Σύγκριση Αρμ. Όλα για την αρχιτεκτονική των φορητών επεξεργαστών ARM Cortex A53. Το όνομά τους είναι λεγεώνα

Γνωρίζουμε εδώ και αρκετό καιρό ότι θα δούμε τους πρώτους επεξεργαστές ARM να υποστηρίζουν το σύνολο εντολών ARMv8 64-bit στα τέλη του 2013 ή στις αρχές του 2014. Ωστόσο, τι είδους CPU θα είναι αυτές παραμένει ένα μυστήριο. Κατά τη διάρκεια του τελευταίου συνεδρίου ARM TechCon, ο Βρετανός προγραμματιστής chip παρουσίασε τους δύο νέους επεξεργαστές Cortex-A53 και Cortex-A57, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο σε αγορά κινητής τηλεφωνίας— πρώτα απ 'όλα, δημιουργούνται για την αγορά μικροδιακομιστών. Παρεμπιπτόντως, αυτά τα τσιπ θα πρέπει να αντιμετωπίσουν τον ανταγωνισμό από την Intel, η οποία ετοιμάζει επίσης την κυκλοφορία μιας ειδικής πλατφόρμας Bay Trail (οι επεξεργαστές φέρουν την κωδική ονομασία Valleyview) για την αγορά μικροδιακομιστών στα τέλη του 2013 ή το πρώτο τρίμηνο του 2014.

Το συνέδριο TechCon 2012 γενικά αποδείχθηκε πλούσιο σε ανακοινώσεις υψηλού προφίλ, σε αντίθεση με τα προηγούμενα χρόνια. Απλώς δείτε την ανακοίνωση της προμήθειας υβριδικών επεξεργαστών 64-bit x86/ARM από την AMD για διακομιστές με την επωνυμία Opteron το 2014. Αν και δεν υπάρχουν ακόμη δεδομένα για αυτά τα τσιπ, μπορούμε να υποθέσουμε ότι μιλάμε για συνδυασμό ενεργειακά αποδοτικών πυρήνων Jaguar 64-bit με πυρήνες ARMv8, χρησιμοποιώντας οπτικές επικοινωνίες SeaMicro Freedom Fabric και, πιθανώς, γραφικά Volcanic Islands.

Το δεύτερο αξιοσημείωτο γεγονός του συνεδρίου ήταν η επίδειξη από την Cadence και την IBM ενός δοκιμαστικού τσιπ ARMv8 που βασίζεται σε τεχνολογία διαδικασίας 14 nm χρησιμοποιώντας FinFET (τα λεγόμενα τρανζίστορ 3D) και FD-SOI (η επόμενη γενιά πυριτίου σε μονωτή). τεχνολογία). Ο συνδυασμός FinFET και FD-SOI θεωρείται σοβαρό πλεονέκτημα σε σχέση με τις τεχνολογικές διαδικασίες του ανταγωνιστικού εργοστασίου TSMC. Η ανάπτυξη μαζικής παραγωγής 14 nm από την IBM, την GlobalFoundries και τη Samsung Electronics αναμένεται το 2014. Οι τρεις εταιρείες που αναφέρονται είναι μέλη της Common Platform Alliance και εργάζονται από κοινού για την ανάπτυξη νέων τεχνολογικών κανόνων. Η μαζική παραγωγή γκοφρετών πυριτίου 14nm FinFET/FD-SOI θα ξεκινήσει για πρώτη φορά στα εργοστάσια της IBM και της GlobalFoundries στην πολιτεία της Νέας Υόρκης, καθώς και στο εργοστάσιο της Samsung στο Τέξας.

Τέλος, το αποκορύφωμα του προγράμματος ήταν η ανακοίνωση των πραγματικών διαδόχων των δημοφιλών πυρήνων επεξεργαστών Cortex-A9 (2009) και Cortex-A15 (2012). Οι νέοι πυρήνες ονομάζονται Cortex-A53 και Cortex-A57, αντίστοιχα. Αυτές είναι οι πρώτες λύσεις αναφοράς που βασίζονται στην όγδοη γενιά αρχιτεκτονικής ARM (σετ εντολών ARMv8 64-bit) και απευθύνονται στην αγορά ισχυρά smartphones, tablet, υβριδικά προϊόντα κινητής τηλεφωνίας και, φυσικά, για χρήση στον τομέα των διακομιστών υψηλής πυκνότητας.

Σύμφωνα με την ARM, ο πυρήνας Cortex-A53 είναι «ο πιο αποτελεσματικός επεξεργαστής ARM που δημιουργήθηκε ποτέ»: είναι ικανός να παρέχει απόδοση σε επίπεδο Cortex-A9 ενώ υποστηρίζει οδηγίες 64-bit και είναι πλήρως συμβατός με το ARMv7. Όταν κατασκευάζεται με την ίδια τεχνολογία διεργασίας 32 nm, ο πυρήνας Cortex-A53 θα καταλαμβάνει 40% λιγότερη επιφάνεια σε σύγκριση με τον Cortex-A9. Αν συγκρίνουμε τον πυρήνα Cortex-A53 των 20nm με τον Cortex-A9 των 32nm, ο πρώτος θα είναι 4 φορές μικρότερος. Η ARM ισχυρίζεται επίσης ότι κατά την εκτόξευση ο πυρήνας θα καταναλώνει 4 φορές λιγότερη ενέργεια σε σύγκριση με τους τρέχοντες πυρήνες Cortex-A9, υποθέτοντας την ίδια απόδοση.

Ταυτόχρονα, το τσιπ Cortex-A57 ονομάζεται «ο πιο προηγμένος επεξεργαστής ARM υψηλής απόδοσης. Αυτό είναι εύκολα πιστευτό, καθώς το ARM υπόσχεται τριπλή απόδοση σε λειτουργία 32-bit σε σύγκριση με τους σύγχρονους πυρήνες Cortex-A15 και 5 φορές ανώτερη ενεργειακή απόδοση. Η επεκτασιμότητα του Cortex-A57 σάς επιτρέπει να δημιουργείτε κρυστάλλους με 16 ή περισσότερους πυρήνες. Σε ένα δελτίο τύπου, η εταιρεία επισημαίνει ότι ενώ η απόδοση των παλαιότερων υπολογιστών, ο πυρήνας Cortex-A57 έχει κατανάλωση ενέργειας κινητές συσκευές. Η ARM επισημαίνει επίσης την υποστήριξη για ειδικές οδηγίες που μπορούν να επιταχύνουν την κρυπτογράφηση κατά 10 φορές.

Η ARM σημειώνει ότι οι πυρήνες Cortex-A57 και Cortex-A53 μπορούν να λειτουργήσουν είτε χωριστά είτε σε συνδυασμό χρησιμοποιώντας την τεχνολογία big.LITTLE (όπως ένας συνδυασμός Cortex-A15 και Cortex-A7), η οποία μπορεί να επιτύχει βέλτιστη απόδοση και ενεργειακή απόδοση.

Κύρια χαρακτηριστικά του Cortex-A53:

• Διευθυνσιοδότηση εικονικής μνήμης 40-bit.
• υποστήριξη έως και 1 TB μνήμης RAM (από LPDDR3 έως DDR4).
• 8 έως 64 KB προσωρινή μνήμη εντολών L1 και 8 έως 64 KB προσωρινή μνήμη δεδομένων L1.
• μαθηματικός συνεπεξεργαστής

Κύρια χαρακτηριστικά του Cortex-A57:

• υποστήριξη για την εκτέλεση εντολών με αλλαγές ακολουθίας.
• Πυρήνας ARMv8 με υποστήριξη για υπολογισμούς 32 και 64 bit.
• Διευθυνσιοδότηση εικονικής μνήμης 44-bit.
• υποστήριξη για έως και 16 TB μνήμης RAM (από LPDDR3 έως DDR4).
• 48 KB L1 cache εντολών και 32 KB L1 cache δεδομένων.
• Μηχανή SIMD πολυμέσων NEON.
• Μαθηματικός συνεπεξεργαστής?
• 128 KB έως 2 MB προσωρινή μνήμη L2 (με υποστήριξη ECC).
• 128-bit CoreLink Interconnect (CCI-400 και CCN-504).

Η ARM ανακοίνωσε τα ονόματα έξι εταιρειών που θα χρησιμοποιήσουν πυρήνες Cortex-A53/A57 στα τσιπ τους: AMD, Broadcom, Calxeda, HiSilicon/Huawei, Samsung Electronics και STMicroelectronics. Έτσι, τουλάχιστον, μπορούμε να περιμένουμε νέα τσιπ για κινητά με γραφικά Cortex-A53/A57 και Mali-T600 από τη Huawei και τη Samsung. Οι πρώτοι τέτοιοι επεξεργαστές αναμένεται να εμφανιστούν το 2014.

Αυτό το άρθρο θα συζητήσει την αρχιτεκτονική του επεξεργαστή.. Τα προϊόντα ημιαγωγών που βασίζονται σε αυτό βρίσκονται σε smartphone, δρομολογητές, tablet PC και άλλες φορητές συσκευές, όπου μέχρι πρόσφατα κατείχε ηγετική θέση σε αυτό το τμήμα της αγοράς. Τώρα σταδιακά αντικαθίσταται από νεότερες και πιο φρέσκες λύσεις επεξεργαστών.

Σύντομες πληροφορίες για την εταιρεία ARM

Η ιστορία της ARM χρονολογείται από το 1990, όταν ιδρύθηκε από τον Robin Saxby. Η βάση για τη δημιουργία του ήταν μια νέα αρχιτεκτονική μικροεπεξεργαστή. Εάν πριν από αυτό τις δεσπόζουσες θέσεις στην αγορά CPU καταλάμβαναν x86 ή CISC, τότε μετά τη σύσταση αυτής της εταιρείας αξιόλογη εναλλακτικήμε τη μορφή RISC. Στην πρώτη περίπτωση, η εκτέλεση του κώδικα προγράμματος μειώθηκε σε 4 στάδια:

Λήψη οδηγιών μηχανήματος.

Εκτελέστε μετατροπή μικροκώδικα.

Λήψη μικροοδηγιών.

Βήμα προς βήμα εκτέλεση μικροεντολών.

ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ η βασική ιδέα της αρχιτεκτονικήςΥΠΕΝΓ ήταν ότι η επεξεργασία του κώδικα προγράμματος μπορεί να μειωθεί σε 2 στάδια:

Παραλαβή RISC-οδηγίες.

Θεραπεία RISC-οδηγίες.

ΠΡΟΣ ΤΗΝ Τόσο στην πρώτη όσο και στη δεύτερη περίπτωση υπάρχουν τόσο πλεονεκτήματα όσο και σημαντικά μειονεκτήματα. Το x86 κατέκτησε με επιτυχία την αγορά των υπολογιστών καιRISC (συμπεριλαμβανομένου, εισήχθη το 2011) - η αγορά κινητών συσκευών.

Η ιστορία της αρχιτεκτονικής Cortex A7. Βασικά χαρακτηριστικά

Η βάση για το "Cortex A7" ήταν το "Cortex A8". Η κύρια ιδέα των προγραμματιστών σε αυτήν την περίπτωση ήταν να αυξήσουν την απόδοση και να βελτιώσουν σημαντικά την ενεργειακή απόδοση της λύσης επεξεργαστή. Αυτό ακριβώς πέτυχαν τελικά οι μηχανικοί της ARM. Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό σε αυτή την περίπτωση ήταν ότι κατέστη δυνατή η δημιουργία CPU με τεχνολογία big.LITTLE. Δηλαδή, ο κρύσταλλος ημιαγωγών θα μπορούσε να περιλαμβάνει 2 υπολογιστικές μονάδες. Ένα από αυτά στόχευε στην επίλυση των απλούστερων προβλημάτων με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας και, κατά κανόνα, οι πυρήνες Cortex A7 έπαιξαν αυτόν τον ρόλο. Το δεύτερο προοριζόταν να τρέξει το πιο περίπλοκο λογισμικό και βασίστηκε στις υπολογιστικές μονάδες Cortex A15 ή Cortex A17. Επίσημα, το "Cortex A7" παρουσιάστηκε, όπως σημειώθηκε νωρίτερα, το 2011. Λοιπόν, ο πρώτος επεξεργαστής ARM Cortex A7 κυκλοφόρησε ένα χρόνο αργότερα, δηλαδή το 2012.

Τεχνολογία παραγωγής

Αρχικά, τα προϊόντα ημιαγωγών με βάση το A7 παράγονταν σύμφωνα με τα πρότυπα τεχνολογίας 65 nm. Τώρα αυτή η τεχνολογία είναι απελπιστικά ξεπερασμένη. Στη συνέχεια, κυκλοφόρησαν δύο ακόμη γενιές επεξεργαστών A7 σύμφωνα με πρότυπα ανοχής 40 nm και 32 nm. Όμως έχουν γίνει πλέον άσχετοι. Τα πιο πρόσφατα μοντέλα CPU που βασίζονται σε αυτήν την αρχιτεκτονική κατασκευάζονται ήδη σε πρότυπα 28 nm και αυτά είναι αυτά που μπορούν ακόμα να βρεθούν σε προσφορά. Μια περαιτέρω μετάβαση σε νεότερα με νέα πρότυπα ανοχής και ξεπερασμένη αρχιτεκτονική είναι απίθανο να αναμένεται. Τα τσιπ που βασίζονται στο A7 καταλαμβάνουν πλέον το πιο οικονομικό τμήμα της αγοράς κινητών συσκευών και σταδιακά αντικαθίστανται από gadget που βασίζονται στο A53, το οποίο, με σχεδόν τις ίδιες παραμέτρους ενεργειακής απόδοσης, έχει περισσότερες υψηλό επίπεδοΤαχύτητα.

Αρχιτεκτονική του πυρήνα μικροεπεξεργαστή

1, 2, 4 ή 8 πυρήνες μπορούν να συμπεριληφθούν σε CPU που βασίζονται σε ARM Cortex A7. Χαρακτηριστικά Οι επεξεργαστές στην τελευταία περίπτωση υποδεικνύουν ότι το τσιπ αποτελείται ουσιαστικά από 2 συμπλέγματα των 4 πυρήνων.Για 2-3 χρόνια, τα προϊόντα επεξεργαστών αρχικού επιπέδου βασίζονταν σε τσιπ με 1 ή 2 υπολογιστικές μονάδες. Το μεσαίο επίπεδο καταλήφθηκε από λύσεις 4 πυρήνων. Λοιπόν, το τμήμα premium ήταν για μάρκες 8 πυρήνων. Κάθε πυρήνας μικροεπεξεργαστή που βασίζεται σε αυτήν την αρχιτεκτονική περιλάμβανε τις ακόλουθες ενότητες:

σι μονάδα επεξεργασίας κινητής υποδιαστολής (FPU).

Προσωρινή μνήμη επιπέδου 1.

ΟΙΚΟΔΟΜΙΚΟ ΤΕΤΡΑΓΩΝΟ ΝΕΟγια βελτιστοποίηση της απόδοσης της CPU.

Υπολογιστική μονάδαARMv7.

Υπήρχαν επίσης τα ακόλουθα κοινά στοιχεία για όλους τους πυρήνες της CPU:

Μετρητά L2.

Μονάδα ελέγχου πυρήνα CoreSight.

Ελεγκτής διαύλου ελέγχου δεδομένων AMBA με χωρητικότητα 128 bit.

Πιθανές συχνότητες

Η μέγιστη συχνότητα ρολογιού για μια δεδομένη αρχιτεκτονική μικροεπεξεργαστή μπορεί να κυμαίνεται από 600 MHz έως 3 GHz. Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι αυτή η παράμετρος, η οποία υποδεικνύει τη μέγιστη επίδραση στην απόδοση υπολογιστικό σύστημα, αλλαγές. Επιπλέον, η συχνότητα επηρεάζεται από τρεις παράγοντες ταυτόχρονα:

Το επίπεδο πολυπλοκότητας του προβλήματος που επιλύεται.

Ο βαθμός βελτιστοποίησης λογισμικού για multithreading.

Η τρέχουσα τιμή της θερμοκρασίας του κρυστάλλου ημιαγωγού.

Για παράδειγμα, λάβετε υπόψη τον αλγόριθμο λειτουργίας του τσιπ MT6582, ο οποίος βασίζεται στο A7 και περιλαμβάνει 4 υπολογιστικές μονάδες, η συχνότητα των οποίων κυμαίνεται από 600 MHz έως 1,3 GHz. Σε κατάσταση αναμονής, αυτή η συσκευή επεξεργαστή μπορεί να έχει μόνο μία υπολογιστική μονάδα και λειτουργεί τουλάχιστον πιθανή συχνότηταστα 600 MHz. Μια παρόμοια κατάσταση θα συμβεί όταν μια απλή εφαρμογή εκκινείται σε ένα gadget για κινητά. Αλλά όταν ένα παιχνίδι έντασης πόρων και βελτιστοποιημένο για πολλαπλές κλωστές εμφανίζεται στη λίστα εργασιών, και τα 4 μπλοκ επεξεργασίας κώδικα προγράμματος σε συχνότητα 1,3 GHz θα αρχίσουν να λειτουργούν αυτόματα. Καθώς η CPU θερμαίνεται, οι πιο ζεστοί πυρήνες θα μειώσουν την ταχύτητα του ρολογιού τους ή ακόμα και θα κλείσουν. Αφενός, αυτή η προσέγγιση εξασφαλίζει ενεργειακή απόδοση και, αφετέρου, ένα αποδεκτό επίπεδο απόδοσης τσιπ.

Προσωρινή μνήμη

Μόνο 2 επίπεδα κρυφής μνήμης παρέχονται στο ARM Cortex A7. Χαρακτηριστικά κρύσταλλο ημιαγωγών, με τη σειρά του, δείχνει ότι το πρώτο επίπεδο χωρίζεται απαραίτητα σε 2 ίσα μισά. Ενας από αυτούςθα πρέπει να αποθηκεύει δεδομένα, και το άλλο - οδηγίες.Συνολικό μέγεθος cache στο επίπεδο 1σύμφωνα με τις προδιαγραφές μπορεί να είναι ίσο 64 KB. Ως αποτέλεσμα, παίρνουμε 32 KB για δεδομένα και 32 KB για κώδικα.Η κρυφή μνήμη 2ου επιπέδου θα κρεμάσει σε αυτήν την περίπτωσημι από συγκεκριμένο μοντέλοΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ. Ο μικρότερος όγκος του μπορεί να είναι 0 MB (δηλαδή απουσιάζει) και ο μεγαλύτερος μπορεί να είναι 4 MB.

Ελεγκτής RAM. Τα χαρακτηριστικά του

Οποιοσδήποτε επεξεργαστής ARM Cortex A7 διαθέτει ενσωματωμένο ελεγκτή RAM. Τα χαρακτηριστικά του τεχνικού σχεδίου δείχνουν ότι έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί σε συνδυασμό με την τυπική μνήμη RAM LPDDR3. Οι συνιστώμενες συχνότητες μνήμης λειτουργίας σε αυτήν την περίπτωση είναι 1066 MHz ή 1333 MHz. Το μέγιστο μέγεθος μνήμης RAM που μπορεί να βρεθεί στην πράξη για αυτό το μοντέλο chip είναι 2 GB.



Ενσωματωμένα Γραφικά

Όπως ήταν αναμενόμενο, αυτές οι συσκευές μικροεπεξεργαστή έχουν ενσωματωμένο υποσύστημα γραφικών. Ο κατασκευαστής ARM συνιστά τη χρήση σε συνδυασμό με αυτήν τη CPU κάρτα γραφικώνδική του ανάπτυξη Mali-400MP2. Αλλά η απόδοσή του τις περισσότερες φορές δεν είναι αρκετή για να ξεκλειδώσει το δυναμικό μιας συσκευής μικροεπεξεργαστή. Επομένως, οι προγραμματιστές τσιπ χρησιμοποιούν πιο ισχυρούς προσαρμογείς σε συνδυασμό με αυτό το τσιπ, για παράδειγμα, το Power VR6200.

Χαρακτηριστικά λογισμικού

Τρεις τύποι λειτουργικών συστημάτων στοχεύουν σε επεξεργαστές ARM:

Android από τον γίγαντα αναζήτησης Google.

iOS από την APPLE.

Windows Mobile από τη Microsoft.

Όλα τα άλλα είναι συστημικά λογισμικόδεν έχει γίνει ακόμη ευρέως διαδεδομένο. Όπως μπορείτε να μαντέψετε, το μεγαλύτερο μερίδιο στην αγορά τέτοιου λογισμικού κατέχει το Android. Αυτό το σύστημα έχει ένα απλό και καθαρή διεπαφήκαι οι συσκευές εισαγωγικού επιπέδου που βασίζονται σε αυτό είναι πολύ, πολύ προσιτές. Μέχρι την έκδοση 4.4 συμπεριλαμβανομένης, ήταν 32-bit και με την έκδοση 5.0 άρχισε να υποστηρίζει υπολογιστές 64-bit. Αυτό το λειτουργικό σύστημα εκτελείται με επιτυχία σε οποιαδήποτε οικογένεια επεξεργαστών RISC, συμπεριλαμβανομένου του ARM Cortex A7. Μηχανικό μενού- αυτό είναι άλλο σημαντικό χαρακτηριστικόαυτό το λογισμικό συστήματος. Με τη βοήθειά του, μπορείτε να ρυθμίσετε σημαντικά τις δυνατότητες του λειτουργικού συστήματος. Αυτό το μενού μπορεί να προσπελαστεί χρησιμοποιώντας έναν κωδικό που είναι ξεχωριστός για κάθε μοντέλο CPU.

Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό αυτού του λειτουργικού συστήματος είναι η εγκατάσταση όλων πιθανές ενημερώσειςαυτομάτως. Επομένως, ακόμη και νέα χαρακτηριστικά μπορεί να εμφανιστούν σε μάρκες από την οικογένεια ARM Cortex A7. Το υλικολογισμικό μπορεί να τα προσθέσει. Το δεύτερο σύστημα απευθύνεται σε κινητά gadget της APPLE. Τέτοιες συσκευές καταλαμβάνουν κυρίως την κατηγορία premium και έχουν αντίστοιχα επίπεδα απόδοσης και κόστους. Το πιο πρόσφατο λειτουργικό σύστημα, τα Windows Mobile, δεν έχει γίνει ακόμη ευρέως διαδεδομένο. Υπάρχουν συσκευές που βασίζονται σε αυτό σε οποιοδήποτε τμήμα κινητών gadget, αλλά η μικρή ποσότητα λογισμικού εφαρμογών σε αυτήν την περίπτωση είναι ένας περιοριστικός παράγοντας για τη διάδοσή του.



Μοντέλα επεξεργαστών

Τα πιο προσιτά και λιγότερο παραγωγικά σε αυτή την περίπτωση είναι τα τσιπ ενός πυρήνα. Το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο από αυτά είναι το MT6571 της MediaTek. Ένα βήμα πιο πάνω βρίσκονται οι επεξεργαστές διπλού πυρήνα ARM Cortex A7 Dual Core. Ένα παράδειγμα είναι το MT6572 του ίδιου κατασκευαστή. Ένα ακόμη μεγαλύτερο επίπεδο απόδοσης παρείχε ο Quad Core ARM Cortex A7. Το πιο δημοφιλές τσιπ αυτής της οικογένειας είναι το MT6582, το οποίο τώρα μπορεί να βρεθεί ακόμη και στο gadget για κινητάεπίπεδο εισόδου. Λοιπόν, το υψηλότερο επίπεδο απόδοσης παρέχεται από τον 8-πύρηνο κεντρικές μονάδες επεξεργασίας, στην οποία ανήκε το MT6595.

Περαιτέρω προοπτικές ανάπτυξης

Μπορείτε ακόμα να βρείτε φορητές συσκευές στα ράφια των καταστημάτων που βασίζονται σε μια συσκευή επεξεργαστή ημιαγωγών που βασίζεται στο 4X ARM Cortex A7. Αυτά είναι τα MT6580, MT6582 και Snapdragon 200. Όλα αυτά τα τσιπ περιλαμβάνουν 4 υπολογιστικές μονάδες και έχουν εξαιρετικό επίπεδο ενεργειακής απόδοσης. Επίσης, το κόστος σε αυτή την περίπτωση είναι πολύ, πολύ μέτριο. Ωστόσο, οι καλύτερες εποχές αυτής της αρχιτεκτονικής μικροεπεξεργαστή είναι ήδη πίσω μας. Η κορύφωση των πωλήσεων προϊόντων που βασίστηκαν σε αυτό έπεσε το 2013-2014, όταν ουσιαστικά δεν υπήρχε εναλλακτική λύση στην αγορά κινητών gadget. Επιπλέον, σε αυτή την περίπτωση μιλάμε τόσο για συσκευές προϋπολογισμού με 1 ή 2 υπολογιστικές μονάδες όσο και για κορυφαίες συσκευές με CPU 8 πυρήνων. Αυτή τη στιγμή, αντικαθίσταται σταδιακά από την αγορά από το Cortex A53, το οποίο είναι ουσιαστικά μια τροποποιημένη έκδοση 64-bit του A7. Ταυτόχρονα, διατήρησε εξ ολοκλήρου τα κύρια πλεονεκτήματα του προκατόχου του και το μέλλον σίγουρα του ανήκει.



Γνώμη ειδικών και χρηστών. Πραγματικές κριτικές για μάρκες που βασίζονται σε αυτήν την αρχιτεκτονική. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Φυσικά, ένα σημαντικό γεγονός για τον κόσμο των κινητών συσκευών ήταν η εμφάνιση της αρχιτεκτονικής συσκευών μικροεπεξεργαστή ARM Cortex A7. Η καλύτερη απόδειξη αυτού είναι ότι οι συσκευές που βασίζονται σε αυτό έχουν ήδη πωληθεί με επιτυχία για περισσότερα από 5 χρόνια. Φυσικά, τώρα οι δυνατότητες μιας CPU που βασίζεται σε A7 δεν είναι πλέον αρκετές ούτε για την επίλυση προβλημάτων μεσαίου επιπέδου, αλλά ο απλούστερος κώδικας προγράμματος σε τέτοια τσιπ εξακολουθεί να λειτουργεί με επιτυχία μέχρι σήμερα. Η λίστα τέτοιων λογισμικών περιλαμβάνει την αναπαραγωγή βίντεο, την ακρόαση ηχογραφήσεων, την ανάγνωση βιβλίων, την περιήγηση στο διαδίκτυο και ακόμη και τα πιο απλά παιχνίδια που θα κυκλοφορήσουν σε αυτήν την περίπτωση χωρίς κανένα πρόβλημα. Σε αυτό ακριβώς επικεντρώνονται τόσο οι κορυφαίοι ειδικοί αυτού του είδους όσο και οι απλοί χρήστες σε κορυφαίες θεματικές πύλες αφιερωμένες σε gadget και συσκευές για κινητές συσκευές. Το βασικό μειονέκτημα του A7 είναι η έλλειψη υποστήριξης για υπολογιστές 64-bit. Λοιπόν, τα κύρια πλεονεκτήματά του περιλαμβάνουν τον ιδανικό συνδυασμό ενεργειακής απόδοσης και απόδοσης.



Αποτελέσματα

Φυσικά, Cortex A7 - Αυτή είναι μια ολόκληρη εποχή στον κόσμο των φορητών συσκευών. Ήταν με την έλευση του που οι φορητές συσκευές έγιναν προσβάσιμες και αρκετά παραγωγικές. Και μόνο το γεγονός ότι έχει πωληθεί με επιτυχία για περισσότερα από 5 χρόνια, πάρα πολύ για αυτόεπιβεβαίωση. Αλλά αν στην αρχή τα gadget που βασίζονταν σε αυτό καταλάμβαναν τα μεσαία και premium τμήματα της αγοράς, τώρα μόνο η οικονομική κατηγορία παραμένει πίσω τους. Αυτή η αρχιτεκτονική είναι ξεπερασμένη και σταδιακά γίνεται παρελθόν.

Πρόσφατα, η ίδια η διατύπωση της ερώτησης φαινόταν αδιανόητη, αλλά η ανάπτυξη της τεχνολογίας και οι ιδιορρυθμίες της αγοράς οδήγησαν σε μια κατάσταση όπου είναι δυνατός ο πραγματικός ανταγωνισμός.

Πιο πρόσφατα, η ίδια η διατύπωση της ερώτησης φαινόταν αδιανόητη: είναι ακόμη δυνατό να συγκριθεί ένας «τηλεφωνικός» επεξεργαστής με τσιπ που χρησιμοποιούνται σε «προσωπικούς υπολογιστές», διακομιστές, ακόμη και υπερυπολογιστές; Εν τω μεταξύ, η ανάπτυξη της τεχνολογίας και οι ιδιορρυθμίες της αγοράς οδήγησαν σε μια κατάσταση όπου οι ειδικοί συζητούν σοβαρά το ενδεχόμενο όχι μόνο ανταγωνισμού μεταξύ των επεξεργαστών ARM και των τσιπ x86, αλλά και μιας σκληρής μάχης μεταξύ τους.

Πρώτα απ 'όλα, ας ορίσουμε τις έννοιες και ας γνωρίσουμε πιθανούς αντιπάλους.

Οι κεντρικοί επεξεργαστές x86 είναι μικροεπεξεργαστές που υποστηρίζουν το ομώνυμο σύνολο εντολών και έχουν μια μικροαρχιτεκτονική που προέρχεται από το IA-32, δηλαδή το Intel Architecture 32-bit. Τα τσιπ είναι χτισμένα στην αρχιτεκτονική CISC (Complex Instruction Set Computing), στην οποία κάθε εντολή μπορεί να εκτελέσει πολλές λειτουργίες χαμηλού επιπέδου ταυτόχρονα.

Ιστορικά, η οικογένεια x86 χρονολογείται από τα 16-bit μοντέλα Intel 8086, κυκλοφόρησε το 1978. Αυτοί οι επεξεργαστές έγιναν 32-bit μόλις το 1985, όταν παρουσιάστηκε το πρώτο "386th". Το 1989 έτος Intelκυκλοφόρησε το πρώτο βαθμωτό (δηλαδή εκτέλεση μιας λειτουργίας σε έναν κύκλο ρολογιού) chip i486 (80486), το οποίο για πρώτη φορά διέθετε ενσωματωμένη μνήμη cache και μια μονάδα FPU κινητής υποδιαστολής. Οι επεξεργαστές Pentium, που παρουσιάστηκαν το 1993, ήταν οι πρώτοι superscalar (δηλαδή εκτελούν πολλές λειτουργίες ανά κύκλο ρολογιού) και superpipeline (αυτά τα τσιπ είχαν δύο αγωγούς).

Ετσι, Τα σύγχρονα τσιπ συμβατά με x86 είναι μικροεπεξεργαστές superpipeline superscalar, κατασκευασμένοι στην αρχιτεκτονική CISC.

Οι επεξεργαστές ARM είναι τσιπ 32-bit που βασίζονται στην αρχιτεκτονική RISC (Reduced Instruction Set Computer), δηλαδή με μειωμένο σύνολο εντολών. Αυτή η αρχιτεκτονική βασίζεται στην ιδέα της αύξησης της απόδοσης μεγιστοποιώντας την απλοποίηση των εντολών και περιορίζοντας το μήκος τους.

Η ιστορία των επεξεργαστών ARM ξεκίνησε το 1978, όταν δημιουργήθηκε η βρετανική εταιρεία Acorn Computers. Η μάρκα Acorn παρήγαγε αρκετά εξαιρετικά δημοφιλή μοντέλα προσωπικών υπολογιστών στην τοπική αγορά με βάση τα τσιπ οκτώ bit MOS Tech 6502, παρεμπιπτόντως, η ίδια CPU βρέθηκε στο Apple I και II και στο Commodore PET.

Ωστόσο, με την εμφάνιση του πιο προηγμένου μοντέλου 6510, το οποίο άρχισε να εγκαθίσταται στο Commodore 64 το 1982, η σειρά υπολογιστών Acorn, συμπεριλαμβανομένου του δημοφιλούς εκπαιδευτικού BBC Micro, έχασε τη σημασία του. Αυτό ώθησε τους ιδιοκτήτες του Acorn να δημιουργήσουν τον δικό τους επεξεργαστή βασισμένο στην αρχιτεκτονική 6502, ο οποίος θα τους επέτρεπε να ανταγωνίζονται επί ίσοις όροις με μηχανήματα IBM PC-class.

Το πρώτο μοντέλο παραγωγής ARM2, που αναπτύχθηκε ως μέρος του έργου Acorn RISC Machine, κυκλοφόρησε το 1986 και έγινε ο πιο δομικά απλός και φθηνός επεξεργαστής 32-bit εκείνη την εποχή: δεν του έλειπε μόνο η μνήμη cache, η οποία ήταν ο κανόνας για τα τσιπ εκείνη την εποχή, αλλά και μικροπρογράμματα: σε αντίθεση με τους επεξεργαστές CISC, ο μικροκώδικας εκτελούνταν όπως κάθε άλλος κωδικός μηχανής, μετατρέποντάς το σε απλές οδηγίες. Το τσιπ ARM2 αποτελούνταν από 30.000 τρανζίστορ και αυτός ο συμπαγής σχεδιασμός παρέμεινε χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτής της οικογένειας: το ARM6 έχει μόνο 5.000 περισσότερα τρανζίστορ.

Σε αντίθεση με την Intel ή την AMD, η ARM δεν παράγει η ίδια επεξεργαστές, προτιμώντας να πουλάει άδειες σε άλλους. Μεταξύ των εταιρειών με τέτοιες άδειες είναι η ίδια Intel και AMD, καθώς και οι VIA Technologies, IBM, NVIDIA, Nintendo, Texas Instruments, Freescale, Qualcomm και Samsung. Ένα ενδεικτικό γεγονός: ενώ η AMD, η δεύτερη εταιρεία στην αγορά των επεξεργαστών x86, γιόρτασε την κυκλοφορία του 500 εκατομμυρίου CPU της το 2009, τότε μόνο το 2009 στάλθηκαν στην αγορά σχεδόν τρία δισεκατομμύρια επεξεργαστές ARM!

Οι σύγχρονοι επεξεργαστές ARM είναι superscalar superpipeline chips που έχουν κατασκευαστεί στην αρχιτεκτονική RISC.

Κρίνοντας από αυτούς τους δύο ορισμούς, σχεδόν η μόνη τυπική διαφορά μεταξύ των οικογενειών ARM και x86 είναι οι μικροαρχιτεκτονικές RISC και CISC. Ωστόσο, αυτό δεν μπορεί πλέον να θεωρείται θεμελιώδης διαφορά: ξεκινώντας με την τροποποίηση i486DX, τα τσιπ x86 άρχισαν να μοιάζουν περισσότερο με επεξεργαστές RISC. Ξεκινώντας από αυτή τη γενιά, τα μικροκυκλώματα, ενώ διατηρούν τη συμβατότητα με όλα τα προηγούμενα σετ εντολών, επιδεικνύουν μέγιστη απόδοση μόνο με ένα περιορισμένο σύνολο απλές οδηγίες, το οποίο μοιάζει ύποπτα με ένα σύνολο εντολών RISC. Επομένως, ο σημερινός x86 μπορεί να θεωρηθεί με ασφάλεια επεξεργαστές CISC με πυρήνες RISC: ένας μεταφραστής υλικού ενσωματωμένος στο τσιπ αποκωδικοποιεί περίπλοκες οδηγίες CISC σε ένα σύνολο απλών εσωτερικών εντολών RISC. Παρόλο που κάθε εντολή CISC μπορεί να αποσυντεθεί σε πολλές εντολές RISC, η ταχύτητα εκτέλεσης των τελευταίων παρέχει σημαντική αύξηση της απόδοσης. Επιπλέον, δεν πρέπει να ξεχνάμε την υπερκλιμάκωση και την υπερσωλήνωση των σύγχρονων τσιπ.

Μια άλλη διαφορά είναι πολύ πιο σημαντική: η μερίδα του λέοντος του x86 είναι γενικούς επεξεργαστές, "κρέμασε" με μια ποικιλία διαφορετικών μπλοκ και μονάδων, τα οποία έχουν σχεδιαστεί για να αντιμετωπίζουν με επιτυχία σχεδόν κάθε εργασία - από την περιήγηση στο διαδίκτυο και την επεξεργασία αρχεία κειμένουπριν την κωδικοποίηση βίντεο υψηλής ανάλυσηςκαι εργασία με τρισδιάστατα γραφικά. Τα τσιπ ARM ​​που στοχεύουν στη χρήση σε smartphone και άλλες φορητές συσκευές έχουν εντελώς διαφορετικούς στόχους και δυνατότητες.

Τότε σε τι πρέπει να χωριστούν τόσο διαφορετικά προϊόντα; Φυσικά, είναι παράλογο να συγκρίνουμε τον τετραπύρηνο Core i5 και τον «τηλεφωνικό» Qualcomm MSM7201A που βρίσκεται στους επικοινωνητές HTC Dream και Hero, αλλά υπάρχουν κλίμακες όπου οι αγορές ARM και i86 επικαλύπτονται σήμερα. Πρόκειται, αφενός, για τα τελευταία τσιπ ARM ​​όπως το Cortex-A8 (αρχιτεκτονική ARMv7-A) και, αφετέρου, για επεξεργαστές x86 χαμηλής τάσης της κατηγορίας Intel Atom. Ένα μοντέρνο tablet είναι κατασκευασμένο με βάση το Cortex-A8 Apple iPad, και τα Intel Atoms λειτουργούν στη συντριπτική πλειοψηφία των netbook.

Αυτά τα τσιπ έχουν ένα άλλο σημαντικό γενικό χαρακτηριστικό: Και οι δύο αυτοί επεξεργαστές λειτουργούν με βάση την αρχή της διαδοχικής εκτέλεσης εντολών, ενώ οι περισσότεροι επεξεργαστές x86 είναι επεξεργαστές εκτός σειράς. Αυτό το σχέδιο προορίζεται να επιτύχει μέγιστη απόδοσηανά watt κατανάλωσης ενέργειας λόγω της εξάλειψης των μονάδων που είναι υπεύθυνες για την ακατάλληλη εκτέλεση των εντολών.

Το Atom έχει επίσης αρκετές θεμελιώδεις διαφορές από το Cortex-A8. Πρώτα απ 'όλα, σχεδόν όλα τα τσιπ αυτής της οικογένειας υποστηρίζουν την τεχνολογία παράλληλων υπολογιστών Hyper-Threading, η οποία επιτρέπει σε έναν φυσικό πυρήνα να αναπαρασταθεί ως δύο εικονικοί. Αυτό είναι ένα πολύ σημαντικό πλεονέκτημα που αυξάνει σημαντικά την απόδοση, όχι μόνο στις μέχρι τώρα σχετικά σπάνιες εφαρμογές πολλαπλών νημάτων, αλλά και κατά την εκτέλεση εντολών που χρησιμοποιούν εντατικά συστήματα I/O. Για παράδειγμα, το Atom με Hyper-Threading φορτώνει τα Windows αισθητά πιο γρήγορα από το αντίστοιχο μονοπύρηνο VIA Nano χωρίς υποστήριξη για αυτήν τη λειτουργία.

Μια πρακτική σύγκριση της απόδοσης του Atom και του Cortex-A8 πραγματοποιήθηκε από τον Van Smith, συγγραφέα των πακέτων δοκιμών OpenSourceMark και miniBench και έναν από τους συν-συγγραφείς SiSoftware Sandra. Δοκιμάσαμε μηχανήματα που βασίζονται σε επεξεργαστές Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050 και, για σύγκριση, με βάση το κινητό Athlon XP-M στον πυρήνα Barton. Δεδομένου ότι τα χαρακτηριστικά του Cortex-A8 με συχνότητα ρολογιού 800 MHz λήφθηκαν ως σημείο εκκίνησης, οι συχνότητες λειτουργίας των VIA Nano και Athon μειώθηκαν στην ίδια τιμή και το Atom στα 1000 MHz (δεν ήταν δυνατή περαιτέρω μείωση ). Ταυτόχρονα, το Cortex-A8 έχει ακόμα αρκετά προφανώς αδύναμα σημεία: υποστήριξη αργής μνήμης 32-bit DDR2-200 και περισσότερα από μέτρια ενσωματωμένα γραφικά με μέγιστη ανάλυση 1024 επί 768 με βάθος χρώματος δεκαέξι bit. Όλες οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε συστήματα που εκτελούν το λειτουργικό σύστημα Ubuntu 9.04 Linux.

Τα αποτελέσματα των δοκιμών αποδείχθηκαν κάτι παραπάνω από ενδιαφέροντα: Το Cortex-A8 έδειξε αρκετά ανταγωνιστική απόδοση σε υπολογισμούς ακεραίων με σημαντικά χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας σε σύγκριση με τους ανταγωνιστές του. Όπως ήταν αναμενόμενο, μόνο οι δοκιμές για το εύρος ζώνης μνήμης και τους υπολογισμούς κινητής υποδιαστολής, η παραδοσιακή «αχίλλειος πτέρνα» των τσιπ ARM, αποδείχθηκαν αποτυχίες. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι επεξεργαστές ARM δεν είχαν γενικά μονάδες FPU και παρόλο που το Cortex-A8 έχει δύο τέτοιες μονάδες (Neon 32-bit SP και VFP), η ισχύς τους σαφώς δεν είναι αρκετή. Οι υπολογισμοί κινητής υποδιαστολής είναι 3D παιχνίδιακαι επιστημονική μοντελοποίηση και ορισμένοι τύποι επεξεργασίας και κωδικοποίησης βίντεο και ήχου. Έτσι, εάν οι κατασκευαστές επεξεργαστών ARM στοχεύουν πραγματικά στη θέση netbook, nettop και tablet, πρέπει να βελτιώσουν σημαντικά την απόδοση του FPU. Αναλυτικά αποτελέσματα όλων των δοκιμών μπορείτε να βρείτε εδώ (http://www.brightsideofnews.com/news/2010/4/7/the-coming-war-arm-versus-x86.aspx).

Θα έπρεπε να περιμένουμε έναν αγώνα μεταξύ τόσο διαφορετικών και τόσο όμοιων οικογενειών επεξεργαστών ARM και x86; Μέχρι στιγμής, όσον αφορά τις επιδόσεις σε εφαρμογές μαζικής ψυχαγωγίας, τα «όπλα» είναι σημαντικά κατώτερα ακόμη και από τα «άτομα». Ωστόσο, η προοπτική είναι ενθαρρυντική: η τελευταία αρχιτεκτονική Cortex-A9 έχει σχεδιαστεί για να δημιουργεί επεξεργαστές με έναν έως τέσσερις πυρήνες και, σύμφωνα με την ARM Limited, έχουν βελτιώσει σημαντικά την απόδοση κινητής υποδιαστολής. Τα πρώτα τσιπ που βασίζονται στο Cortex-A9 - NVIDIA Tegra 2 - είναι τσιπ διπλού πυρήνα με πυρήνα γραφικών που υποστηρίζει βίντεο Full HD 1080p και τρισδιάστατα γραφικά με τη διεπαφή λογισμικού OpenGL ES 2.0. Ένα tablet ή ένα netbook με τέτοια χαρακτηριστικά μπορεί εύκολα να ανταγωνιστεί οποιαδήποτε συσκευή που βασίζεται σε Atom. Ας προσθέσουμε εδώ εξαιρετική απόδοση, άρα και μεγάλη διάρκεια ζωής. διάρκεια ζωής μπαταρίας. Έτσι το Apple iPad μπορεί κάλλιστα να γίνει σύμβολο της αρχής της μάχης μεταξύ των τσιπ ARM ​​και των επεξεργαστών x86 στο δικό τους πεδίο.

Σίγουρα ο καθένας από εσάς αναρωτήθηκε: τι είναι το ARM; Μπορείτε συχνά να ακούσετε αυτήν τη συντομογραφία όταν μιλάτε για τον επεξεργαστή μιας συσκευής. Και μερικές φορές δεν καταλαβαίνουν όλοι πλήρως την ουσία του.

Ας πούμε αμέσως ότι η ARM είναι μια εταιρεία, αλλά η ARM είναι επίσης μια αρχιτεκτονική επεξεργαστή που ανέπτυξε η ARM.

Ένας επεξεργαστής ARM είναι μια CPU που βασίζεται στην αρχιτεκτονική RISC που αναπτύχθηκε από την Acorn Computers τη δεκαετία του 1980 και αναπτύχθηκε επί του παρόντος από την Advanced RISC Machines, εξ ου και η συντομογραφία "ARM". Επιπλέον, η συντομογραφία ARM σε σχέση άμεσα με την αρχιτεκτονική του επεξεργαστή σημαίνει Acorn RISC Machine. Με άλλα λόγια, η συντομογραφία ARM έχει δύο έννοιες.

Η Advanced RISC Machines είναι μια εταιρεία με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο που αναπτύσσει, σχεδιάζει και αδειοδοτεί αρχιτεκτονικές επεξεργαστών ARM. Η ARM αναπτύσσει μια μέθοδο για την κατασκευή επεξεργαστών ARM και εταιρείες όπως η Qualcomm και η Samsung αναπτύσσουν τους επεξεργαστές τους με βάση το ARM. Επί του παρόντος, σχεδόν όλες οι συσκευές που είναι μικρού μεγέθους και εξοπλισμένες με μπαταρία διαθέτουν επεξεργαστές βασισμένους στην αρχιτεκτονική ARM.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι αρχιτεκτονικής επεξεργαστή: CISC, RISC, MISC. Το πρώτο διακρίνεται από ένα μεγάλο σύνολο οδηγιών, δηλαδή το CISC έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί με πολύπλοκες εντολές άνισου μήκους. Το RISC, από την άλλη πλευρά, έχει ένα μειωμένο σύνολο εντολών που έχουν ενιαία μορφή και απλή κωδικοποίηση.

Για να καταλάβετε τη διαφορά, φανταστείτε ότι σας προσωπικός υπολογιστήςεγκατεστημένος επεξεργαστής από την AMD ή την Intel με Αρχιτεκτονική CISC. Οι επεξεργαστές CISC παράγουν περισσότερα από MIPS (εκατομμύρια εντολές ανά δευτερόλεπτο, δηλαδή ο αριθμός των συγκεκριμένων εντολών που εκτελούνται από τον επεξεργαστή σε ένα δευτερόλεπτο).

Οι επεξεργαστές RICS έχουν λιγότερα τρανζίστορ, γεγονός που τους επιτρέπει να καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια. Ο μειωμένος αριθμός οδηγιών επιτρέπει τον σχεδιασμό απλοποιημένων μικροκυκλωμάτων. Το μειωμένο μέγεθος τσιπ έχει ως αποτέλεσμα μικρότερο μέγεθος καλουπιού, το οποίο επιτρέπει τη συσκευασία περισσότερων εξαρτημάτων στον επεξεργαστή, καθιστώντας τους επεξεργαστές ARM μικρότερους και πολύ πιο αποδοτικούς σε ενέργεια.

Η αρχιτεκτονική ARM είναι τέλεια για smartphone για τα οποία η κατανάλωση ενέργειας είναι το κύριο πράγμα, ενώ όσον αφορά την απόδοση, οι επεξεργαστές ARM είναι φυσικά σημαντικά κατώτεροι από κορυφαίες λύσεις Intel και AMD. Ταυτόχρονα, οι επεξεργαστές ARM δεν μπορούν να χαρακτηριστούν αδύναμοι. Το ARM υποστηρίζει αρχιτεκτονικές τόσο 32-bit όσο και 64-bit, υπάρχει επίσης υποστήριξη για εικονικοποίηση υλικού και προηγμένη διαχείριση ενέργειας.

Η κύρια παράμετρος κατά την αξιολόγηση των επεξεργαστών ARM είναι η αναλογία απόδοσης προς την κατανάλωση ενέργειας εδώ οι επεξεργαστές ARM αποδίδουν καλύτερα από, για παράδειγμα, έναν επεξεργαστή x86 της Intel που βασίζεται στην αρχιτεκτονική CISC.

Έτσι, στην περίπτωση των υπερυπολογιστών, θα είναι πιο ελκυστικό να χρησιμοποιείτε ένα εκατομμύριο επεξεργαστές ARM αντί για χίλιους επεξεργαστές x86.

Βασισμένο σε υλικά από το androidcentral

Ο κόσμος των υπολογιστών αλλάζει ραγδαία. Οι επιτραπέζιοι υπολογιστές έχουν χάσει την πρώτη θέση στην κατάταξη πωλήσεων έναντι των φορητών υπολογιστών και πρόκειται να δώσουν την αγορά σε tablet και άλλες κινητές συσκευές. Πριν από 10 χρόνια εκτιμούσαμε τα καθαρά megahertz, την αληθινή δύναμη και την απόδοση. Τώρα, για να κατακτήσει την αγορά, ο επεξεργαστής πρέπει να είναι όχι μόνο γρήγορος, αλλά και οικονομικός. Πολλοί πιστεύουν ότι το ARM είναι η αρχιτεκτονική του 21ου αιώνα. Είναι έτσι?

Νέο - καλά ξεχασμένο παλιό

Οι δημοσιογράφοι, ακολουθώντας τους ανθρώπους του ARM PR, παρουσιάζουν συχνά αυτή την αρχιτεκτονική ως κάτι εντελώς νέο που θα έπρεπε να θάψει το γκριζομάλλη x86.

Μάλιστα, ARM και x86, βάσει των οποίων κατασκευάζονται Επεξεργαστές Intel, AMD και VIA, εγκατεστημένα σε φορητούς και επιτραπέζιους υπολογιστές, έχουν σχεδόν την ίδια ηλικία. Το πρώτο τσιπ x86 κυκλοφόρησε το 1978. Το έργο ARM ξεκίνησε επίσημα το 1983, αλλά βασίστηκε σε εξελίξεις που πραγματοποιήθηκαν σχεδόν ταυτόχρονα με τη δημιουργία του x86.

Τα πρώτα ARM εντυπωσίασαν τους ειδικούς με την κομψότητά τους, αλλά με τη σχετικά χαμηλή τους απόδοση δεν μπόρεσαν να κατακτήσουν την αγορά που απαιτούσε υψηλές ταχύτητεςκαι δεν έδωσε σημασία στην αποδοτικότητα της εργασίας. Έπρεπε να υπάρχουν ορισμένες προϋποθέσεις για να εκτοξευθεί η δημοτικότητα της ARM.

Στις αρχές της δεκαετίας του '80 και του '90, με το σχετικά φθηνό λάδι τους, τεράστια SUV με ισχυρούς κινητήρες 6 λίτρων ήταν περιζήτητα. Λίγοι ενδιαφέρθηκαν για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Αλλά στην εποχή μας, όταν ένα βαρέλι πετρελαίου κοστίζει πάνω από 100 δολάρια, τα μεγάλα αυτοκίνητα με κινητήρες που απαιτούν ενέργεια χρειάζονται μόνο οι υπόλοιποι βιάζονται να στραφούν σε οικονομικά αυτοκίνητα. Κάτι αντίστοιχο συνέβη και με την ARM. Όταν προέκυψε το ζήτημα της κινητικότητας και της αποτελεσματικότητας, η αρχιτεκτονική αποδείχθηκε ότι είχε μεγάλη ζήτηση.

Επεξεργαστής "κίνδυνος".

Το ARM είναι μια αρχιτεκτονική RISC. Χρησιμοποιεί ένα μειωμένο σύνολο εντολών - RISC (reduced instruction set computer). Αυτός ο τύπος αρχιτεκτονικής εμφανίστηκε στα τέλη της δεκαετίας του εβδομήντα, περίπου την ίδια εποχή που η Intel πρόσφερε το x86 της.

Ενώ πειραματίζονταν με διάφορους μεταγλωττιστές και επεξεργαστές μικροκώδικα, οι μηχανικοί παρατήρησαν ότι σε ορισμένες περιπτώσεις, ακολουθίες απλών εντολών εκτελούνταν πιο γρήγορα από μια μεμονωμένη σύνθετη λειτουργία. Αποφασίστηκε να δημιουργηθεί μια αρχιτεκτονική που θα περιλάμβανε εργασία με ένα περιορισμένο σύνολο απλών εντολών, η αποκωδικοποίηση και η εκτέλεση των οποίων θα απαιτούσε ελάχιστο χρόνο.

Ένα από τα πρώτα έργα επεξεργαστή RISC πραγματοποιήθηκε από μια ομάδα φοιτητών και καθηγητών στο Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϋ το 1981. Ακριβώς αυτή την περίοδο, η βρετανική εταιρεία Acorn αντιμετώπισε την πρόκληση του χρόνου. Παρήγαγε πολύ δημοφιλής στο Foggy Albion εκπαιδευτικούς υπολογιστέςΤο BBC Micro βασίζεται στον επεξεργαστή 6502, αλλά αυτοί οι οικιακόι υπολογιστές άρχισαν σύντομα να χάνουν από πιο προηγμένα μηχανήματα. Η Acorn κινδύνευε να χάσει την αγορά. Οι μηχανικοί της εταιρείας, έχοντας εξοικειωθεί με την εργασία των φοιτητών στους επεξεργαστές RISC, αποφάσισαν ότι η δημιουργία του δικού τους τσιπ θα ήταν αρκετά απλή. Το 1983, ξεκίνησε το έργο Acorn RISC Machine, το οποίο αργότερα έγινε ARM. Τρία χρόνια αργότερα κυκλοφόρησε ο πρώτος επεξεργαστής.

Πρώτος ΒΡΑΧΙΟΣ

Ήταν εξαιρετικά απλός. Τα πρώτα τσιπ ARM ​​δεν είχαν ακόμη και οδηγίες πολλαπλασιασμού και διαίρεσης, οι οποίες αντιπροσωπεύονταν από ένα σύνολο απλούστερων εντολών. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των τσιπ ήταν οι αρχές της εργασίας με τη μνήμη: όλες οι λειτουργίες με δεδομένα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν μόνο σε καταχωρητές. Ταυτόχρονα, ο επεξεργαστής δούλευε με το λεγόμενο παράθυρο μητρώου, δηλαδή μπορούσε να έχει πρόσβαση μόνο σε ένα μέρος όλων των διαθέσιμων καταχωρητών, οι οποίοι ήταν κυρίως καθολικοί και η λειτουργία τους εξαρτιόταν από τον τρόπο λειτουργίας στον οποίο βρισκόταν ο επεξεργαστής. Αυτό κατέστησε δυνατή την εγκατάλειψη της προσωρινής μνήμης στις πρώτες κιόλας εκδόσεις του ARM.

Επιπλέον, απλοποιώντας τα σύνολα εντολών, οι προγραμματιστές αρχιτεκτονικής μπόρεσαν να κάνουν χωρίς πολλά άλλα μπλοκ. Για παράδειγμα, τα πρώτα ARM στερούνταν εντελώς μικροκώδικα, καθώς και μονάδα κινητής υποδιαστολής (FPU). Ο συνολικός αριθμός τρανζίστορ στο πρώτο ARM ήταν 30.000 Σε παρόμοια x86 υπήρχαν αρκετές φορές, ή ακόμα και μια τάξη μεγέθους περισσότερες. Επιπρόσθετη εξοικονόμηση ενέργειας επιτυγχάνεται με την υπό όρους εκτέλεση εντολών. Δηλαδή, αυτή ή αυτή η λειτουργία θα εκτελεστεί εάν υπάρχει αντίστοιχο γεγονός στο μητρώο. Αυτό βοηθά τον επεξεργαστή να αποφύγει τις «περιττές κινήσεις». Όλες οι εντολές εκτελούνται διαδοχικά. Ως αποτέλεσμα, η ARM έχασε σε απόδοση, αλλά όχι σημαντικά, ενώ κέρδισε σημαντικά στην κατανάλωση ενέργειας.

Οι βασικές αρχές της αρχιτεκτονικής παραμένουν οι ίδιες όπως στο πρώτο ARM: εργασία με δεδομένα μόνο σε μητρώα, μειωμένο σύνολο εντολών, ελάχιστες πρόσθετες ενότητες. Όλα αυτά παρέχουν στην αρχιτεκτονική χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και σχετικά υψηλή απόδοση.

Προκειμένου να αυξηθεί αυτό, η ARM έχει εισαγάγει πολλά πρόσθετα σετ εντολών τα τελευταία χρόνια. Μαζί με το κλασικό ARM, υπάρχουν οι Thumb, Thumb 2, Jazelle. Το τελευταίο έχει σχεδιαστεί για να επιταχύνει την εκτέλεση του κώδικα Java.

Cortex - το πιο προηγμένο ARM

Φλοιός σύγχρονη αρχιτεκτονικήγια κινητές συσκευές, ενσωματωμένα συστήματα και μικροελεγκτές. Αντίστοιχα, οι CPU ορίζονται ως Cortex-A, οι ενσωματωμένοι - Cortex-R και οι μικροελεγκτές - Cortex-M. Όλα είναι χτισμένα στην αρχιτεκτονική ARMv7.

Η πιο προηγμένη και ισχυρή αρχιτεκτονική στη σειρά ARM είναι το Cortex-A15. Υποτίθεται ότι στη βάση του θα παράγονται κυρίως μοντέλα δύο ή τεσσάρων πυρήνων. Το Cortex-A15 όλων των προηγούμενων ARM είναι πιο κοντά στο x86 όσον αφορά τον αριθμό και την ποιότητα των μπλοκ.

Το Cortex-A15 βασίζεται σε πυρήνες επεξεργαστή εξοπλισμένους με μονάδα FPU και ένα σύνολο οδηγιών NEON SIMD που έχουν σχεδιαστεί για να επιταχύνουν την επεξεργασία δεδομένων πολυμέσων. Οι πυρήνες έχουν μια διοχέτευση 13 σταδίων, υποστηρίζουν εκτέλεση εντολών ελεύθερης παραγγελίας και εικονικοποίηση βασισμένη σε ARM.

Το Cortex-A15 υποστηρίζει προηγμένο σύστημα διευθύνσεων μνήμης. Το ARM παραμένει μια αρχιτεκτονική 32-bit, αλλά οι μηχανικοί της εταιρείας έχουν μάθει να μετατρέπουν 64-bit ή άλλες προηγμένες διευθύνσεις σε 32-bit φιλικές προς τον επεξεργαστή. Η τεχνολογία ονομάζεται Long Physical Address Extensions. Χάρη σε αυτό, το Cortex-A15 μπορεί θεωρητικά να αντιμετωπίσει έως και 1 TB μνήμης.

Κάθε πυρήνας είναι εξοπλισμένος με μια κρυφή μνήμη πρώτου επιπέδου. Επιπλέον, υπάρχει έως και 4 MB κατανεμημένης μνήμης cache L2 χαμηλής καθυστέρησης. Ο επεξεργαστής είναι εξοπλισμένος με έναν συνεκτικό δίαυλο 128-bit, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επικοινωνία με άλλες μονάδες και περιφερειακά.

Οι πυρήνες που αποτελούν τη βάση του Cortex-A15 είναι μια ανάπτυξη του Cortex-A9. Έχουν παρόμοια δομή.

Το Cortex-A9, σε αντίθεση με το Cortex-A15, μπορεί να παραχθεί τόσο σε εκδόσεις πολλαπλών όσο και σε μονοπύρηνες εκδόσεις. Μέγιστη συχνότηταείναι 2,0 GHz, το Cortex-A15 προτείνει τη δυνατότητα δημιουργίας τσιπ που λειτουργούν στα 2,5 GHz. Τα τσιπ που θα βασίζονται σε αυτό θα κατασκευαστούν με χρήση 40 nm και πιο λεπτών τεχνικών διαδικασιών. Το Cortex-A9 παράγεται σε τεχνολογίες διαδικασίας 65 και 40 nm.

Το Cortex-A9, όπως και το Cortex-A15, προορίζεται για χρήση σε smartphone και tablet υψηλής απόδοσης, αλλά δεν είναι κατάλληλο για πιο σοβαρές εφαρμογές, για παράδειγμα, σε διακομιστές. Μόνο το Cortex-A15 διαθέτει εικονικοποίηση υλικού, προηγμένη διευθυνσιοδότηση μνήμης. Επιπλέον, το σετ εντολών NEON Advanced SIMD και η FPU είναι προαιρετικά στο Cortex-A9, ενώ απαιτούνται στο Cortex-A15.

Το Cortex-A8 θα εξαφανιστεί σταδιακά από τη σκηνή στο μέλλον, αλλά προς το παρόν αυτή η παραλλαγή ενός πυρήνα θα βρει χρήση σε οικονομικά smartphone. Η λύση χαμηλού κόστους, με συχνότητες που κυμαίνονται από 600 MHz έως 1 GHz, παρέχει μια ισορροπημένη αρχιτεκτονική. Διαθέτει μονάδα FPU και υποστηρίζει την πρώτη έκδοση του SIMD NEON. Το Cortex-A8 προϋποθέτει μια ενιαία τεχνολογική διαδικασία - 65 nm.

ARM προηγούμενων γενεών

Οι επεξεργαστές ARM11 είναι αρκετά διαδεδομένοι στην αγορά κινητής τηλεφωνίας. Είναι κατασκευασμένα με βάση την αρχιτεκτονική ARMv6 και τις τροποποιήσεις της. Χαρακτηρίζεται από αγωγούς 8-9 σταδίων, υποστήριξη Jazelle, που βοηθά στην επιτάχυνση της επεξεργασίας κώδικα Java, οδηγίες ροής SIMD, Thumb-2.

Οι επεξεργαστές XScale, ARM10E, ARM9E βασίζονται στην αρχιτεκτονική ARMv5 και τις τροποποιήσεις της. Το μέγιστο μήκος αγωγού είναι 6 στάδια, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP. Τα τσιπ XScale διαθέτουν κρυφή μνήμη δεύτερου επιπέδου. Οι επεξεργαστές χρησιμοποιήθηκαν σε smartphone στα μέσα της δεκαετίας του 2000 σήμερα μπορούν να βρεθούν σε ορισμένα φθηνά κινητά τηλέφωνα.

ARM9TDMI, ARM8, StrongARM - εκπρόσωποι του ARMv4, το οποίο διαθέτει αγωγό 3-5 σταδίων και υποστηρίζει τον αντίχειρα. Το ARMv4, για παράδειγμα, θα μπορούσε να βρεθεί στα πρώτα κλασικά iPod.

Το ARM6 και το ARM7 ανήκουν στο ARMv3. Σε αυτήν την αρχιτεκτονική, η μονάδα FPU εμφανίστηκε για πρώτη φορά η διευθυνσιοδότηση μνήμης 32-bit, και όχι 26-bit, όπως στα πρώτα παραδείγματα της αρχιτεκτονικής. Το ARMv2 και το ARMv1 ήταν τεχνικά τσιπ 32 bit, αλλά στην πραγματικότητα λειτουργούσαν ενεργά μόνο με χώρο διευθύνσεων 26 bit. Η κρυφή μνήμη εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο ARMv2.

Το όνομά τους είναι λεγεώνα

Η Acorn δεν σκόπευε αρχικά να γίνει παίκτης στην αγορά των επεξεργαστών. Το έργο του έργου ARM ήταν να δημιουργήσει ένα τσιπ δικής του παραγωγής για την παραγωγή υπολογιστών - ήταν η δημιουργία υπολογιστών που η Acorn θεωρούσε την κύρια επιχείρησή της.

Η ARM έχει εξελιχθεί από ομάδα ανάπτυξης σε εταιρεία χάρη στην Apple. Το 1990, η Apple, μαζί με τις VLSI και Acorn, άρχισε να αναπτύσσει έναν χαμηλού κόστους επεξεργαστή για τον πρώτο υπολογιστή τσέπης, τον Newton. Για τους σκοπούς αυτούς, δημιουργήθηκε μια ξεχωριστή εταιρεία, η οποία έλαβε το όνομα του εσωτερικού έργου Acorn - ARM.

Με τη συμμετοχή της Apple, δημιουργήθηκε ένας επεξεργαστής ARM6, ο οποίος είναι πιο κοντά στα σύγχρονα τσιπ από έναν Άγγλο προγραμματιστή. Ταυτόχρονα, η DEC μπόρεσε να κατοχυρώσει με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας την αρχιτεκτονική ARM6 και άρχισε να παράγει τσιπ με την επωνυμία StrongARM. Μερικά χρόνια αργότερα, η τεχνολογία μεταφέρθηκε στην Intel ως μέρος μιας άλλης διαφωνίας για διπλώματα ευρεσιτεχνίας. Ο γίγαντας των μικροεπεξεργαστών έχει δημιουργήσει το δικό του ανάλογο, τον επεξεργαστή XScale, που βασίζεται στο ARM. Αλλά στα μέσα της προηγούμενης δεκαετίας, η Intel απαλλάχθηκε από αυτό το «μη βασικό στοιχείο», εστιάζοντας αποκλειστικά στο x86. Το XScale μεταφέρθηκε στα χέρια της Marvell, η οποία είχε ήδη άδεια χρήσης ARM.

Στην αρχή, η ARM, η οποία ήταν νέα στον κόσμο, δεν ήταν σε θέση να παράγει επεξεργαστές. Η διοίκησή του επέλεξε έναν διαφορετικό τρόπο να βγάλει χρήματα. Η αρχιτεκτονική ARM ήταν απλή και ευέλικτη. Στην αρχή, ο πυρήνας δεν είχε ακόμη και μια κρυφή μνήμη, έτσι στη συνέχεια πρόσθετες μονάδες, συμπεριλαμβανομένου του FPU, οι ελεγκτές δεν ενσωματώθηκαν στενά στον επεξεργαστή, αλλά ήταν, όπως ήταν, κρεμασμένοι στη βάση.

Αντίστοιχα, η ARM έλαβε ευφυής σχεδιαστής, το οποίο επέτρεψε σε τεχνολογικά προηγμένες εταιρείες να δημιουργήσουν επεξεργαστές ή μικροελεγκτές για να ταιριάζουν στις ανάγκες τους. Αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας τους λεγόμενους συνεπεξεργαστές, οι οποίοι μπορούν να επεκτείνουν την τυπική λειτουργικότητα. Συνολικά, η αρχιτεκτονική υποστηρίζει έως και 16 συνεπεξεργαστές (αριθμοί από 0 έως 15), αλλά ο αριθμός 15 προορίζεται για τον συνεπεξεργαστή που εκτελεί λειτουργίες διαχείρισης κρυφής μνήμης και μνήμης.

Οι περιφερειακές συσκευές είναι συνδεδεμένες με Τσιπ ARM, αντιστοιχίζοντας τους καταχωρητές του στο χώρο μνήμης του επεξεργαστή ή του συνεπεξεργαστή. Για παράδειγμα, ένα τσιπ επεξεργασίας εικόνας μπορεί να αποτελείται από έναν σχετικά απλό πυρήνα που βασίζεται σε ARM7TDMI και έναν συνεπεξεργαστή που παρέχει αποκωδικοποίηση σήματος HDTV.

Η ARM άρχισε να αδειοδοτεί την αρχιτεκτονική της. Άλλες εταιρείες το έχουν ήδη εφαρμόσει σε πυρίτιο, όπως η Texas Instruments, η Marvell, η Qualcomm, η Freescale, αλλά και εντελώς μη πυρήνες όπως η Samsung, η Nokia, η Nintendo ή η Canon.

Η απουσία των δικών της εργοστασίων, καθώς και τα εντυπωσιακά τέλη αδειοδότησης, επέτρεψαν στην ARM να είναι πιο ευέλικτη στην ανάπτυξη νέων εκδόσεων της αρχιτεκτονικής. Η παρέα τα έψηνε σαν ζεστά κέικ, μπαίνοντας σε νέες θέσεις. Εκτός από τα smartphone και τα tablet, η αρχιτεκτονική χρησιμοποιείται σε εξειδικευμένους επεξεργαστές, για παράδειγμα, σε πλοηγούς GPS, ψηφιακές κάμερες και βιντεοκάμερες. Στη βάση του δημιουργούνται βιομηχανικοί ελεγκτές και άλλα τσιπ για ενσωματωμένα συστήματα.

Το σύστημα αδειών ARM είναι μια πραγματική υπεραγορά μικροηλεκτρονικών. Η εταιρεία αδειοδοτεί όχι μόνο νέες αλλά και παλαιού τύπου αρχιτεκτονικές. Το τελευταίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία μικροελεγκτών ή τσιπ για συσκευές χαμηλού κόστους. Φυσικά, το επίπεδο των τελών αδειοδότησης εξαρτάται από τον βαθμό καινοτομίας και πολυπλοκότητας της αρχιτεκτονικής παραλλαγής που ενδιαφέρει τον κατασκευαστή. Παραδοσιακά, οι τεχνικές διαδικασίες για τις οποίες η ARM αναπτύσσει επεξεργαστές είναι 1-2 βήματα πίσω από αυτές που θεωρούνται σχετικές για το x86. Η υψηλή ενεργειακή απόδοση της αρχιτεκτονικής την καθιστά λιγότερο εξαρτημένη από τη μετάβαση σε νέα τεχνολογικά πρότυπα. Η Intel και η AMD προσπαθούν να κατασκευάσουν λεπτότερα τσιπ προκειμένου να αυξήσουν τις συχνότητες και τον αριθμό των πυρήνων διατηρώντας παράλληλα το φυσικό μέγεθος και την κατανάλωση ενέργειας. Το ARM έχει εγγενώς χαμηλότερες απαιτήσεις ισχύος και επίσης προσφέρει υψηλότερα επίπεδα απόδοσης ανά watt.

Χαρακτηριστικά των επεξεργαστών NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell

Με την αδειοδότηση της ARM αριστερά και δεξιά, οι προγραμματιστές ενίσχυσαν τη θέση της αρχιτεκτονικής τους σε βάρος των ικανοτήτων των συνεργατών τους. Κλασικό παράδειγμα σε αυτή την περίπτωση είναι η NVIDIA Tegra. Αυτή η σειρά συστημάτων-σε-τσιπ βασίζεται στην αρχιτεκτονική ARM, αλλά η NVIDIA είχε ήδη τις δικές της πολύ σοβαρές εξελίξεις στον τομέα 3D γραφικάκαι τη λογική του συστήματος.

Η ARM παρέχει στους δικαιοδόχους της ευρεία διακριτική ευχέρεια να επανασχεδιάσουν την αρχιτεκτονική. Αντίστοιχα, οι μηχανικοί της NVIDIA μπόρεσαν να συνδυαστούν στο Tegra δυνάμεις ARM (CPU computing) και τα δικά μας προϊόντα - εργασία με τρισδιάστατα γραφικά κ.λπ. Ως αποτέλεσμα, η Tegra έχει την υψηλότερη απόδοση 3D για την κατηγορία επεξεργαστών της. Είναι 25-30% πιο γρήγορα από το PowerVR, που χρησιμοποιείται από τη Samsung και την Texas Instruments, και σχεδόν δύο φορές πιο γρήγορα από το Adreno, που αναπτύχθηκε από την Qualcomm.

Άλλοι κατασκευαστές επεξεργαστών που βασίζονται στην αρχιτεκτονική ARM ενισχύουν ορισμένα πρόσθετα μπλοκ και βελτιώνουν τα τσιπ για να επιτύχουν υψηλότερες συχνότητες και απόδοση.

Για παράδειγμα, η Qualcomm δεν χρησιμοποιεί το σχέδιο αναφοράς ARM. Οι μηχανικοί της εταιρείας το επεξεργάστηκαν σοβαρά και το ονόμασαν Σκορπιό - είναι η βάση των τσιπ Snapdragon. Ο σχεδιασμός έχει εν μέρει επανασχεδιαστεί για να δέχεται πιο εξελιγμένες τεχνικές διαδικασίες από αυτές που παρέχονται από το πρότυπο IP ARM. Ως αποτέλεσμα, τα πρώτα Snapdragon παρήχθησαν στα 45 nm, γεγονός που τους παρείχε υψηλότερες συχνότητες. Και η νέα γενιά αυτών των επεξεργαστών με δηλωμένο 2,5 GHz μπορεί ακόμη και να γίνει η ταχύτερη μεταξύ των αναλόγων με βάση ARM Cortex-A 9. Η Qualcomm χρησιμοποιεί επίσης τη δική της πυρήνα γραφικών Adreno, που δημιουργήθηκε με βάση τις εξελίξεις που αποκτήθηκαν από την AMD. Έτσι, κατά κάποιο τρόπο, το Snapdragon και το Tegra είναι εχθροί σε γενετικό επίπεδο.

Κατά τη δημιουργία του Hummingbird, η Samsung ακολούθησε επίσης τον δρόμο της βελτιστοποίησης της αρχιτεκτονικής. Οι Κορεάτες, μαζί με την εταιρεία Intrinsity, άλλαξαν τη λογική, μειώνοντας έτσι τον αριθμό των εντολών που απαιτούνται για την εκτέλεση ορισμένων λειτουργιών. Έτσι, καταφέραμε να κερδίσουμε το 5-10% της παραγωγικότητας. Επιπλέον, προστέθηκαν μια δυναμική κρυφή μνήμη L2 και η επέκταση πολυμέσων ARM NEON. Οι Κορεάτες χρησιμοποίησαν το PowerVR SGX540 ως μονάδα γραφικών.

Η Texas Instruments έχει προσθέσει μια ειδική μονάδα IVA στη νέα της σειρά OMAP που βασίζεται στην αρχιτεκτονική ARM Cortex-A, η οποία είναι υπεύθυνη για την επιτάχυνση της επεξεργασίας εικόνας. Σας επιτρέπει να επεξεργάζεστε γρήγορα δεδομένα που προέρχονται από τον αισθητήρα στην ενσωματωμένη κάμερα. Επιπλέον, συνδέεται με τον ISP και βοηθά στην επιτάχυνση βίντεο. Το OMAP χρησιμοποιεί επίσης γραφικά PowerVR.

Το Apple A4 έχει μεγάλη κρυφή μνήμη 512 KB, χρησιμοποιεί γραφικά PowerVR και ο ίδιος ο πυρήνας ARM είναι χτισμένος σε μια παραλλαγή της αρχιτεκτονικής που επανασχεδιάστηκε από τη Samsung.

Το διπύρηνο Apple A5, το οποίο έκανε το ντεμπούτο του στο iPad 2 στις αρχές του 2011, βασίζεται στην αρχιτεκτονική ARM Cortex-A9, ακριβώς όπως αυτή που είχε βελτιστοποιήσει προηγουμένως η Samsung. Σε σύγκριση με το Α4 νέο τσιπέχει διπλάσια ποσότητα μνήμης cache δεύτερου επιπέδου - αυξήθηκε σε 1 MB. Ο επεξεργαστής περιέχει ελεγκτή μνήμης RAM δύο καναλιών και διαθέτει βελτιωμένη μονάδα βίντεο. Ως αποτέλεσμα, αποδίδει δύο φορές καλύτερα από το Apple A4 σε ορισμένες εργασίες.

Η Marvell προσφέρει τσιπ που βασίζονται στη δική της αρχιτεκτονική Sheeva, η οποία, μετά από προσεκτικότερη εξέταση, αποδεικνύεται ότι είναι ένα υβρίδιο του XScale, αφού αγοράστηκε από την Intel και την ARM. Αυτά τα τσιπ έχουν μεγαλύτερη ποσότητα μνήμης cache σε σύγκριση με τα ανάλογα και είναι εξοπλισμένα με ειδική μονάδα πολυμέσων.

Επί του παρόντος, οι κάτοχοι άδειας ARM παράγουν μόνο τσιπ που βασίζονται στην αρχιτεκτονική ARM Cortex-A9. Ταυτόχρονα, αν και σας επιτρέπει να δημιουργείτε παραλλαγές τετραπύρηνων, η NVIDIA, η Apple, η Texas Instruments και άλλες εξακολουθούν να περιορίζονται σε μοντέλα με έναν ή δύο πυρήνες. Επιπλέον, τα τσιπ λειτουργούν σε συχνότητες έως και 1,5 GHz. Το Cortex-A9 σάς επιτρέπει να δημιουργείτε επεξεργαστές δύο GHz, αλλά και πάλι, οι κατασκευαστές δεν προσπαθούν να αυξήσουν γρήγορα τις συχνότητες - τελικά, προς το παρόν η αγορά θα έχει αρκετούς επεξεργαστές διπλού πυρήνα στα 1,5 GHz.

Οι επεξεργαστές που βασίζονται στο Cortex-A15 θα πρέπει να γίνουν πραγματικά πολυπύρηνες, αλλά ακόμα κι αν ανακοινωθούν, είναι μόνο στα χαρτιά. Η εμφάνισή τους σε πυρίτιο θα πρέπει να αναμένεται την επόμενη χρονιά.

Σύγχρονοι επεξεργαστές δικαιούχου άδειας ARM που βασίζονται στο Cortex-A9:

Το x86 είναι ο κύριος υποψήφιος

Το x86 είναι αντιπροσωπευτικό των αρχιτεκτονικών CISC. Χρησιμοποιούν πλήρες σετεντολές Μία εντολή σε αυτήν την περίπτωση εκτελεί πολλές λειτουργίες χαμηλού επιπέδου. Κωδικός προγράμματος, σε αντίθεση με το ARM, είναι πιο συμπαγές, αλλά δεν είναι τόσο γρήγορο και απαιτεί περισσότερους πόρους. Επιπλέον, από την αρχή το x86 ήταν εξοπλισμένο με όλα απαραίτητα μπλοκ, που υπονοούσε τόσο την ευελιξία όσο και τη λαιμαργία τους. Ξοδεύτηκε πρόσθετη ενέργεια για την άνευ όρων, παράλληλη εκτέλεση εντολών. Αυτό σας επιτρέπει να επιτύχετε ένα πλεονέκτημα ταχύτητας, αλλά ορισμένες λειτουργίες εκτελούνται μάταια επειδή δεν πληρούν τις προηγούμενες συνθήκες.

Αυτά ήταν τα κλασικά x86, αλλά ξεκινώντας με το 80486, η Intel de facto δημιούργησε έναν εσωτερικό πυρήνα RISC που εκτελούσε εντολές CISC, που προηγουμένως είχαν αποσυντεθεί σε περισσότερα απλές εντολές. Έχουν το ίδιο σχέδιο σύγχρονους επεξεργαστές Intel και AMD.

Windows 8 και ARM

Το ARM και το x86 σήμερα διαφέρουν λιγότερο από 30 χρόνια πριν, αλλά εξακολουθούν να βασίζονται σε διαφορετικές αρχές, που τα χωρίζει σε διαφορετικές θέσεις της αγοράς επεξεργαστών. Οι αρχιτεκτονικές μπορεί να μην είχαν διασταυρωθεί ποτέ εάν ο ίδιος ο υπολογιστής δεν είχε αλλάξει.

Η κινητικότητα και η σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας ήταν πρώτα και δόθηκε μεγαλύτερη προσοχή στα smartphone και τα tablet. Η Apple κερδίζει πολλά χρήματα από φορητές συσκευές και την υποδομή που συνδέεται με αυτά. Η Microsoft δεν θέλει να μείνει πίσω και προσπαθεί να κερδίσει έδαφος στην αγορά των tablet για δεύτερη χρονιά. Η Google είναι αρκετά επιτυχημένη.

Ο επιτραπέζιος υπολογιστής γίνεται κατά κύριο λόγο ένα εργαλείο εργασίας, μια θέση οικιακός υπολογιστήςκαταλαμβάνεται από tablet και εξειδικευμένες συσκευές. Υπό αυτές τις συνθήκες, η Microsoft πρόκειται να κάνει ένα πρωτοφανές βήμα. . Δεν είναι ακόμη απολύτως σαφές σε τι θα οδηγήσει αυτό. Θα λάβουμε δύο εκδόσεις του λειτουργικού συστήματος ή μία που θα λειτουργεί και με τις δύο αρχιτεκτονικές. Η υποστήριξη ARM της Microsoft θα σκοτώσει το x86 ή όχι;

Υπάρχουν ελάχιστες πληροφορίες ακόμα. Η Microsoft παρουσίασε τα Windows 8 που εκτελούνται σε μια συσκευή με επεξεργαστή ARM κατά τη διάρκεια της CES 2011. Ο Steve Ballmer έδειξε ότι στην πλατφόρμα ARM χρησιμοποιώντας τα Windows μπορείτε να παρακολουθήσετε βίντεο, να εργαστείτε με εικόνες, να σερφάρετε στο Διαδίκτυο - Internet ExplorerΔούλεψα ακόμη και με την επιτάχυνση υλικού - συνδέστε συσκευές USB, εκτυπώστε έγγραφα. Το πιο σημαντικό σε αυτό το demo ήταν η παρουσία του Microsoft Office που εκτελείται σε ARM χωρίς τη συμμετοχή εικονικής μηχανής. Στην παρουσίαση παρουσιάστηκαν τρία gadget βασισμένα σε επεξεργαστές από την Qualcomm, την Texas Instruments και την NVIDIA. Τα Windows είχαν ένα τυπικό κέλυφος «επτά», αλλά οι εκπρόσωποι της Microsoft ανακοίνωσαν έναν νέο, επανασχεδιασμένο πυρήνα συστήματος.

Ωστόσο, τα Windows δεν είναι μόνο ένα λειτουργικό σύστημα κατασκευασμένο από μηχανικούς της Microsoft, είναι επίσης εκατομμύρια προγράμματα. Κάποιο λογισμικό είναι κρίσιμο για άτομα σε πολλά επαγγέλματα. Για παράδειγμα, το πακέτο Adobe CS. Θα υποστηρίξει η εταιρεία μια έκδοση του λογισμικού ARM-Windows ή ο νέος πυρήνας θα επιτρέψει στο Photoshop και άλλες δημοφιλείς εφαρμογές να εκτελούνται σε υπολογιστές με NVIDIA Tegra ή άλλα παρόμοια τσιπ χωρίς πρόσθετες τροποποιήσεις κώδικα;

Επιπλέον, τίθεται το ερώτημα με τις κάρτες βίντεο. Σήμερα, οι κάρτες γραφικών για φορητούς υπολογιστές κατασκευάζονται με τη βελτιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας των τσιπ γραφικών επιτραπέζιων υπολογιστών - αρχιτεκτονικά είναι ίδιες. Ταυτόχρονα, τώρα μια κάρτα βίντεο είναι κάτι σαν "υπολογιστής μέσα σε υπολογιστή" - έχει το δικό της εξαιρετικά γρήγορο ΕΜΒΟΛΟκαι το δικό του υπολογιστικό τσιπ, το οποίο υπερέχει σημαντικά από τους συμβατικούς επεξεργαστές σε συγκεκριμένες εργασίες. Είναι αυτονόητο ότι οι εφαρμογές που λειτουργούν με τρισδιάστατα γραφικά έχουν βελτιστοποιηθεί κατάλληλα για αυτές. ναι και διάφορα προγράμματαεπεξεργασία βίντεο και γραφικός επεξεργαστής(ιδιαίτερα το Photoshop από την έκδοση CS4), και πιο πρόσφατα χρησιμοποιούν και τα προγράμματα περιήγησης επιτάχυνση υλικούχρησιμοποιώντας GPU.

Φυσικά, γίνεται σε Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS και άλλα συστήματα κινητής τηλεφωνίας απαραίτητη βελτιστοποίησηγια διάφορους κινητούς (ή μάλλον υπερκινητούς) επιταχυντές της αγοράς. Ωστόσο, δεν υποστηρίζονται στα Windows. Τα προγράμματα οδήγησης, φυσικά, θα γραφτούν (και έχουν ήδη γραφτεί - οι επεξεργαστές της σειράς Intel Atom Z500 συνοδεύονται από ένα chipset που ενσωματώνει τον πυρήνα γραφικών "smartphone" PowerVR SGX 535), αλλά η βελτιστοποίηση των εφαρμογών για αυτούς μπορεί να καθυστερήσει, αν όχι καθόλου .

Προφανώς, το "ARM on the desktop" δεν θα πιάσει πραγματικά. Ίσως σε συστήματα χαμηλής κατανάλωσης στα οποία θα έχουν πρόσβαση στο Διαδίκτυο και θα παρακολουθούν ταινίες. Σε nettops γενικά. Έτσι, η ARM μέχρι στιγμής προσπαθεί μόνο να στοχεύσει στη θέση που κατείχε η Intel Atom και όπου η AMD επιδιώκει τώρα ενεργά με την πλατφόρμα της Brazos. Και αυτή, προφανώς, θα τα καταφέρει εν μέρει. Εκτός αν και οι δύο εταιρείες επεξεργαστών καταλήξουν σε κάτι πολύ ανταγωνιστικό.

Σε ορισμένα μέρη, η Intel Atom και η ARM ανταγωνίζονται ήδη. Χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία αποθήκευσης δικτύουδεδομένων και διακομιστές χαμηλής κατανάλωσης που μπορούν να εξυπηρετήσουν ένα μικρό γραφείο ή διαμέρισμα. Υπάρχουν επίσης αρκετά εμπορικά έργα συμπλέγματος που βασίζονται στο οικονομικό Τσιπ της Intel. Τα χαρακτηριστικά των νέων επεξεργαστών που βασίζονται στον ARM Cortex-A9 τους επιτρέπουν να χρησιμοποιούνται για την υποστήριξη υποδομών. Έτσι, σε μερικά χρόνια μπορεί να αποκτήσουμε διακομιστές ARM ή ARM-NAS για μικρά τοπικά δίκτυα και δεν μπορεί να αποκλειστεί η εμφάνιση διακομιστών ιστού χαμηλής κατανάλωσης.

Πρώτο σπάρινγκ

Ο κύριος ανταγωνιστής της ARM από την πλευρά του x86 είναι η Intel Atom και τώρα μπορούμε να προσθέσουμε το . Μια σύγκριση x86 και ARM πραγματοποιήθηκε από τον Van Smith, ο οποίος δημιούργησε δοκιμαστικά πακέτα OpenSourceMark, miniBench και ένας από τους συν-συγγραφείς του SiSoftware Sandra. Στον «αγώνα» συμμετείχαν οι Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050. Οι συχνότητες των τσιπ x86 μειώθηκαν, αλλά παρόλα αυτά είχαν ένα πλεονέκτημα λόγω της πιο προηγμένης μνήμης.

Τα αποτελέσματα αποδείχθηκαν πολύ ενδιαφέροντα. Το τσιπ ARM ​​αποδείχθηκε τόσο γρήγορο όσο και οι ανταγωνιστές του σε λειτουργίες ακέραιου αριθμού, ενώ κατανάλωνε λιγότερη ενέργεια. Δεν υπάρχει τίποτα περίεργο εδώ. Αρχικά, η αρχιτεκτονική ήταν αρκετά γρήγορη και οικονομική. Στις λειτουργίες κινητής υποδιαστολής, το ARM ήταν κατώτερο του x86. Παραδοσιακά επηρεάζεται εδώ ισχυρό μπλοκ FPU διαθέσιμο σε τσιπ Intel και AMD. Ας θυμηθούμε ότι εμφανίστηκε στο ARM σχετικά πρόσφατα. Οι εργασίες που εμπίπτουν στο FPU καταλαμβάνουν πολλή ζωή σύγχρονο χρήστηΣημαντικό μέρος είναι τα παιχνίδια, η κωδικοποίηση βίντεο και ήχου και άλλες λειτουργίες ροής. Φυσικά, οι δοκιμές που έκανε ο Van Smith δεν είναι πλέον τόσο επίκαιρες σήμερα. Η ARM έχει ενισχυθεί σημαντικά αδύναμες πλευρέςτην αρχιτεκτονική του σε εκδόσεις του Cortex-A9 και ειδικά του Cortex-A15, που, για παράδειγμα, μπορεί ήδη να εκτελεί οδηγίες άνευ όρων, παραλληλίζοντας την επίλυση προβλημάτων.

Προοπτικές για ARM

Λοιπόν ποια αρχιτεκτονική πρέπει να επιλέξετε τελικά, ARM ή x86; Το πιο σωστό θα ήταν να στοιχηματίσετε και στα δύο. Σήμερα ζούμε σε συνθήκες αναδιαμόρφωσης της αγοράς υπολογιστών. Το 2008, τα netbook προβλεπόταν ότι θα είχαν λαμπρό μέλλον. Οι φτηνοί μικροί φορητοί υπολογιστές έπρεπε να γίνουν ο κύριος υπολογιστής για τους περισσότερους χρήστες, ειδικά στο πλαίσιο της παγκόσμιας κρίσης. Αλλά μετά η οικονομία άρχισε να ανακάμπτει και το iPad βγήκε. Τώρα τα tablet ανακηρύσσονται βασιλιάδες της αγοράς. Ωστόσο, το tablet είναι καλό ως κονσόλα ψυχαγωγίας, αλλά δεν είναι πολύ βολικό για εργασία, κυρίως λόγω αφής - η σύνταξη αυτού του άρθρου σε iPad θα ήταν πολύ δύσκολη και χρονοβόρα. Θα αντέξουν τα tablet στη δοκιμασία του χρόνου; Ίσως σε μερικά χρόνια θα έχουμε ένα νέο παιχνίδι.

Ωστόσο, στο τμήμα των κινητών, όπου δεν απαιτείται υψηλή απόδοση και η δραστηριότητα των χρηστών περιορίζεται κυρίως στην ψυχαγωγία και δεν σχετίζεται με την εργασία, το ARM φαίνεται προτιμότερο από το x86. Παρέχουν αποδεκτό επίπεδο απόδοσης, καθώς και μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Οι προσπάθειες της Intel να φέρει εις πέρας το Atom μέχρι στιγμής έχουν αποτύχει. Το ARM θέτει ένα νέο σημείο αναφοράς για την απόδοση ανά watt. Πιθανότατα, η ARM θα είναι επιτυχημένη σε μικρού μεγέθους φορητές συσκευές. Μπορούν επίσης να γίνουν ηγέτες στην αγορά netbook, αλλά εδώ όλα εξαρτώνται όχι τόσο από τους προγραμματιστές επεξεργαστών όσο από τη Microsoft και την Google. Εάν το πρώτο υλοποιεί την κανονική υποστήριξη ARM στα Windows 8 και το δεύτερο φέρνει το Chrome OS στην πραγματικότητα. Μέχρι στιγμής, τα έξυπνα βιβλία που προσφέρει η Qualcomm δεν έχουν κυκλοφορήσει στην αγορά. Τα netbook βασισμένα στο x86 επέζησαν.

Σύμφωνα με την ARM, μια σημαντική ανακάλυψη προς αυτή την κατεύθυνση θα πρέπει να γίνει από την αρχιτεκτονική Cortex-A15. Η εταιρεία προτείνει επεξεργαστές διπλού και τετραπύρηνου βασισμένου σε αυτόν με συχνότητα 1,0-2,0 GHz για το σπίτι συστήματα ψυχαγωγίας, το οποίο θα συνδυάζει media player, τηλεόραση 3D και τερματικό Internet. Τετραπύρηνα τσιπ με συχνότητα 1,5-2,5 GHz μπορούν να γίνουν η βάση των οικιακών και web servers. Τέλος, η πιο φιλόδοξη περίπτωση χρήσης του Cortex-A15 είναι η υποδομή ασύρματου δικτύου. Εδώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν τσιπ με τέσσερις ή περισσότερους πυρήνες και συχνότητα 1,5-2,5 GHz.

Αλλά προς το παρόν αυτά είναι απλώς σχέδια. Το Cortex-A15 παρουσιάστηκε από την ARM τον Σεπτέμβριο του περασμένου έτους. Το Cortex-A9 παρουσιάστηκε από την εταιρεία τον Οκτώβριο του 2007, δύο χρόνια αργότερα η εταιρεία παρουσίασε την παραλλαγή A9 με δυνατότητα αύξησης της συχνότητας των τσιπ στα 2,0 GHz. Για σύγκριση, το NVIDIA Tegra 2 - μια από τις πιο δημοφιλείς λύσεις που βασίζεται στο Cortex-A9 - κυκλοφόρησε μόλις τον περασμένο Ιανουάριο. Λοιπόν, οι χρήστες μπόρεσαν να αγγίξουν τα πρώτα gadget που βασίστηκαν σε αυτό μετά από άλλους έξι μήνες.

Το τμήμα υπολογιστή εργασίας και οι λύσεις υψηλής απόδοσης θα παραμείνουν στο x86. Αυτό δεν θα σημαίνει τον θάνατο της αρχιτεκτονικής, αλλά σε νομισματικούς όρους, η Intel και η AMD θα πρέπει να προετοιμαστούν για την απώλεια μέρους του εισοδήματος που θα πάει στους κατασκευαστές επεξεργαστών ARM.