Procesorul ARM este un procesor mobil pentru smartphone-uri și tablete. Noile procesoare ARM sunt pregătite pentru aplicațiile AI

Recent, însăși formularea întrebării părea de neconceput, dar dezvoltarea tehnologiei și ciudateniile pieței au dus la o situație în care concurența reală este posibilă.

Mai recent, însăși formularea întrebării părea de neconceput: este chiar posibil să comparăm un procesor „telefonic” cu cipurile folosite în „calculatoarele personale”, servere și chiar supercomputere? Între timp, dezvoltarea tehnologiei și ciudațiile de pe piață au dus la o situație în care experții discută serios despre posibilitatea nu doar a concurenței între procesoarele ARM și a cipurilor x86, ci și a unei lupte acerbe între ele.

În primul rând, să definim conceptele și să cunoaștem potențialii rivali.

Procesoarele centrale x86 sunt microprocesoare care suportă setul de instrucțiuni cu același nume și au o microarhitectură derivată din IA-32, adică Intel Architecture 32-bit. Cipurile sunt construite pe arhitectura CISC (Complex Instruction Set Computing), în care fiecare instrucțiune poate efectua mai multe operațiuni de nivel scăzut simultan.

Din punct de vedere istoric, familia x86 datează de la Intel 8086 pe 16 biți, lansat în 1978. Aceste procesoare au devenit pe 32 de biți abia în 1985, când a fost introdus primul „386th”. În 1989, Intel a lansat primul cip scalar (adică efectuează o operațiune pe ceas), i486 (80486), care includea prima memorie cache pe cip și o unitate FPU în virgulă mobilă. Procesoarele Pentium, introduse în 1993, au fost primele superscalare (adică efectuează mai multe operații pe ciclu de ceas) și superpipeline (aceste cipuri aveau două conducte).

Asa de, cipurile moderne compatibile cu x86 sunt microprocesoare superscalare superpipeline construite pe arhitectura CISC.

Procesoarele ARM sunt cipuri pe 32 de biți bazate pe arhitectura RISC (Reduced Instruction Set Computer), adică cu un set de instrucțiuni redus. Această arhitectură se bazează pe ideea creșterii performanței prin maximizarea simplificării instrucțiunilor și limitarea lungimii acestora.

Istoria procesoarelor ARM a început în 1978, când a fost creată compania britanică Acorn Computers. Marca Acorn a produs câteva modele de computere personale extrem de populare pe piața locală, bazate pe cipuri MOS Tech 6502 de opt biți. Apropo, același procesor a fost găsit în Apple I și II și Commodore PET.

Cu toate acestea, odată cu apariția modelului 6510 mai avansat, care a început să fie instalat în Commodore 64 în 1982, linia de calculatoare Acorn, inclusiv popularul BBC Micro, și-a pierdut relevanța. Acest lucru i-a determinat pe proprietarii Acorn să-și creeze propriul procesor bazat pe arhitectura 6502, ceea ce le-ar permite să concureze în condiții egale cu mașinile IBM PC-uri.

Primul model de producție ARM2, dezvoltat ca parte a proiectului Acorn RISC Machine, a fost lansat în 1986 și a devenit cel mai simplu din punct de vedere structural și cel mai ieftin procesor pe 32 de biți la acea vreme: nu numai că îi lipsea memoria cache, care era norma pentru cipurile de acea vreme, dar și microprograme: spre deosebire de procesoarele CISC, microcodul era executat ca orice alt cod de mașină, prin conversia lui în instrucțiuni simple. Cipul ARM2 era format din 30.000 de tranzistori, iar acest design compact a rămas o trăsătură caracteristică acestei familii: ARM6 are doar 5.000 de tranzistori în plus.

Spre deosebire de Intel sau AMD, ARM nu produce procesoare în sine, preferând să vândă licențe altora. Printre companiile cu astfel de licențe se numără aceleași Intel și AMD, precum și VIA Technologies, IBM, NVIDIA, Nintendo, Texas Instruments, Freescale, Qualcomm și Samsung. Un fapt orientativ: în timp ce AMD, a doua companie de pe piața procesoarelor x86, a sărbătorit lansarea celui de-al 500 de milioane de procesor al său în 2009, apoi numai în 2009 au fost livrate pe piață aproape trei miliarde de procesoare ARM!

Procesoarele ARM moderne sunt cipuri superscalare superpipeline construite pe arhitectura RISC.

Judecând după aceste două definiții, aproape singura diferență formală dintre familiile ARM și x86 este microarhitecturile RISC și CISC. Cu toate acestea, aceasta nu mai poate fi considerată o diferență fundamentală: începând cu modificarea i486DX, cipurile x86 au început să semene mai mult cu procesoarele RISC. Începând cu această generație, cipurile, păstrând compatibilitatea cu toate seturile de instrucțiuni anterioare, demonstrează performanță maximă doar cu un set limitat de instrucțiuni simple, care este suspect de similar cu setul de instrucțiuni RISC. Prin urmare, x86 de astăzi poate fi considerat în siguranță procesoare CISC cu nuclee RISC: un traducător hardware încorporat în cip decodifică instrucțiuni CISC complexe într-un set de instrucțiuni RISC interne simple. Chiar dacă fiecare instrucțiune CISC poate fi descompusă în mai multe instrucțiuni RISC, viteza de execuție a acestora din urmă asigură o creștere semnificativă a performanței. În plus, nu ar trebui să uităm de superscalaritatea și superpipelinizarea cipurilor moderne.

O altă diferență este mult mai importantă: cea mai mare parte a x86 sunt procesoarele universale, „atârnate” cu o varietate de blocuri și module diferite, care sunt concepute pentru a face față cu succes aproape oricărei sarcini - de la navigarea pe web și procesarea fișierelor text la rezoluție înaltă. codificare video și lucru cu grafică tridimensională. Cipurile ARM destinate utilizării în smartphone-uri și alte dispozitive portabile au obiective și capacități complet diferite.

Atunci în ce ar trebui să fie împărțite astfel de produse diferite? Desigur, este absurd să comparăm quad-core Core i5 și „telefonul” Qualcomm MSM7201A găsit în comunicatoarele HTC Dream și Hero, dar există scale în care piețele ARM și i86 se suprapun astăzi. Acestea sunt, pe de o parte, cele mai noi cipuri ARM precum Cortex-A8 (arhitectura ARMv7-A), iar pe de alta, procesoare x86 de joasa tensiune din clasa Intel Atom. Tableta Apple iPad la modă se bazează pe Cortex-A8, iar Intel Atom alimentează marea majoritate a netbook-urilor.

Aceste cipuri au o altă caracteristică comună importantă: ambele procesoare funcționează pe principiul execuției secvențiale a instrucțiunilor, în timp ce majoritatea procesoarelor x86 sunt procesoare necomenzi. Acest circuit este proiectat pentru a atinge performanța maximă pe watt de consum de energie prin eliminarea modulelor responsabile pentru executarea necorespunzătoare a instrucțiunilor.

Atom are, de asemenea, câteva diferențe fundamentale față de Cortex-A8. În primul rând, aproape toate cipurile din această familie acceptă tehnologia de calcul paralel Hyper-Threading, care permite ca un nucleu fizic să fie reprezentat ca două virtuale. Acesta este un avantaj foarte semnificativ care crește semnificativ performanța, nu numai în aplicațiile cu mai multe fire de execuție, relativ rare până acum, ci și la executarea comenzilor care folosesc intens sistemele I/O. De exemplu, Atom cu Hyper-Threading încarcă Windows vizibil mai rapid decât comparabilul single-core VIA Nano fără suport pentru acest mod.

O comparație practică a performanței Atom și Cortex-A8 a fost realizată de Van Smith, autorul pachetelor de testare OpenSourceMark și miniBench și unul dintre co-autorii SiSoftware Sandra. Am testat mașini bazate pe procesoarele Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050 și, spre comparație, pe baza mobilului Athlon XP-M pe nucleul Barton. Deoarece caracteristicile Cortex-A8 cu o frecvență de ceas de 800 MHz au fost luate ca punct de plecare, frecvențele de operare ale VIA Nano și Athon au fost reduse la aceeași valoare, iar Atom la 1000 MHz (nu a fost posibilă o reducere suplimentară). ). În același timp, Cortex-A8 are încă câteva puncte slabe evident: suport pentru memorie lentă DDR2-200 de 32 de biți și grafică integrată mai mult decât modestă, cu o rezoluție maximă de 1024 x 768 cu o adâncime de culoare de șaisprezece biți. Toate testele au fost efectuate pe sisteme care rulează sistemul de operare Linux Ubuntu 9.04.

Rezultatele testelor s-au dovedit a fi mai mult decât interesante: Cortex-A8 a demonstrat performanțe destul de competitive în calculele întregi, cu un consum de energie semnificativ mai mic în comparație cu rivalii săi. După cum era de așteptat, doar testele pentru lățimea de bandă a memoriei și calculele cu virgulă mobilă, „călcâiul lui Ahile” tradițional al cipurilor ARM, s-au dovedit a fi eșecuri. Multă vreme, procesoarelor ARM le-au lipsit în general modulele FPU și, deși Cortex-A8 are două astfel de module (Neon 32-bit SP și VFP), puterea lor nu este în mod clar suficientă. Calculele cu virgulă mobilă includ jocuri tridimensionale, modelare științifică și unele tipuri de procesare și codificare video și audio. Deci, dacă producătorii de procesoare ARM vizează cu adevărat nișa de netbook, nettop și tabletă, trebuie să îmbunătățească semnificativ performanța FPU. Rezultatele detaliate ale tuturor testelor pot fi găsite aici (http://www.brightsideofnews.com/news/2010/4/7/the-coming-war-arm-versus-x86.aspx).

Să ne așteptăm la o luptă între familii atât de diferite și atât de asemănătoare de procesoare ARM și x86? Până acum, în ceea ce privește performanța în aplicațiile de divertisment de masă, „brațele” sunt semnificativ inferioare chiar și „atomii”. Cu toate acestea, perspectivele sunt încurajatoare: cea mai recentă arhitectură Cortex-A9 este concepută pentru a crea procesoare cu unul până la patru nuclee și, conform ARM Limited, acestea au îmbunătățit semnificativ performanța în virgulă mobilă. Primele cipuri bazate pe Cortex-A9 - NVIDIA Tegra 2 - sunt cipuri dual-core cu un nucleu grafic care acceptă video Full HD 1080p și grafică tridimensională cu interfața software OpenGL ES 2.0. O tabletă sau netbook cu astfel de caracteristici poate concura cu ușurință cu orice dispozitiv bazat pe Atom. Să adăugăm aici o eficiență excepțională, ceea ce înseamnă o viață lungă a bateriei. Așa că iPad-ul Apple poate deveni un simbol al începutului luptei dintre cipurile ARM și procesoarele x86 pe propriul lor domeniu.

Corporația britanică ARM a îmbunătățit arhitectura de calcul eterogenă ARM big.LITTLE, pe care s-au bazat toate microprocesoarele ARM de vârf de la Cortex-A7 (2011) - și a introdus ieri o nouă arhitectură eterogenă, DynamIQ big.LITTLE. Cipurile au spațiu dedicat pentru acceleratoare hardware dedicate pentru aplicațiile de învățare automată. Poate că în viitor, suportul hardware pentru rețelele neuronale va deveni o nouă tendință în rândul dezvoltatorilor de microprocesoare și o calitate integrală a noilor smartphone-uri.

O caracteristică a arhitecturii ARM big.LITTLE este prezența a două tipuri de nuclee de procesor: relativ lent, eficient din punct de vedere energetic (LITTLE) și relativ puternic și consumator de energie (mari). De obicei, sistemul va activa doar unul dintre cele două tipuri de nuclee: numai cele mari sau numai cele mici. Este clar că este convenabil să efectuați sarcini de fundal pe un smartphone sau alt dispozitiv cu nuclee mici care consumă foarte puțină energie. Dacă este necesar, procesorul activează nuclee puternice, consumatoare de energie, care, în modul multi-threaded, lucrând împreună, demonstrează performanțe deosebit de ridicate. În principiu, toate nucleele au acces la memoria partajată, astfel încât sarcinile pot fi setate să ruleze pe ambele tipuri de nuclee simultan. Adică, marile și micile se vor comuta din mers.

Această arhitectură eterogenă și sarcina de trecere din mers de la un tip de nucleu la altul este concepută pentru a crea schimbări dinamice în puterea procesorului și consumul de energie. ARM însuși a declarat că, în unele sarcini, arhitectura economisește până la 75% energie.

DynamIQ big.LITTLE este un pas evolutiv înainte. Noua arhitectură permite o varietate de combinații de nuclee mari și mici, care nu erau posibile anterior. De exemplu, 1+3, 2+4 sau 1+7 sau chiar 2+4+2 (nuclee de trei puteri diferite). Un viitor smartphone tipic ar putea avea un sistem octa-core pe cip cu două nuclee de mare putere, patru nuclee de gamă medie și două nuclee de fundal low-end.

Cu suport hardware pentru învățarea automată și AI, noi instrucțiuni speciale pentru procesor (cum ar fi calcule cu precizie limitată) vor fi disponibile pentru dezvoltatori. ARM promite că în următorii trei până la cinci ani, procesoarele Cortex-A de pe noua arhitectură vor oferi o creștere de până la 50 de ori a performanței în aplicațiile AI în comparație cu sistemele actuale bazate pe Cortex-A73 și o creștere suplimentară datorită -in acceleratoare pe cip. Un port dedicat de acces cu latență scăzută între CPU și acceleratoare oferă performanțe de 10 ori.

Aceasta înseamnă că rețelele neuronale antrenate vor funcționa mult mai bine pe smartphone-uri, inclusiv pe cele care calculează grafică și video, aplicații de viziune computerizată și alte sisteme care procesează fluxuri mari de date.

Fiecare cluster poate conține până la opt nuclee cu caracteristici diferite. Acest lucru poate fi folosit și pentru a accelera aplicațiile AI în comparație cu sistemele actuale. În plus, un subsistem de memorie reproiectat va oferi acces mai rapid la date și va îmbunătăți eficiența energetică. Apropo, nu este necesar să includeți nuclee MICI cu performanță slabă în clusterele de nuclee, care sunt de obicei folosite în dispozitivele mobile pentru a economisi energia bateriei. Dacă aveți nevoie de performanțe foarte înalte, indiferent de consumul de energie, nimeni nu vă deranjează să faceți clustere de opt nuclee mari și să le combinați în sisteme informatice deosebit de puternice. ARM consideră că acest lucru va extinde domeniul de aplicare al procesoarelor ARM dincolo de smartphone-uri.

Clusterele DynamIQ de o scară aproape nelimitată cu memorie partajată sunt o ofertă pentru a crea sisteme de calcul puternice pentru o mare varietate de scopuri.

Flexibilitatea suplimentară în ajustarea dinamică a consumului de energie/energie va fi oferită de funcția de modificare individuală a frecvenței de ceas a procesoarelor individuale într-un cluster de mai multe procesoare ARM. Dezvoltatorii Cambridge cred că acest lucru este deosebit de important în căștile de realitate virtuală, care sunt într-o stare de consum redus pentru perioade lungi de timp. Tranzițiile procesorului la una din cele trei stări de energie (ON, OFF, SLEEP) sunt efectuate mult mai rapid, automat la nivel hardware.

În cele din urmă, arhitectura avansată DynamIQ permite construirea unor sisteme mai fiabile cu funcționalitate redundantă, ceea ce îmbunătățește nivelul de securitate în sistemele autonome care trebuie să răspundă la defecțiuni. De exemplu, acestea sunt sisteme de viziune computerizată în vehicule fără pilot - Advanced Driver Assistance Systems (ADAS). Când un cluster de nuclee eșuează sau acceleratorul eșuează, un alt cluster preia automat funcțiile sale.

Arhitectura procesorului ARM este utilizată sub licență în cipurile lor de mulți producători, inclusiv Samsung, Qualcomm, Nvidia, Intel și Apple (iPhone, iPad). Între 2013 și 2017, peste 50 de miliarde de microcipuri bazate pe arhitectura ARM au fost vândute în întreaga lume, iar dezvoltatorii britanici speră că acest număr se va dubla la peste 100 de miliarde în următorii patru ani.

Majoritatea dispozitivelor bazate pe ARM nu necesită răcire activă. Compania are încredere că, odată cu creșterea puterii acestor sisteme și trecerea la arhitectura DynamIQ, totul va rămâne la fel.

Marea majoritate a gadgeturilor moderne folosesc procesoare bazate pe arhitectura ARM, care este dezvoltată de compania cu același nume ARM Limited. Interesant este că compania nu produce ea însăși procesoare, ci doar licențiază tehnologiile producătorilor terți de cipuri. În plus, compania dezvoltă și nuclee de procesoare Cortex și acceleratoare grafice Mali, pe care cu siguranță le vom atinge în acest material.

ARM Limited

Compania ARM, de fapt, este un monopolist în domeniul său, iar marea majoritate a smartphone-urilor și tabletelor moderne de pe diverse sisteme de operare mobile folosesc procesoare bazate pe arhitectura ARM. Producătorii de cipuri licențiază nuclee individuale, seturi de instrucțiuni și tehnologii aferente de la ARM, iar costul licențelor variază semnificativ în funcție de tipul de nuclee de procesor (aceasta poate varia de la soluții cu buget redus până la quad-core și chiar opt nuclee de ultimă oră. cipuri) și componente suplimentare. Raportul anual al veniturilor ARM Limited din 2006 a arătat venituri de 161 milioane USD pentru licențierea a aproximativ 2,5 miliarde de procesoare (în creștere de la 7,9 miliarde în 2011), ceea ce se traduce la aproximativ 0,067 USD per cip. Cu toate acestea, din motivul menționat mai sus, aceasta este o cifră foarte medie din cauza diferenței de prețuri pentru diferite licențe, iar de atunci profitul companiei ar fi trebuit să crească de multe ori.

În prezent, procesoarele ARM sunt foarte răspândite. Chipurile bazate pe această arhitectură sunt folosite peste tot, inclusiv pe servere, dar cel mai adesea ARM poate fi găsit în sistemele încorporate și mobile, de la controlere pentru hard disk-uri până la smartphone-uri moderne, tablete și alte gadget-uri.

Miezuri de cortex

ARM dezvoltă mai multe familii de nuclee care sunt utilizate pentru diferite sarcini. De exemplu, procesoarele bazate pe Cortex-Mx și Cortex-Rx (unde „x” este o cifră sau un număr care indică numărul exact de bază) sunt utilizate în sistemele încorporate și chiar în dispozitivele de consum, cum ar fi routerele sau imprimantele.

Nu ne vom opri asupra lor în detaliu, deoarece ne interesează în primul rând familia Cortex-Ax - cipurile cu astfel de nuclee sunt folosite în cele mai productive dispozitive, inclusiv smartphone-uri, tablete și console de jocuri. ARM lucrează în mod constant la noi nuclee din linia Cortex-Ax, dar la momentul scrierii acestui articol, următoarele sunt folosite în smartphone-uri:

Cu cât numărul este mai mare, cu atât performanța procesorului este mai mare și, în consecință, este mai scumpă clasa de dispozitive în care este utilizat. Cu toate acestea, este de remarcat faptul că această regulă nu este întotdeauna respectată: de exemplu, cipurile bazate pe nuclee Cortex-A7 au performanțe mai mari decât cele bazate pe Cortex-A8. Cu toate acestea, dacă procesoarele bazate pe Cortex-A5 sunt deja considerate aproape învechite și aproape că nu sunt folosite în dispozitivele moderne, atunci procesoarele bazate pe Cortex-A15 pot fi găsite în comunicatoarele și tabletele emblematice. Nu cu mult timp în urmă, ARM a anunțat oficial dezvoltarea unor nuclee Cortex-A53 și Cortex-A57 noi, mai puternice și, în același timp, eficiente din punct de vedere energetic, care vor fi combinate pe un singur cip folosind tehnologia ARM big.LITTLE și vor suporta ARMv8 set de instrucțiuni („versiunea de arhitectură”), dar nu sunt utilizate în prezent în dispozitivele de consum. Cele mai multe cipuri Cortex-core pot fi multi-core, iar procesoarele quad-core sunt comune în smartphone-urile de ultimă generație de astăzi.

Marii producători de smartphone-uri și tablete folosesc de obicei procesoare de la producători de cipuri renumiti precum Qualcomm sau propriile soluții care au devenit deja destul de populare (de exemplu, Samsung și familia sa de chipset-uri Exynos), dar printre caracteristicile tehnice ale gadgeturilor de la majoritatea companiilor mici. puteți găsi adesea o descriere precum „procesor bazat pe Cortex-A7 tactat la 1 GHz” sau „Cortex-A7 dual-core tactat la 1 GHz”, care nu va însemna nimic pentru utilizatorul obișnuit. Pentru a înțelege care sunt diferențele dintre astfel de nuclee, să ne concentrăm pe cele principale.

Nucleul Cortex-A5 este utilizat în procesoarele low-cost pentru cele mai multe dispozitive bugetare. Asemenea dispozitive sunt destinate doar pentru a efectua o gamă limitată de sarcini și pentru a rula aplicații simple, dar nu sunt deloc concepute pentru programe care consumă mult resurse și, în special, pentru jocuri. Un exemplu de gadget cu procesor Cortex-A5 este Highscreen Blast, care a primit un cip Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 care conține două nuclee Cortex-A5 tactate la 1,2 GHz.

Procesoarele Cortex-A7 sunt mai puternice decât cipurile Cortex-A5 și sunt, de asemenea, mai comune. Astfel de cipuri sunt fabricate folosind o tehnologie de proces de 28 de nanometri și au un cache mare de nivel al doilea de până la 4 megaocteți. Miezurile Cortex-A7 se găsesc în principal în smartphone-urile de buget redus și dispozitivele de segment mediu cu costuri reduse precum iconBIT Mercury Quad și, de asemenea, ca excepție, în Samsung Galaxy S IV GT-i9500 cu procesor Exynos 5 Octa - acest chipset folosește tehnologie de economisire a energiei atunci când efectuați sarcini nesolicitante procesor quad-core Cortex-A7.

Nucleul Cortex-A8 nu este la fel de răspândit ca vecinii săi, Cortex-A7 și Cortex-A9, dar este încă folosit în diverse gadget-uri entry-level. Viteza de operare a cipurilor Cortex-A8 poate varia de la 600 MHz la 1 GHz, dar uneori producătorii overclockează procesoarele la frecvențe mai mari. O caracteristică a nucleului Cortex-A8 este lipsa suportului pentru configurațiile multi-core (adică procesoarele de pe aceste nuclee pot fi doar cu un singur nucleu) și sunt executate folosind o tehnologie de proces de 65 de nanometri, care este deja considerată. învechit.

Сortex-A9

Cu doar câțiva ani în urmă, nucleele Cortex-A9 erau considerate soluția de top și erau utilizate atât în cipurile tradiționale single-core, cât și în cipurile dual-core mai puternice, cum ar fi Nvidia Tegra 2 și Texas Instruments OMAP4. În prezent, procesoarele Cortex-A9 realizate folosind tehnologia de proces de 40 de nanometri nu își pierd din popularitate și sunt folosite în multe smartphone-uri din segmentul mediu. Frecvența de funcționare a unor astfel de procesoare poate fi de la 1 la 2 sau mai mult gigaherți, dar este de obicei limitată la 1,2-1,5 GHz.

În iunie 2013, ARM a introdus oficial nucleul Cortex-A12, care este fabricat folosind o nouă tehnologie de proces de 28 de nanometri și este conceput pentru a înlocui nucleele Cortex-A9 în smartphone-urile din segmentul mijlociu. Dezvoltatorul promite o creștere cu 40% a performanței față de Cortex-A9 și, în plus, nucleele Cortex-A12 vor putea participa la arhitectura ARM big.LITTLE ca fiind productive alături de Cortex-A7, care economisește energie, care va permite producătorii să creeze cipuri ieftine cu opt nuclee. Adevărat, la momentul scrierii, toate acestea sunt doar în planuri, iar producția în masă a cipurilor Cortex-A12 nu a fost încă stabilită, deși RockChip și-a anunțat deja intenția de a lansa un procesor quad-core Cortex-A12 cu o frecvență de 1,8 GHz.

Începând cu 2013, nucleul Cortex-A15 și derivatele sale sunt soluția de top și sunt utilizate în cipurile de comunicație emblematice de la diverși producători. Printre noile procesoare realizate folosind o tehnologie de proces de 28 nm și bazate pe Cortex-A15 se numără Samsung Exynos 5 Octa și Nvidia Tegra 4, iar acest nucleu acționează adesea ca o platformă pentru modificări de la alți producători. De exemplu, cel mai recent procesor A6X de la Apple folosește nuclee Swift, care sunt o modificare a Cortex-A15. Cipurile bazate pe Cortex-A15 sunt capabile să funcționeze la o frecvență de 1,5-2,5 GHz, iar suportul pentru multe standarde de la terți și capacitatea de a aborda până la 1 TB de memorie fizică fac posibilă utilizarea unor astfel de procesoare în computere (cum nu se poate aminti un mini-computer de dimensiunea unui card Raspberry Pi bancar).

Seria Cortex-A50

În prima jumătate a anului 2013, ARM a introdus o nouă linie de cipuri numită seria Cortex-A50. Nucleele acestei linii vor fi realizate conform unei noi versiuni a arhitecturii, ARMv8, și vor suporta noi seturi de instrucțiuni și vor deveni, de asemenea, pe 64 de biți. Tranziția la o nouă adâncime de biți va necesita optimizarea sistemelor de operare și a aplicațiilor mobile, dar, desigur, suportul pentru zeci de mii de aplicații pe 32 de biți va rămâne. Apple a fost primul care a trecut la arhitectura pe 64 de biți. Cele mai recente dispozitive ale companiei, de exemplu, iPhone 5S, rulează exact pe acest procesor Apple A7 ARM. În special, nu folosește nuclee Cortex - acestea sunt înlocuite cu nuclee proprii ale producătorului, numite Swift. Unul dintre motivele evidente pentru necesitatea trecerii la procesoare pe 64 de biți este suportul a mai mult de 4 GB de RAM și, în plus, capacitatea de a gestiona numere mult mai mari la calcul. Desigur, deocamdată acest lucru este relevant, în primul rând, pentru servere și PC-uri, dar nu vom fi surprinși dacă în câțiva ani vor apărea pe piață smartphone-uri și tablete cu o asemenea cantitate de RAM. Până în prezent, nu se știe nimic despre planurile de a produce cipuri pe noua arhitectură și smartphone-uri care le folosesc, dar este probabil ca flagship-urile să primească exact aceste procesoare în 2014, așa cum a anunțat deja Samsung.

Seria se deschide cu nucleul Cortex-A53, care va fi „succesorul” direct al lui Cortex-A9. Procesoarele bazate pe Cortex-A53 sunt considerabil superioare cipurilor bazate pe Cortex-A9 în performanță, dar mențin în același timp un consum redus de energie. Astfel de procesoare pot fi folosite fie individual, fie intr-o configuratie ARM big.LITTLE, fiind combinate pe acelasi chipset cu un procesor Cortex-A57

Performanță Cortex-A53, Cortex-A57

Procesoarele Cortex-A57, care vor fi fabricate folosind o tehnologie de proces de 20 de nanometri, ar trebui să devină cele mai puternice procesoare ARM în viitorul apropiat. Noul nucleu este semnificativ superior predecesorului său, Cortex-A15, în diverși parametri de performanță (puteți vedea comparația de mai sus) și, potrivit ARM, care vizează serios piața PC-urilor, va fi o soluție profitabilă pentru computerele obișnuite (inclusiv laptopuri), nu doar dispozitivele mobile.

BRAT mare.MIC

Ca o soluție high-tech la problema consumului de energie al procesoarelor moderne, ARM oferă tehnologia big.LITTLE, a cărei esență este combinarea diferitelor tipuri de nuclee pe un singur cip, de obicei același număr de economii de energie și de înaltă performanță. cele.

Există trei scheme pentru operarea diferitelor tipuri de nuclee pe un singur cip: big.LITTLE (migrare între clustere), big.LITTLE IKS (migrare între nuclee) și big.LITTLE MP (multiprocesare heterogenă).

big.LITTLE (migrare între clustere)

Primul chipset bazat pe arhitectura ARM big.LITTLE a fost procesorul Samsung Exynos 5 Octa. Folosește schema originală big.LITTLE „4+4”, ceea ce înseamnă combinarea în două clustere (de unde și numele schemei) pe un singur cip a patru nuclee Cortex-A15 de înaltă performanță pentru aplicații și jocuri care consumă mult resurse și patru nuclee de energie. salvând nucleele Cortex-A7 pentru lucrul de zi cu zi cu majoritatea programelor și doar un singur tip de nucleu poate funcționa la un moment dat. Comutarea între grupuri de nuclee are loc aproape instantaneu și neobservată de utilizator într-un mod complet automat.

big.LITTLE IKS (migrare între nuclee)

O implementare mai complexă a arhitecturii big.LITTLE este combinarea mai multor nuclee reale (de obicei două) într-unul virtual, controlat de nucleul sistemului de operare, care decide ce nuclee să folosească - eficiente din punct de vedere energetic sau productiv. Desigur, există și mai multe nuclee virtuale - ilustrația arată un exemplu de schema IKS, în care fiecare dintre cele patru nuclee virtuale conține un nucleu Cortex-A7 și Cortex-A15.

big.LITTLE MP (multiprocesare heterogenă)

Schema big.LITTLE MP este cea mai „avansată” - în ea, fiecare nucleu este independent și poate fi activat de nucleul sistemului de operare după cum este necesar. Aceasta înseamnă că dacă sunt folosite patru nuclee Cortex-A7 și același număr de nuclee Cortex-A15, un chipset construit pe arhitectura ARM big.LITTLE MP va putea rula toate cele 8 nuclee simultan, chiar dacă sunt de tipuri diferite. Unul dintre primele procesoare de acest tip a fost cipul cu opt nuclee de la Mediatek - MT6592, care poate funcționa la o frecvență de ceas de 2 GHz și, de asemenea, poate înregistra și reda videoclipuri la rezoluție UltraHD.

Viitor

Conform informațiilor disponibile în prezent, în viitorul apropiat ARM, împreună cu alte companii, intenționează să lanseze următoarea generație de cipuri big.LITTLE, care vor folosi noile nuclee Cortex-A53 și Cortex-A57. În plus, producătorul chinez MediaTek va produce procesoare de buget bazate pe ARM big.LITTLE, care vor funcționa conform schemei „2+2”, adică vor folosi două grupuri de două nuclee.

Acceleratoare grafice Mali

Pe lângă procesoare, ARM dezvoltă și acceleratoare grafice din familia Mali. Ca și procesoarele, acceleratoarele grafice sunt caracterizate de mulți parametri, de exemplu, nivelul de anti-aliasing, interfața magistrală, memoria cache (memorie ultra-rapidă utilizată pentru a crește viteza de operare) și numărul de „nuclee grafice” (deși, așa cum am scris în articolul precedent, acest indicator, în ciuda asemănării cu termenul folosit pentru a descrie procesorul nu are practic niciun impact asupra performanței atunci când se compară două GPU-uri).

Primul accelerator grafic ARM a fost Mali 55, nefolosit acum, care a fost folosit în telefonul tactil LG Renoir (da, cel mai comun telefon mobil). GPU-ul nu a fost folosit în jocuri - doar pentru redarea interfeței și avea caracteristici primitive conform standardelor actuale, dar a devenit „strămoșul” seriei Mali.

De atunci, progresul a parcurs un drum lung, iar acum API-urile și standardele de jocuri acceptate sunt de o importanță considerabilă. De exemplu, suportul pentru OpenGL ES 3.0 este acum anunțat doar la cele mai puternice procesoare precum Qualcomm Snapdragon 600 și 800 și, dacă vorbim despre produse ARM, standardul este susținut de acceleratoare precum Mali-T604 (a fost primul GPU ARM realizat pe noua microarhitectură Midgard), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 și alte cipuri similare ca caracteristici. Acesta sau acel GPU, de regulă, este strâns legat de kernel, dar, cu toate acestea, este indicat separat, ceea ce înseamnă că, dacă calitatea graficii din jocuri este importantă pentru dvs., atunci este logic să vă uitați la numele accelerator în specificațiile smartphone-ului sau tabletei.

ARM are, de asemenea, acceleratoare grafice pentru smartphone-urile din segmentul mijlociu în gama sa, dintre care cele mai comune sunt Mali-400 MP și Mali-450 MP, care diferă de frații lor mai mari prin performanțe relativ scăzute și un set limitat de API-uri și standarde acceptate. În ciuda acestui fapt, aceste GPU-uri continuă să fie folosite în noile smartphone-uri, de exemplu, Zopo ZP998, care a primit acceleratorul grafic Mali-450 MP4 (o modificare îmbunătățită a lui Mali-450 MP) în plus față de procesorul MTK6592 cu opt nuclee.

Probabil, smartphone-urile cu cele mai recente acceleratoare grafice ARM ar trebui să apară la sfârșitul anului 2014: Mali-T720, Mali-T760 și Mali-T760 MP, care au fost introduse în octombrie 2013. Mali-T720 este programat să fie noul GPU pentru smartphone-uri low-cost și primul GPU din acest segment care acceptă Open GL ES 3.0. Mali-T760, la rândul său, va deveni unul dintre cele mai puternice acceleratoare grafice mobile: conform caracteristicilor declarate, GPU-ul are 16 nuclee de calcul și are o putere de calcul cu adevărat enormă, 326 Gflops, dar, în același timp, de patru ori. consum de energie mai mic decât Mali-T604 menționat mai sus.

Rolul CPU-urilor și GPU-urilor de la ARM pe piață

În ciuda faptului că ARM este autorul și dezvoltatorul arhitecturii cu același nume, care, repetăm, este acum utilizată în marea majoritate a procesoarelor mobile, soluțiile sale sub formă de nuclee și acceleratoare grafice nu sunt populare cu smartphone-urile majore. producatori. De exemplu, se crede pe bună dreptate că comunicatoarele emblematice de pe sistemul de operare Android ar trebui să aibă un procesor Snapdragon cu nuclee Krait și un accelerator grafic Adreno de la Qualcomm chipset-uri de la aceeași companie sunt folosite în smartphone-uri pe Windows Phone, iar unii producători de gadget-uri, de exemplu; Apple, dezvoltă propriile nuclee. De ce există această situație în prezent?

Poate că unele dintre motive ar putea fi mai profunde, dar unul dintre ele este lipsa unei poziționări clare a CPU-urilor și GPU-urilor de la ARM printre produsele altor companii, drept urmare dezvoltările companiei sunt percepute ca componente de bază pentru utilizare în B. -dispozitive de marcă, smartphone-uri ieftine și crearea de soluții mai mature. De exemplu, Qualcomm repetă la aproape fiecare prezentare că unul dintre obiectivele sale principale atunci când creează noi procesoare este reducerea consumului de energie, iar nucleele Krait, fiind nuclee Cortex modificate, arată în mod constant rezultate de performanță mai ridicate. O afirmație similară este valabilă și pentru chipset-urile Nvidia, care sunt axate pe jocuri, dar în ceea ce privește procesoarele Exynos de la Samsung și seria A de la Apple, acestea au propria lor piață datorită instalării în smartphone-urile acelorași companii.

Cele de mai sus nu înseamnă deloc că evoluțiile ARM sunt semnificativ mai proaste decât procesoarele și nucleele de la companii terțe, dar concurența de pe piață beneficiază în cele din urmă doar cumpărătorii de smartphone-uri. Putem spune că ARM oferă niște blank-uri, prin achiziționarea unei licențe pentru care producătorii le pot modifica independent.

Concluzie

Microprocesoarele bazate pe arhitectura ARM au cucerit cu succes piața dispozitivelor mobile datorită consumului redus de energie și puterii de calcul relativ mari. Anterior, alte arhitecturi RISC concurau cu ARM, de exemplu, MIPS, dar acum nu mai are decât un singur concurent serios - Intel cu arhitectura x86, care, apropo, deși luptă activ pentru cota de piață, nu este încă perceput. fie de către consumatori, fie de către majoritatea producătorilor în serios, mai ales având în vedere absența virtuală a flagship-urilor bazate pe acesta (Lenovo K900 nu mai poate concura cu cele mai recente smartphone-uri de top cu procesoare ARM).

Ce credeți, va putea cineva să înlocuiască ARM și care va fi viitorul acestei companii și al arhitecturii sale?

Bună ziua iubiții noștri cititori. Astăzi vă vom vorbi despre arhitectura procesorului Cortex a53.

Nici nu-ți dai seama câte dintre gadgeturile tale funcționează datorită acestui procesor. Puțini oameni știu despre caracteristicile nucleelor tehnologice și despre ce le deosebește unul de celălalt. În acest articol veți afla despre caracteristicile unui anumit Cortex a53 popular.

Caracteristici

Aceste procesoare pot avea de la 1 la 8 nuclee, un sistem de memorie L1 și un cache L2 partajat. Pentru a înțelege ce diferențiază componenta principală a aproape tuturor echipamentelor acestui model de altele, trebuie să cunoașteți avantajele sale:

Performanță ridicată (suporta o gamă largă de aplicații mobile, DTV, vehicule aerospațiale, depozitare și alte echipamente similare);
Arhitectură Army8-A de înaltă calitate pentru design-uri de sine stătătoare;
Universalitate (poate fi asociat cu orice procesor, cum ar fi Cortex-A72, Cortex-A57 și altele);
Un produs de calitate cu o capacitate mare de incarcare.

Acestea sunt principalele puncte forte ale acestui produs, dar nu toate avantajele sale. Nucleul acestui brand îndeplinește multe funcții:

Suportă până la 64 de biți și cele mai recente versiuni de arhitectură;
tehnologia de securitate TrustZone;
extensii DSP și SIMD;
Transportor în 8 trepte cu două ieșiri și număr întreg îmbunătățit;
Poate funcționa la frecvențe de la 1,5 GHz;
Suport pentru virtualizarea hardware.

Acesta este un set standard de funcții pentru această componentă tehnică, dar acestea nu sunt toate funcțiile pe care le îndeplinește acest mecanism complex.

Unde este cel mai des folosit?

Procesoarele de acest tip se găsesc nu numai în smartphone-urile din clasa de mijloc (Xiaomi redmi 4, Redmi 3s, Meizu m3/m5 Note etc.), ci și în următoarele tehnologii:

Inginerie aerospațială;
Net;
Stocarea datelor (cum ar fi HDD, SDD);
Sistem de infotainment auto;

Caracteristici suplimentare

Conducta, care este responsabilă pentru un consum redus de energie;
Debit mare, care vă permite să executați mai multe comenzi simultan;
Funcții avansate de economisire a energiei.

Procesorul este asociat cu IP-uri diferite

Această tehnică este utilizată în SoC-uri, precum și în tehnologiile Arm, IP grafică, IP de sistem și IP fizică. Vă oferim o listă completă de instrumente în care poate fi folosit nucleul acestui brand :

Mali-T860/Mali-T880;
Mali-DP550;
Mali-V550;
CoreLink;
Controler de memorie;
Controler de întrerupere;
Studio de dezvoltare DS-5;
compilator ARM;
Placi de dezvoltare;
Modele rapide.

Există 2 tipuri de procesoare Cortex a53:

AArch64 – vă permite să instalați și să utilizați aplicații pe 64 de biți;
AArch32 – face posibilă utilizarea numai a aplicațiilor Armv7-A existente.

De ce aveți nevoie de toate aceste informații tehnice?

Dacă nu înțelegeți nimic despre tehnologie și caracteristici, atunci în termeni mai simpli Cortex a53 oferă performanțe mult mai mari decât predecesorii săi cu un nivel mai ridicat de eficiență energetică. Performanța de bază este chiar mai mare decât cea a mărcii Cortex-A7, care se găsește pe multe smartphone-uri populare.

Arhitectura Armv8-A este cea care determină funcționalitatea tehnologiilor. Această marcă de nucleu are procesare de date pe 64 de biți, adresare virtuală extinsă și registre de uz general pe 64 de biți. Toate aceste caracteristici au făcut ca acest procesor să fie primul care a fost conceput special pentru a oferi procesare pe 64 de biți eficientă din punct de vedere energetic.

Astfel, înțelegeți că procesorul Cortex a53 este tocmai componenta tehnică pe care nu trebuie să o săriți peste atunci când alegeți echipamente. Dacă smartphone-ul dvs. are un astfel de procesor care utilizează această arhitectură, nu trebuie să vă faceți griji că rămâneți fără memorie sau că telefonul se va epuiza rapid. Toate aceste probleme sunt în trecut.

Sperăm că articolul nostru v-a fost de folos. Dacă da, abonați-vă la grupurile noastre de pe rețelele de socializare și rămâneți la curent cu articole noi care vă pot fi utile. Nu uita de canalul nostru de pe YouTube.

A fost un site cu tine

Cortex-A5;
Cortex-A7;
Cortex-A8;
Cortex-A9;
Cortex-A12;
Cortex-A15;
Cortex-A53;

Cortex-A5

Cortex-A7

Cortex-A8

Сortex-A9

Cortex-A12

Cortex-A15

Seria Cortex-A50

Cortex-A53

big.LITTLE (migrare între clustere)

Schema big.LITTLE MP este cea mai „avansată” - în ea, fiecare nucleu este independent și poate fi activat de nucleul sistemului de operare după cum este necesar. Aceasta înseamnă că dacă sunt folosite patru nuclee Cortex-A7 și același număr de nuclee Cortex-A15, un chipset construit pe arhitectura ARM big.LITTLE MP va putea rula toate cele 8 nuclee simultan, chiar dacă sunt de tipuri diferite. Unul dintre primele procesoare de acest tip a fost cipul cu opt nuclee al companiei, care poate funcționa la o frecvență de ceas de 2 GHz și, de asemenea, poate înregistra și reda videoclipuri la rezoluție UltraHD.

Viitor

Pe lângă procesoare, ARM dezvoltă și acceleratoare grafice din familia Mali. Ca și procesoarele, acceleratoarele grafice sunt caracterizate de mulți parametri, de exemplu, nivelul de anti-aliasing, interfața magistrală, memoria cache (memorie ultra-rapidă utilizată pentru a crește viteza de operare) și numărul de „nuclee grafice” (deși, așa cum am scris în articolul precedent, acest indicator, în ciuda asemănării cu termenul folosit pentru a descrie procesorul, nu are practic niciun efect asupra performanței când se compară două GPU-uri).

Rolul CPU-urilor și GPU-urilor de la ARM pe piață

Concluzie