môžu byť hlbšie, ale jedným z nich je nedostatok jasného umiestnenia CPU a GPU od ARM medzi produktmi iných spoločností, v dôsledku čoho je vývoj spoločnosti vnímaný ako základné komponenty pre použitie v B. -značkové zariadenia, lacné smartfóny a vytváranie vyspelejších riešení. Napríklad Qualcomm takmer na každej prezentácii opakuje, že jedným z jeho hlavných cieľov pri vytváraní nových procesorov je zníženie spotreby energie a jeho jadrá Krait, teda upravené jadrá Cortex, neustále vykazujú vyššie výkonové výsledky. Podobné tvrdenie platí aj pre čipsety Nvidia, ktoré sú zamerané na hry, no čo sa týka procesorov Exynos od Samsungu a A-series od Apple, tie majú svoj trh vďaka inštalácii do smartfónov rovnakých spoločností.

Vyššie uvedené vôbec neznamená, že vývoj ARM je výrazne horší ako procesory a jadrá od spoločností tretích strán, ale konkurencia na trhu v konečnom dôsledku prospieva iba kupujúcim smartfónov. Dá sa povedať, že ARM ponúka nejaké polotovary, zakúpením licencie, na ktorú ich môžu výrobcovia nezávisle upravovať.

Záver

Mikroprocesory založené na architektúre ARM úspešne dobyli trh mobilných zariadení vďaka nízkej spotrebe energie a relatívne vysokému výpočtovému výkonu. Predtým ARMu konkurovali iné RISC architektúry, napríklad MIPS, no teraz mu zostal len jeden vážny konkurent – ​​Intel s architektúrou x86, ktorá, mimochodom, aj keď aktívne bojuje o svoj podiel na trhu, zatiaľ nie je vnímaná. zo strany spotrebiteľov alebo väčšiny výrobcov vážne, najmä vzhľadom na virtuálnu absenciu vlajkových lodí, ktoré sú na ňom založené (Lenovo K900 už nemôže konkurovať najnovším špičkovým smartfónom s procesormi ARM).

Čo myslíte, dokáže niekto nahradiť ARM a aká bude budúcnosť tejto spoločnosti a jej architektúry?

V súčasnosti existujú dve najpopulárnejšie architektúry procesorov. Toto je x86, ktorý bol vyvinutý už v 80-tych rokoch a používa sa v osobných počítačoch a ARM - modernejší, vďaka čomu sú procesory menšie a ekonomickejšie. Používa sa vo väčšine mobilných zariadení alebo tabletov.

Obe architektúry majú svoje pre a proti, ako aj oblasti použitia, no nájdu sa aj spoločné črty. Mnoho odborníkov hovorí, že ARM je budúcnosť, ale stále má niektoré nevýhody, ktoré x86 nemá. V našom dnešnom článku sa pozrieme na to, ako sa architektúra ramena líši od x86. Uvažujme zásadné rozdiely ARM alebo x86 a tiež sa pokúste určiť, čo je lepšie.

Procesor je hlavnou súčasťou každého výpočtového zariadenia, či už ide o smartfón alebo počítač. Jeho výkon určuje, ako rýchlo bude zariadenie fungovať a ako dlho môže bežať na batériu. Zjednodušene povedané, architektúra procesora je súbor inštrukcií, ktoré možno použiť na zostavenie programov a sú implementované v hardvéri pomocou určitých kombinácií tranzistorov procesora. Umožňujú programom interagovať s hardvérom a určujú, ako sa budú dáta prenášať a čítať z pamäte.

V súčasnosti existujú dva typy architektúr: CISC (Complex Instruction Set Computing) a RISC (Reduced Instruction Set Computing). Prvý predpokladá, že procesor bude implementovať inštrukcie pre všetky príležitosti, druhý, RISC, kladie vývojárom za úlohu vytvoriť procesor so súborom minimálnych inštrukcií potrebných na prevádzku. Inštrukcie RISC sú menšie a jednoduchšie.

architektúra x86

Architektúra procesora x86 bola vyvinutá v roku 1978 a prvýkrát sa objavila v procesoroch Intel a je typu CISC. Jeho názov je prevzatý z modelu prvého procesora s touto architektúrou – Intel 8086. Postupom času, keď neexistovala lepšia alternatíva, začali túto architektúru podporovať aj iní výrobcovia procesorov, napríklad AMD. Teraz je to štandard pre stolné počítače, notebooky, netbooky, servery a ďalšie podobné zariadenia. Ale niekedy sa v tabletoch používajú procesory x86, to je celkom bežná prax.

Prvý procesor Intel 8086 mal 16-bitovú kapacitu, potom v roku 2000 vyšiel procesor s 32-bitovou architektúrou a ešte neskôr sa objavila 64-bitová architektúra. Podrobne sme to rozobrali v samostatnom článku. Počas tejto doby sa architektúra veľmi vyvinula, boli pridané nové sady inštrukcií a rozšírení, ktoré môžu výrazne zvýšiť výkon procesora.

x86 má niekoľko významných nevýhod. Po prvé, je to zložitosť príkazov, ich zmätok, ktorý vznikol v dôsledku dlhej histórie vývoja. Po druhé, takéto procesory z tohto dôvodu spotrebúvajú príliš veľa energie a generujú veľa tepla. Inžinieri x86 sa spočiatku vydali cestou získania maximálneho výkonu a rýchlosť si vyžaduje zdroje. Predtým, než sa pozrieme na rozdiely medzi arm x86, povedzme si niečo o architektúre ARM.

architektúra ARM

Táto architektúra bola predstavená o niečo neskôr po x86 - v roku 1985. Vyvinula ju slávna britská spoločnosť Acorn, vtedy sa táto architektúra nazývala Arcon Risk Machine a patrila k typu RISC, no potom bola vydaná jej vylepšená verzia Advanted RISC Machine, ktorá je dnes známa ako ARM.

Pri vývoji tejto architektúry si inžinieri dali za cieľ odstrániť všetky nedostatky x86 a vytvoriť úplne novú a najefektívnejšiu architektúru. Čipy ARM získali minimálnu spotrebu energie a nízku cenu, ale mali nízky výkon v porovnaní s x86, takže spočiatku si na osobných počítačoch nezískali veľkú popularitu.

Na rozdiel od x86 sa vývojári spočiatku snažili dosiahnuť minimálne náklady na zdroje; majú menej inštrukcií procesora, menej tranzistorov, ale aj menej doplnkových funkcií. Ale pre posledné roky Výkon procesorov ARM sa zlepšil. Vzhľadom na túto skutočnosť a nízku spotrebu energie sa stali veľmi rozšírenými v mobilných zariadeniach, ako sú tablety a smartfóny.

Rozdiely medzi ARM a x86

A teraz, keď sme sa pozreli na históriu vývoja týchto architektúr a ich zásadné rozdiely, urobme podrobné porovnanie ARM a x86 na základe ich rôznych charakteristík, aby sme určili, ktorá je lepšia a presnejšie pochopili, aké sú ich rozdiely.

Výroba

Produkcia x86 vs arm je odlišná. Procesory x86 vyrábajú iba dve spoločnosti: Intel a AMD. Spočiatku to bola jedna spoločnosť, ale to je úplne iný príbeh. Iba tieto spoločnosti majú právo vyrábať takéto procesory, čo znamená, že iba oni budú kontrolovať smerovanie rozvoja infraštruktúry.

ARM funguje úplne inak. Spoločnosť, ktorá vyvíja ARM, nič nevydáva. Jednoducho vydajú povolenie na vývoj procesorov tejto architektúry a výrobcovia si môžu robiť, čo potrebujú, napríklad vyrábať špecifické čipy s modulmi, ktoré potrebujú.

Počet pokynov

Toto sú hlavné rozdiely medzi architektúrou arm a x86. Procesory x86 sa rýchlo vyvíjali ako výkonnejšie a produktívnejšie. Vývojári pridali veľké množstvo inštrukcií procesora a nie je tu len základná sada, ale pomerne veľa príkazov, bez ktorých by sa dalo zaobísť. Spočiatku sa to robilo s cieľom znížiť množstvo pamäte obsadenej programami na disku. Taktiež bolo vyvinutých mnoho možností ochrany a virtualizácie, optimalizácie a mnoho ďalšieho. To všetko si vyžaduje dodatočné tranzistory a energiu.

ARM je jednoduchší. Inštrukcií procesora je tu oveľa menej, iba tých, ktoré sú potrebné operačný systém a skutočne sa používajú. Ak porovnáme x86, tak tam sa používa len 30% všetkých možné pokyny. Učia sa ľahšie, ak sa rozhodnete písať programy ručne, a tiež vyžadujú menej tranzistorov na implementáciu.

Spotreba energie

Ďalší záver vyplýva z predchádzajúceho odseku. Čím viac tranzistorov je na doske, tým väčšia je jej plocha a spotreba energie a platí to aj naopak.

Procesory x86 spotrebujú oveľa viac energie ako ARM. Spotrebu energie ale ovplyvňuje aj veľkosť samotného tranzistora. Napríklad procesor Intel i7 spotrebuje 47 wattov a akýkoľvek procesor smartfónu ARM spotrebuje maximálne 3 watty. Predtým sa vyrábali dosky s veľkosťou jedného prvku 80 nm, potom Intel dosiahol zmenšenie na 22 nm a tento rok sa vedcom podarilo vytvoriť dosku s veľkosťou prvku 1 nanometer. To výrazne zníži spotrebu energie bez straty výkonu.

V posledných rokoch sa spotreba x86 procesorov výrazne znížila, napríklad nové procesory Intel Haswell vydržia dlhšie na batériu. Teraz sa rozdiel medzi arm vs x86 postupne stráca.

Odvod tepla

Počet tranzistorov ovplyvňuje ďalší parameter - tvorbu tepla. Moderné zariadenia nedokážu premeniť všetku energiu na efektívne pôsobenie, časť z nej sa rozptýli vo forme tepla. Účinnosť dosiek je rovnaká, čo znamená, že čím menej tranzistorov a čím menšia je ich veľkosť, tým menej tepla bude procesor generovať. Tu už nevyvstáva otázka, či ARM alebo x86 bude generovať menej tepla.

Výkon procesora

ARM nebol pôvodne navrhnutý pre maximálny výkon, v tomto x86 exceluje. Čiastočne je to spôsobené menším počtom tranzistorov. V poslednej dobe sa však zvyšuje výkon procesorov ARM a už sa dajú naplno využiť v notebookoch alebo serveroch.

závery

V tomto článku sme sa pozreli na to, ako sa ARM líši od x86. Rozdiely sú dosť vážne. V poslednej dobe sa však hranica medzi oboma architektúrami stiera. Procesory ARM sú čoraz produktívnejšie a rýchlejšie a procesory x86 vďaka zmenšeniu konštrukčného prvku dosky začnú spotrebovávať menej energie a generovať menej tepla. Procesory ARM už nájdete na serveroch a notebookoch a x86 na tabletoch a smartfónoch.

Čo si myslíte o týchto x86 a ARM? Aká technológia je podľa vás budúcnosť? Napíšte do komentárov! Mimochodom, .

Na záver videa o vývoji architektúry ARM: