Comparația brațului. Totul despre arhitectura procesoarelor mobile ARM Cortex A53. Numele lor este legiune

Știm de ceva timp că vom vedea primele procesoare ARM care acceptă setul de instrucțiuni ARMv8 pe 64 de biți la sfârșitul lui 2013 sau începutul lui 2014. Cu toate acestea, ce fel de procesor vor fi acestea rămâne un mister. În cadrul ultimei conferințe ARM TechCon, dezvoltatorul britanic de cipuri și-a prezentat cele două noi procesoare Cortex-A53 și Cortex-A57, care pot fi utilizate nu numai în piata mobila— în primul rând, acestea sunt create pentru piața de microservere. Apropo, aceste cipuri vor trebui să facă față concurenței de la Intel, care pregătește și lansarea unei platforme speciale Bay Trail (procesoarele poartă numele de cod Valleyview) pentru piața de microservere la sfârșitul anului 2013 sau primul trimestru al lui 2014.

Conferința TechCon 2012, în general, s-a dovedit a fi bogată în anunțuri de mare profil, spre deosebire de anii precedenți. Priviți doar anunțul privind furnizarea de către AMD a procesoarelor hibride x86/ARM pe 64 de biți pentru servere sub marca Opteron în 2014. Deși nu există încă date despre aceste cipuri, putem presupune că vorbim despre combinarea nucleelor ​​Jaguar pe 64 de biți eficiente din punct de vedere energetic cu nuclee ARMv8, folosind comunicații optice SeaMicro Freedom Fabric și, probabil, grafica Volcanic Islands.

Al doilea eveniment notabil al conferinței a fost demonstrația de către Cadence și IBM a unui cip de testare ARMv8 bazat pe o tehnologie de proces de 14 nm care utilizează FinFET (așa-numitele tranzistori 3D) și FD-SOI (următoarea generație de siliciu pe izolator). tehnologie). Combinația dintre FinFET și FD-SOI este văzută ca un avantaj serios față de procesele tehnologice ale fabricii concurente TSMC. Desfășurarea producției de masă de 14 nm de către IBM, GlobalFoundries și Samsung Electronics poate fi așteptată în 2014. Cele trei companii menționate sunt membre ale Common Platform Alliance și lucrează împreună pentru a dezvolta noi norme tehnologice. Producția în masă a plachetelor de siliciu FinFET/FD-SOI de 14 nm va fi lansată pentru prima dată la fabricile IBM și GlobalFoundries din statul New York, precum și la fabrica Samsung din Texas.

În cele din urmă, punctul culminant al programului a fost anunțul adevăraților succesori ai popularelor nuclee de procesoare Cortex-A9 (2009) și Cortex-A15 (2012). Noile nuclee sunt denumite Cortex-A53 și, respectiv, Cortex-A57. Acestea sunt primele soluții de referință care se bazează pe a opta generație de arhitectură ARM (set de instrucțiuni ARMv8 pe 64 de biți) și sunt destinate pieței. smartphone-uri puternice, tablete, produse mobile hibride și, bineînțeles, pentru utilizare în sectorul serverelor de înaltă densitate.

Potrivit ARM, nucleul Cortex-A53 este „cel mai eficient procesor ARM creat vreodată”: este capabil să ofere performanțe la nivelul Cortex-A9, în timp ce acceptă instrucțiuni pe 64 de biți și este pe deplin compatibil cu ARMv7. Când este fabricat pe aceeași tehnologie de proces de 32 nm, miezul Cortex-A53 va ocupa cu 40% mai puțină suprafață în comparație cu Cortex-A9. Dacă comparăm miezul Cortex-A53 de 20 nm cu Cortex-A9 de 32 nm, primul va fi de 4 ori mai mic. ARM mai sustine ca la lansare nucleul va consuma de 4 ori mai putina energie in comparatie cu nucleele Cortex-A9 actuale, presupunand aceleasi performante.

În același timp, cipul Cortex-A57 este numit „cel mai avansat procesor ARM de înaltă performanță. Este ușor de crezut, deoarece ARM promite performanțe triple în modul pe 32 de biți în comparație cu nucleele Cortex-A15 moderne și eficiență energetică de 5 ori superioară. Scalabilitatea lui Cortex-A57 vă permite să creați cristale cu 16 sau mai multe nuclee. Într-un comunicat de presă, compania subliniază că, în timp ce performanța computerelor mai vechi, nucleul Cortex-A57 are un consum de energie. dispozitive mobile. ARM indică, de asemenea, suport pentru instrucțiuni speciale care pot accelera criptarea de 10 ori.

ARM observă că nucleele Cortex-A57 și Cortex-A53 pot funcționa fie separat, fie în combinație folosind tehnologia big.LITTLE (cum ar fi o combinație Cortex-A15 și Cortex-A7), care poate obține performanțe optime și eficiență energetică.

Principalele caracteristici ale Cortex-A53:

• Adresare memorie virtuală pe 40 de biți;
• suporta pana la 1 TB de RAM (de la LPDDR3 la DDR4);
• 8 până la 64 KB cache de instrucțiuni L1 și 8 până la 64 KB cache de date L1;
• coprocesor matematic

Principalele caracteristici ale Cortex-A57:

• suport pentru executarea comenzilor cu modificări de secvență;
• Miez ARMv8 cu suport pentru calcule pe 32 și 64 de biți;
• Adresare memorie virtuală pe 44 de biți;
• suport pentru până la 16 TB de RAM (de la LPDDR3 la DDR4);
• 48 KB cache de instrucțiuni L1 și 32 KB cache de date L1;
• motor SIMD multimedia NEON;
• coprocesor matematic;
• 128 KB la 2 MB cache L2 (cu suport ECC);
• Interconectare CoreLink pe 128 de biți (CCI-400 și CCN-504).

ARM a anunțat numele a șase companii care vor folosi nuclee Cortex-A53/A57 în cipurile lor: AMD, Broadcom, Calxeda, HiSilicon/Huawei, Samsung Electronics și STMicroelectronics. Astfel, cel puțin, ne putem aștepta la noi cipuri mobile cu grafică Cortex-A53/A57 și Mali-T600 de la Huawei și Samsung. Primele astfel de procesoare ar trebui să apară în 2014.

Acest material va discuta despre arhitectura procesorului. Produsele semiconductoare bazate pe acesta pot fi găsite în smartphone-uri, routere, tablete PC-uri și alte dispozitive mobile, unde până de curând ocupa o poziție de lider în acest segment de piață. Acum este înlocuit treptat de soluții de procesoare mai noi și mai proaspete.

Informații scurte despre ARM

Istoria ARM datează din 1990, când a fost fondată de Robin Saxby. Baza pentru crearea sa a fost o nouă arhitectură de microprocesor. Dacă înainte de aceasta pozițiile dominante pe piața CPU au fost ocupate de x86 sau CISC, atunci după formarea acestei companii alternativă demnă sub formă de RISC. În primul caz, execuția codului programului a fost redusă la 4 etape:

Primirea instrucțiunilor mașinii.

Efectuați conversia microcodului.

Primirea microinstrucțiunilor.

Execuția pas cu pas a microinstrucțiunilor.

DESPRE ideea de bază a arhitecturiiRISC a fost că procesarea codului programului poate fi redusă la 2 etape:

Chitanță RISC- instrucțiuni.

Tratament RISC- instrucțiuni.

LA Atât în ​​primul cât și în al doilea caz există atât avantaje, cât și dezavantaje semnificative. x86 a cucerit cu succes piața computerelor șiRISC ( inclusiv, introdus în 2011) - piața dispozitivelor mobile.

Istoria arhitecturii Cortex A7. Caracteristici cheie

Baza pentru „Cortex A7” a fost „Cortex A8”. Ideea principală a dezvoltatorilor în acest caz a fost de a crește performanța și de a îmbunătăți semnificativ eficiența energetică a soluției procesorului. Acesta este exact ceea ce inginerii ARM au realizat în cele din urmă. O altă caracteristică importantă în acest caz a fost că a devenit posibil să se creeze procesoare cu tehnologie big.LITTLE. Adică, cristalul semiconductor ar putea include 2 module de calcul. Unul dintre ele avea ca scop rezolvarea celor mai simple probleme cu un consum minim de energie și, de regulă, nucleele Cortex A7 au jucat acest rol. Al doilea era destinat să ruleze cel mai complex software și se baza pe unitățile de calcul Cortex A15 sau Cortex A17. Oficial, „Cortex A7” a fost prezentat, după cum sa menționat mai devreme, în 2011. Ei bine, primul procesor ARM Cortex A7 a fost lansat un an mai târziu, adică în 2012.

Tehnologia de producție

Inițial, produsele semiconductoare bazate pe A7 au fost produse conform standardelor de tehnologie de 65 nm. Acum această tehnologie este iremediabil depășită. Ulterior, încă două generații de procesoare A7 au fost lansate conform standardelor de toleranță de 40 nm și 32 nm. Dar acum au devenit irelevante. Cele mai recente modele de procesoare bazate pe această arhitectură sunt deja fabricate după standardele de 28 nm, iar acestea sunt cele care se mai găsesc la vânzare. Este puțin probabil să se aștepte o tranziție ulterioară la altele mai noi, cu noi standarde de toleranță și arhitectură învechită. Cipurile bazate pe A7 ocupă acum cel mai bugetar segment al pieței de dispozitive mobile și sunt înlocuite treptat de gadgeturi bazate pe A53, care, cu aproape aceiași parametri de eficiență energetică, are mai mult nivel inalt viteză.

Arhitectura de bază a microprocesorului

1, 2, 4 sau 8 nuclee pot fi incluse în procesoarele bazate pe ARM Cortex A7. Caracteristici procesoarele din ultimul caz indică faptul că cipul constă în esență din 2 clustere de 4 nuclee.Timp de 2-3 ani, produsele cu procesoare entry-level au fost bazate pe cipuri cu 1 sau 2 module de calcul. Nivelul mediu a fost ocupat de soluții cu 4 nuclee. Ei bine, segmentul premium era pentru cipuri cu 8 nuclee. Fiecare nucleu de microprocesor bazat pe această arhitectură a inclus următoarele module:

B unitate de procesare în virgulă mobilă (FPU).

Cache de nivel 1.

bloc NEONpentru a optimiza performanța procesorului.

Modul de calculARMv7.

Au existat, de asemenea, următoarele componente comune pentru toate nucleele din CPU:

Bani gheata L2.

Unitatea de control de bază CoreSight.

Controler de magistrală de control de date AMBA cu capacitate de 128 de biți.

Frecvențe posibile

Frecvența maximă de ceas pentru o anumită arhitectură de microprocesor poate varia de la 600 MHz la 3 GHz. De asemenea, trebuie remarcat faptul că acest parametru, care indică impactul maxim asupra performanței sistem de calcul, schimbări. În plus, frecvența este influențată de trei factori simultan:

Nivelul de complexitate al problemei care se rezolvă.

Gradul de optimizare software pentru multithreading.

Valoarea curentă a temperaturii cristalului semiconductor.

Ca exemplu, luați în considerare algoritmul de operare al cipului MT6582, care se bazează pe A7 și include 4 unități de calcul, a căror frecvență variază de la 600 MHz la 1,3 GHz. În modul inactiv, acest procesor poate avea o singură unitate de calcul și funcționează la minimum frecventa posibila la 600 MHz. O situație similară va apărea atunci când o aplicație simplă este lansată pe un gadget mobil. Dar când pe lista de sarcini apare o jucărie intensivă în resurse optimizată pentru multi-threading, toate cele 4 blocuri de procesare a codului de program la o frecvență de 1,3 GHz vor începe automat să funcționeze. Pe măsură ce procesorul se încălzește, cele mai fierbinți nuclee își vor reduce viteza de ceas sau chiar se vor opri. Pe de o parte, această abordare asigură eficiența energetică și, pe de altă parte, un nivel acceptabil de performanță a cipului.

Memorie cache

Doar 2 niveluri de cache sunt furnizate în ARM Cortex A7. Caracteristici cristalul semiconductor, la rândul său, indică faptul că primul nivel este în mod necesar împărțit în 2 jumătăți egale. Unul din eiar trebui să stocheze date, iar celălalt - instrucțiuni. Marimea totala cache la nivelul 1conform specificațiilor pot fi egale 64 KB. Ca rezultat, obținem 32 KB pentru date și 32 KB pentru cod.Cache-ul de al 2-lea nivel se va bloca în acest caz e din model specific CPU. Cel mai mic volum al său poate fi de 0 MB (adică, absent), iar cel mai mare poate fi de 4 MB.

Controler RAM. Caracteristicile sale

Orice procesor ARM Cortex A7 vine cu un controler RAM încorporat. Caracteristicile planului tehnic indică faptul că este proiectat să funcționeze împreună cu RAM standard LPDDR3. Frecvențele de memorie de operare recomandate în acest caz sunt 1066 MHz sau 1333 MHz. Dimensiunea maximă a RAM care poate fi găsită în practică pentru acest model de cip este de 2 GB.



Grafică integrată

După cum era de așteptat, aceste dispozitive cu microprocesor au un integrat subsistem grafic. Producătorul ARM recomandă utilizarea în combinație cu acest procesor placă grafică dezvoltare proprie Mali-400MP2. Dar performanța sa de cele mai multe ori nu este suficientă pentru a debloca potențialul unui dispozitiv cu microprocesor. Prin urmare, dezvoltatorii de cipuri folosesc adaptoare mai puternice în combinație cu acest cip, de exemplu, Power VR6200.

Caracteristici software

Trei tipuri de sisteme de operare sunt vizate de procesoarele ARM:

Android de la gigantul de căutare Google.

iOS de la APPLE.

Windows Mobile de la Microsoft.

Orice altceva este sistemic software nu s-a răspândit încă. După cum ați putea ghici, cea mai mare cotă de piață pentru un astfel de software este Android. Acest sistem are un simplu și interfață clară iar dispozitivele entry-level bazate pe acesta sunt foarte, foarte accesibile. Până la versiunea 4.4 inclusiv, era pe 32 de biți, iar cu 5.0 a început să accepte calculul pe 64 de biți. Acest sistem de operare rulează cu succes pe orice familie de procesoare cu arhitectură RISC, inclusiv ARM Cortex A7. Meniul de inginerie- acesta este altul caracteristică importantă acest software de sistem. Cu ajutorul acestuia, puteți reconfigura în mod semnificativ capacitățile sistemului de operare. Acest meniu poate fi accesat folosind un cod care este individual pentru fiecare model de CPU.

O altă caracteristică importantă a acestui sistem de operare este instalarea tuturor posibile actualizări automat. Prin urmare, chiar și noi funcții pot apărea pe cipurile din familia ARM Cortex A7. Firmware-ul le poate adăuga. Al doilea sistem este destinat gadgeturilor mobile de la APPLE. Astfel de dispozitive ocupă în principal segmentul premium și au niveluri corespunzătoare de performanță și cost. Cel mai recent sistem de operare, Windows Mobile, nu a devenit încă răspândit. Există dispozitive bazate pe acesta în orice segment de gadgeturi mobile, dar cantitatea mică de aplicații software în acest caz este un factor limitativ pentru răspândirea acestuia.



Modele de procesoare

Cele mai accesibile și mai puțin productive în acest caz sunt cipurile single-core. Cel mai răspândit dintre ele este MT6571 de la MediaTek. Cu un pas mai sus sunt procesoarele dual-core ARM Cortex A7 Dual Core. Un exemplu este MT6572 de la același producător. Un nivel și mai mare de performanță a fost oferit de Quad Core ARM Cortex A7. Cel mai popular cip din această familie este MT6582, care acum poate fi găsit chiar și în gadgeturi mobile nivel de intrare. Ei bine, cel mai înalt nivel de performanță a fost oferit de 8-core unități centrale de procesare, căruia îi aparținea MT6595.

Perspective de dezvoltare ulterioară

Puteți găsi în continuare dispozitive mobile pe rafturile magazinelor care se bazează pe un dispozitiv cu procesor semiconductor bazat pe 4X ARM Cortex A7. Acestea sunt MT6580, MT6582 și Snapdragon 200. Toate aceste cipuri includ 4 unități de calcul și au un nivel excelent de eficiență energetică. De asemenea, costul în acest caz este foarte, foarte modest. Dar totuși, cele mai bune perioade ale acestei arhitecturi cu microprocesor sunt deja în urmă. Vârful vânzărilor de produse bazate pe acesta a scăzut în 2013-2014, când practic nu exista nicio alternativă la acesta pe piața gadgeturilor mobile. Mai mult, în acest caz vorbim atât de dispozitive de buget cu 1 sau 2 module de calcul, cât și de gadget-uri emblematice cu un procesor cu 8 nuclee. În prezent, este înlocuit treptat de pe piață cu Cortex A53, care este în esență o versiune modificată pe 64 de biți a lui A7. În același timp, a păstrat în totalitate principalele avantaje ale predecesorului său, iar viitorul îi aparține cu siguranță.



Opinia experților și a utilizatorilor. Recenzii reale ale cipurilor bazate pe această arhitectură. Avantaje și dezavantaje

Desigur, un eveniment semnificativ pentru lumea dispozitivelor mobile a fost apariția arhitecturii dispozitivelor cu microprocesor ARM Cortex A7. Cea mai bună dovadă a acestui lucru este că dispozitivele bazate pe acesta au fost deja vândute cu succes de mai bine de 5 ani. Desigur, acum capacitățile unui procesor bazat pe A7 nu mai sunt suficiente nici măcar pentru a rezolva probleme de nivel mediu, dar cel mai simplu cod de program de pe astfel de cipuri încă funcționează cu succes până în prezent. Lista unui astfel de software include redarea videoclipurilor, ascultarea înregistrărilor audio, citirea cărților, navigarea pe web și chiar și cele mai simple jucării se vor lansa în acest caz fără probleme. Tocmai pe asta se concentrează atât specialiștii de top de acest gen, cât și utilizatorii obișnuiți, pe portalurile tematice de top dedicate gadgeturilor și dispozitivelor mobile. Dezavantajul cheie al lui A7 este lipsa suportului pentru calcularea pe 64 de biți. Ei bine, principalele sale avantaje includ combinația ideală de eficiență energetică și performanță.



Rezultate

Desigur, Cortex A7 - Aceasta este o întreagă eră în lumea dispozitivelor mobile. Odată cu apariția sa, dispozitivele mobile au devenit accesibile și destul de productive. Și simplul fapt că a fost vândut cu succes de mai bine de 5 ani, prea mult pentru asta confirmare. Dar dacă la început gadgeturile bazate pe acesta ocupau segmentele de mijloc și premium ale pieței, acum doar clasa de buget rămâne în urma lor. Această arhitectură este depășită și devine treptat un lucru din trecut.

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 16 biți Modele Intel 8086, lansat în 1978. Aceste procesoare au devenit pe 32 de biți abia în 1985, când a fost introdus primul „386th”. În 1989 anul Intel a lansat primul cip scalar (adică efectuarea unei operații într-un ciclu de ceas) i486 (80486), care a prezentat pentru prima dată memorie cache încorporată 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 oricare altul Codul mașinii, transformându-l 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. Pornind de la această generație, microcircuitele, păstrând compatibilitatea cu toate seturile de instrucțiuni anterioare, demonstrează performanțe maxime doar cu un set limitat. instructiuni simple, care arată în mod suspect ca un set 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 superpipelinarea cipurilor moderne.

O altă diferență este mult mai importantă: cota leului de x86 este procesoare universale, „atârnat” 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 procesare fișiere textînainte de codificarea video Rezoluție înaltăși lucrul 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. O tabletă la modă este construită pe baza Cortex-A8 Apple iPad, iar Intel Atoms funcționează în marea majoritate a netbook-urilor.

Aceste cipuri au un alt important caracteristică generală: Ambele procesoare funcționează pe principiul execuției secvențiale a instrucțiunilor, în timp ce majoritatea procesoarelor x86 sunt procesoare nefuncționale. Această schemă este menită să realizeze performanță maximă pe watt de consum de energie datorită eliminării modulelor responsabile de 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 efectuată de Van Smith, autorul pachetelor de testare OpenSourceMark și miniBench și unul dintre co-autori. 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 sunt Jocuri 3D, și modelarea 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 și, prin urmare, o durată lungă de viață. durata de viata a bateriei. Așa că iPad-ul Apple poate deveni un simbol al începutului luptei dintre cipurile ARM și procesoarele x86 pe propriul lor domeniu.

Cu siguranță fiecare dintre voi v-ați întrebat: ce este ARM? Puteți auzi adesea această abreviere când vorbiți despre procesorul unui dispozitiv. Și uneori nu toată lumea îi înțelege pe deplin esența.

Să spunem imediat că ARM este o companie, dar ARM este și o arhitectură de procesor pe care ARM a dezvoltat-o.

Un procesor ARM este un procesor bazat pe arhitectura RISC dezvoltată de Acorn Computers în anii 1980 și dezvoltat în prezent de Advanced RISC Machines, de unde și abrevierea „ARM”. Mai mult, abrevierea ARM în raport direct cu arhitectura procesorului înseamnă Acorn RISC Machine. Cu alte cuvinte, există două semnificații pentru abrevierea ARM.

Advanced RISC Machines este o companie din Marea Britanie care dezvoltă, proiectează și licențiază arhitecturi de procesoare ARM. ARM dezvoltă o metodă de construire a procesoarelor ARM, iar companii precum Qualcomm și Samsung își dezvoltă procesoarele bazate pe ARM. În prezent, aproape toate dispozitivele de dimensiuni mici și echipate cu o baterie au procesoare construite pe arhitectura ARM.

Există mai multe tipuri de arhitectură de procesor: CISC, RISC, MISC. Primul se distinge printr-un set mare de instrucțiuni, adică CISC este proiectat să lucreze cu instrucțiuni complexe de lungime inegală. RISC, pe de altă parte, are un set redus de instrucțiuni care au un singur format și codare simplă.

Pentru a înțelege diferența, imaginați-vă că dvs calculator personal procesor instalat de la AMD sau Intel cu Arhitectura CISC. Procesoarele CISC generează mai mult de MIPS (milioane de instrucțiuni pe secundă, adică numărul de instrucțiuni specifice executate de procesor într-o secundă).

Procesoarele RICS au mai puțini tranzistori, ceea ce le permite să consume mai puțină energie. Numărul redus de instrucțiuni permite proiectarea de microcircuite simplificate. Dimensiunea redusă a cipului are ca rezultat o dimensiune mai mică a matriței, ceea ce permite ca mai multe componente să fie împachetate pe procesor, făcând procesoarele ARM mai mici și mult mai eficiente din punct de vedere energetic.

Arhitectura ARM este perfectă pentru smartphone-urile pentru care principalul lucru este consumul de energie, în timp ce din punct de vedere al performanței, procesoarele ARM sunt, desigur, semnificativ inferioare soluțiilor de top de la Intel și AMD. În același timp, procesoarele ARM nu pot fi numite slabe. ARM acceptă atât arhitecturi pe 32 de biți, cât și pe 64 de biți, există și suport pentru virtualizarea hardware și gestionarea avansată a energiei.

Parametrul principal atunci când se evaluează procesoarele ARM este raportul dintre performanță și consumul de energie aici procesoarele ARM funcționează mai bine decât, de exemplu, un procesor x86 de la Intel bazat pe arhitectura CISC.

Astfel, în cazul supercomputerelor, va fi mai atractiv să folosești un milion de procesoare ARM în loc de o mie de procesoare x86.

Bazat pe materiale de la androidcentral

Lumea computerelor se schimbă rapid. PC-urile desktop au pierdut primul loc în clasamentul vânzărilor în fața laptopurilor și sunt pe cale să ofere piață tabletelor și altor dispozitive mobile. Acum 10 ani prețuim megaherți puri, puterea adevărată și performanța. Acum, pentru a cuceri piața, procesorul trebuie să fie nu doar rapid, ci și economic. Mulți oameni cred că ARM este arhitectura secolului 21. E chiar asa?

Nou - bine uitat vechi

Jurnaliştii, urmând oamenii ARM PR, prezintă adesea această arhitectură ca pe ceva complet nou, care ar trebui să îngroape x86-ul cărunt.

De fapt, ARM și x86, pe baza cărora sunt construite procesoare Intel, AMD și VIA, instalate în laptopuri și computere desktop, au aproape aceeași vârstă. Primul cip x86 a fost lansat în 1978. Proiectul ARM a început oficial în 1983, dar s-a bazat pe dezvoltări care au fost realizate aproape simultan cu crearea x86.

Primele ARM-uri au impresionat specialiștii prin eleganța lor, dar cu performanța relativ scăzută nu au putut cuceri piața care le cerea viteze mariși nu a acordat atenție eficienței muncii. Anumite condiții trebuiau să existe pentru ca popularitatea ARM să crească vertiginos.

La începutul anilor opt și nouăzeci, cu uleiul lor relativ ieftin, SUV-urile uriașe cu motoare puternice de 6 litri erau la cerere. Puțini oameni au fost interesați de mașinile electrice. Dar în vremea noastră, când un baril de petrol costă mai mult de 100 de dolari, mașinile mari cu motoare înfometate de putere au nevoie doar de cei bogați, restul se grăbește să treacă la mașini economice. Un lucru similar s-a întâmplat cu ARM. Când a apărut problema mobilității și eficienței, arhitectura s-a dovedit a fi la mare căutare.

Procesor de „risc”.

ARM este o arhitectură RISC. Utilizează un set redus de comenzi – RISC (computer cu set de instrucțiuni redus). Acest tip de arhitectură a apărut la sfârșitul anilor șaptezeci, cam în aceeași perioadă în care Intel și-a oferit x86.

În timp ce experimentau cu diverse compilatoare și procesoare de microcoduri, inginerii au observat că, în unele cazuri, secvențele de comenzi simple au fost executate mai rapid decât o singură operație complexă. S-a decis crearea unei arhitecturi care să implice lucrul cu un set limitat de instrucțiuni simple, a căror decodare și execuție ar dura un timp minim.

Unul dintre primele proiecte de procesor RISC a fost realizat de un grup de studenți și profesori de la Universitatea din Berkeley în 1981. Chiar în acest moment, compania britanică Acorn s-a confruntat cu provocarea timpului. Ea a produs foarte popular în Foggy Albion calculatoare educaționale BBC Micro bazat pe procesorul 6502 Dar aceste computere de acasă au început curând să piardă în fața mașinilor mai avansate. Ghinda risca să piardă piața. Inginerii companiei, după ce s-au familiarizat cu munca studenților la procesoarele RISC, au decis că crearea propriului cip ar fi destul de simplă. În 1983, a fost lansat proiectul Acorn RISC Machine, care mai târziu a devenit ARM. Trei ani mai târziu a fost lansat primul procesor.

Primul ARM

Era extrem de simplu. Primele cipuri ARM au lipsit chiar și instrucțiuni de înmulțire și împărțire, care erau reprezentate de un set de instrucțiuni mai simple. O altă caracteristică a cipurilor au fost principiile de lucru cu memorie: toate operațiunile cu date puteau fi efectuate numai în registre. În același timp, procesorul lucra cu așa-numita fereastră de registru, adică putea accesa doar o parte din toate registrele disponibile, care erau în principal universale, iar funcționarea lor depindea de modul în care era localizat procesorul. Acest lucru a făcut posibilă abandonarea memoriei cache în primele versiuni de ARM.

În plus, simplificând seturile de instrucțiuni, dezvoltatorii de arhitectură au putut să facă fără o serie de alte blocuri. De exemplu, primele ARM-uri nu aveau complet microcod, precum și o unitate în virgulă mobilă (FPU). Numărul total de tranzistori din primul ARM a fost de 30.000. În x86 similare au existat de mai multe ori, sau chiar un ordin de mărime mai mult. Economii suplimentare de energie sunt realizate prin executarea condiționată a comenzilor. Adică cutare sau cutare operație se va efectua dacă există un fapt corespunzător în registru. Acest lucru ajută procesorul să evite „mișcările inutile”. Toate instrucțiunile sunt executate secvenţial. Drept urmare, ARM a pierdut în performanță, dar nu în mod semnificativ, în timp ce a câștigat semnificativ în consumul de energie.

Principiile de bază ale arhitecturii rămân aceleași ca în primul ARM: lucrul cu date doar în registre, un set redus de instrucțiuni, un minim de module suplimentare. Toate acestea asigură arhitecturii un consum redus de energie și performanțe relativ ridicate.

Pentru a crește acest lucru, ARM a introdus mai multe seturi de instrucțiuni suplimentare în ultimii ani. Alături de clasicul ARM, există Thumb, Thumb 2, Jazelle. Acesta din urmă este conceput pentru a accelera execuția codului Java.

Cortex - cel mai avansat ARM

Cortexul arhitectura moderna pentru dispozitive mobile, sisteme încorporate și microcontrolere. În consecință, procesoarele sunt desemnate drept Cortex-A, încorporate – Cortex-R și microcontrolere – Cortex-M. Toate sunt construite pe arhitectura ARMv7.

Cea mai avansată și puternică arhitectură din linia ARM este Cortex-A15. Se presupune că pe baza acestuia vor fi produse în principal modele cu două sau patru nuclee. Cortex-A15 dintre toate ARM-urile anterioare este cel mai apropiat de x86 în ceea ce privește numărul și calitatea blocurilor.

Cortex-A15 se bazează pe nuclee de procesor echipate cu o unitate FPU și un set de instrucțiuni NEON SIMD concepute pentru a accelera procesarea datelor multimedia. Nucleele au o conductă în 13 etape, acceptă execuția de instrucțiuni la comandă gratuită și virtualizarea bazată pe ARM.

Cortex-A15 acceptă sistemul de adresare cu memorie extinsă. ARM rămâne o arhitectură pe 32 de biți, dar inginerii companiei au învățat să convertească adresa de 64 de biți sau altă adresare avansată în 32 de biți, ușor de utilizat pentru procesor. Tehnologia se numește Long Physical Address Extensions. Datorită acestuia, Cortex-A15 se poate adresa teoretic până la 1 TB de memorie.

Fiecare nucleu este echipat cu un cache de prim nivel. În plus, există până la 4 MB de cache L2 cu latență scăzută distribuită. Procesorul este echipat cu o magistrală coerentă pe 128 de biți, care poate fi folosită pentru a comunica cu alte unități și periferice.

Miezurile care stau la baza Cortex-A15 sunt o dezvoltare a lui Cortex-A9. Au o structură similară.

Cortex-A9, spre deosebire de Cortex-A15, poate fi produs atât în ​​versiuni multi-core cât și single-core. Frecvența maximă este de 2,0 GHz, Cortex-A15 sugerează posibilitatea de a crea cipuri care funcționează la 2,5 GHz. Chips-urile pe baza acestuia vor fi fabricate folosind procese tehnice de 40 nm și mai subțiri. Cortex-A9 este produs în tehnologii de proces de 65 și 40 nm.

Cortex-A9, ca și Cortex-A15, este destinat utilizării în smartphone-uri și tablete de înaltă performanță, dar nu este potrivit pentru aplicații mai serioase, de exemplu, pe servere. Doar Cortex-A15 are virtualizare hardware, adresare avansată a memoriei. În plus, setul de instrucțiuni NEON Advanced SIMD și FPU sunt opționale în Cortex-A9, în timp ce sunt necesare în Cortex-A15.

Cortex-A8 va dispărea treptat de pe scenă în viitor, dar deocamdată această variantă single-core își va găsi utilizare în smartphone-uri bugetare. Soluția low-cost, variind de la 600 MHz la 1 GHz, oferă o arhitectură echilibrată. Are o unitate FPU și acceptă prima versiune SIMD NEON. Cortex-A8 presupune un singur proces tehnologic - 65 nm.

ARM generațiilor anterioare

Procesoarele ARM11 sunt destul de comune pe piața de telefonie mobilă. Sunt construite pe baza arhitecturii ARMv6 și a modificărilor acesteia. Se caracterizează prin conducte în 8-9 etape, suport Jazelle, care ajută la accelerarea procesării codului Java, instrucțiuni de flux SIMD, Thumb-2.

Procesoarele XScale, ARM10E, ARM9E se bazează pe arhitectura ARMv5 și pe modificările acesteia. Lungimea maximă a conductei este de 6 trepte, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP. Cipurile XScale au un cache de al doilea nivel. Procesoarele au fost folosite în smartphone-urile de la mijlocul anilor 2000, astăzi pot fi găsite în unele telefoane mobile ieftine.

ARM9TDMI, ARM8, StrongARM - reprezentanți ai ARMv4, care are o conductă în 3-5 etape și acceptă Thumb. ARMv4, de exemplu, ar putea fi găsit în primele iPod-uri clasice.

ARM6 și ARM7 aparțin ARMv3. În această arhitectură, unitatea FPU a apărut pentru prima dată, a fost implementată adresarea memoriei pe 32 de biți, și nu pe 26 de biți, ca în primele exemple de arhitectură. ARMv2 și ARMv1 erau din punct de vedere tehnic cipuri de 32 de biți, dar, în realitate, funcționau doar în mod activ cu un spațiu de adrese de 26 de biți. Cache-ul a apărut pentru prima dată în ARMv2.

Numele lor este legiune

Acorn nu intenționa inițial să devină un jucător pe piața procesoarelor. Sarcina proiectului ARM a fost de a crea un cip de producție proprie pentru producția de computere - a fost crearea de computere pe care Acorn o considera principala afacere.

ARM a evoluat dintr-un grup de dezvoltare într-o companie datorită Apple. În 1990, Apple, împreună cu VLSI și Acorn, au început să dezvolte un procesor low-cost pentru primul computer de buzunar, Newton. În aceste scopuri, a fost creată o companie separată, care a primit numele proiectului intern Acorn - ARM.

Cu participarea Apple, a fost creat un procesor ARM6, care este cel mai apropiat de cipurile moderne de la un dezvoltator englez. În același timp, DEC a reușit să breveteze arhitectura ARM6 și a început să producă cipuri sub marca StrongARM. Câțiva ani mai târziu, tehnologia a fost transferată către Intel ca parte a unei alte dispute privind brevetele. Gigantul microprocesoarelor și-a creat analogul, procesorul XScale, bazat pe ARM. Dar la mijlocul deceniului precedent, Intel a scăpat de acest „activ non-core”, concentrându-se exclusiv pe x86. XScale a trecut în mâinile lui Marvell, care deja a licențiat ARM.

La început, ARM, care era nou în lume, nu era capabil să producă procesoare. Conducerea sa a ales un alt mod de a face bani. Arhitectura ARM a fost simplă și flexibilă. La început, nucleul nici măcar nu avea cache, așa că ulterior modulele suplimentare, inclusiv FPU, controlerele nu au fost strâns integrate în procesor, ci au fost, parcă, atașate la bază.

În consecință, ARM a primit designer inteligent, care a permis companiilor avansate din punct de vedere tehnologic să creeze procesoare sau microcontrolere care să corespundă nevoilor lor. Acest lucru se face folosind așa-numitele coprocesoare, care pot extinde funcționalitatea standard. În total, arhitectura acceptă până la 16 coprocesoare (numerele de la 0 la 15), dar numărul 15 este rezervat coprocesorului care realizează funcții de gestionare a memoriei și a cache-ului.

Dispozitivele periferice sunt conectate Cip ARM, mapându-și registrele la spațiul de memorie al procesorului sau al coprocesorului. De exemplu, un cip de procesare a imaginii poate consta dintr-un nucleu relativ simplu bazat pe ARM7TDMI și un coprocesor care asigură decodarea semnalului HDTV.

ARM a început să-și acorde licențe arhitectura. Alte companii l-au implementat deja în siliciu, printre care Texas Instruments, Marvell, Qualcomm, Freescale, dar și complet non-core precum Samsung, Nokia, Nintendo sau Canon.

Absența fabricilor proprii, precum și taxele impresionante de licențiere, au permis ARM să fie mai flexibil în dezvoltarea de noi versiuni ale arhitecturii. Compania le-a copt ca niște prăjituri calde, intrând în nișe noi. Pe lângă smartphone-uri și tablete, arhitectura este utilizată în procesoare specializate, de exemplu, în navigatoarele GPS, camerele digitale și camerele video. Pe baza acestuia sunt create controlere industriale și alte cipuri pentru sistemele încorporate.

Sistemul de licențiere ARM este un adevărat hipermarket de microelectronice. Compania acordă licențe nu numai arhitecturi noi, ci și vechi. Acesta din urmă poate fi folosit pentru a crea microcontrolere sau cipuri pentru dispozitive cu costuri reduse. Desigur, nivelul taxelor de licență depinde de gradul de noutate și complexitate al variantei de arhitectură de interes pentru producător. În mod tradițional, procesele tehnice pentru care ARM dezvoltă procesoare sunt cu 1-2 pași în urma celor considerate relevante pentru x86. Eficiența energetică ridicată a arhitecturii o face mai puțin dependentă de trecerea la noi standarde tehnologice. Intel și AMD se străduiesc să creeze cipuri mai subțiri pentru a crește frecvențele și numărul de nuclee, menținând în același timp dimensiunea fizică și consumul de energie. ARM are în mod inerent cerințe de putere mai mici și oferă, de asemenea, niveluri mai ridicate de performanță per watt.

Caracteristici ale procesoarelor NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell

Prin licențierea ARM în stânga și în dreapta, dezvoltatorii și-au consolidat poziția arhitecturii lor în detrimentul competențelor partenerilor lor. Un exemplu clasic în acest caz este NVIDIA Tegra. Această linie de sisteme pe cip se bazează pe arhitectura ARM, dar NVIDIA a avut deja propriile dezvoltări foarte serioase în domeniu Grafică 3Dși logica sistemului.

ARM oferă licențiatorilor săi o largă discreție pentru a reproiecta arhitectura. În consecință, inginerii NVIDIA au putut să se combine în Tegra punctele forte ARM (CPU computing) și propriile noastre produse - lucrul cu grafică 3D etc. Drept urmare, Tegra are cea mai mare performanță 3D pentru clasa sa de procesoare. Sunt cu 25-30% mai rapid decât PowerVR, folosit de Samsung și Texas Instruments, și sunt aproape de două ori mai rapid decât Adreno, dezvoltat de Qualcomm.

Alți producători de procesoare bazate pe arhitectura ARM consolidează anumite blocuri suplimentare și îmbunătățesc cipuri pentru a obține frecvențe și performanțe mai mari.

De exemplu, Qualcomm nu folosește designul de referință ARM. Inginerii companiei l-au refăcut serios și l-au numit Scorpio - este baza cipurilor Snapdragon. Designul a fost parțial reproiectat pentru a se adapta unor procese tehnice mai sofisticate decât cele furnizate de IP ARM standard. Drept urmare, primele Snapdragons au fost produse la 45 nm, ceea ce le-a oferit frecvențe mai mari. Iar noua generație a acestor procesoare cu o frecvență declarată de 2,5 GHz poate deveni chiar cea mai rapidă dintre analogii bazat pe ARM Cortex-A 9. Qualcomm folosește și propria sa nucleul grafic Adreno, creat pe baza dezvoltărilor achiziționate de la AMD. Deci, într-un fel, Snapdragon și Tegra sunt inamici la nivel genetic.

Când a creat Hummingbird, Samsung a urmat și calea optimizării arhitecturii. Coreenii, împreună cu compania Intrinsity, au schimbat logica, reducând astfel numărul de instrucțiuni necesare pentru a efectua anumite operațiuni. Astfel, am reușit să câștigăm 5-10% din productivitate. În plus, au fost adăugate un cache L2 dinamic și o extensie multimedia ARM NEON. Coreenii au folosit PowerVR SGX540 ca modul grafic.

Texas Instruments în noua sa serie OMAP bazată pe arhitectura ARM Cortex-A a adăugat un modul IVA special responsabil pentru accelerarea procesării imaginii. Vă permite să procesați rapid datele care vin de la senzor la camera încorporată. În plus, este conectat la ISP și ajută la accelerarea video. OMAP folosește și grafica PowerVR.

Apple A4 are un cache mare de 512 KB, folosește grafică PowerVR, iar nucleul ARM în sine este construit pe o variantă a arhitecturii reproiectate de Samsung.

Apple A5 dual-core, care a debutat pe iPad 2 la începutul lui 2011, se bazează pe arhitectura ARM Cortex-A9, la fel ca cea optimizată anterior de Samsung. Comparativ cu A4 cip nou are o cantitate dublă de cache de nivel al doilea - a fost mărită la 1 MB. Procesorul conține un controler RAM cu două canale și are o unitate video îmbunătățită. Drept urmare, funcționează de două ori mai bine decât Apple A4 în unele sarcini.

Marvell oferă cipuri bazate pe propria arhitectură Sheeva, care, la o inspecție mai atentă, se dovedește a fi un hibrid de XScale, odată achiziționat de la Intel, și ARM. Aceste cipuri au o cantitate mai mare de memorie cache în comparație cu analogii și sunt echipate cu un modul multimedia special.

În prezent, licențiații ARM produc doar cipuri bazate pe arhitectura ARM Cortex-A9. În același timp, deși vă permite să creați variante quad-core, NVIDIA, Apple, Texas Instruments și altele sunt încă limitate la modele cu unul sau două nuclee. În plus, cipurile funcționează la frecvențe de până la 1,5 GHz. Cortex-A9 vă permite să faceți procesoare de doi GHz, dar, din nou, producătorii nu încearcă să crească rapid frecvențele - până la urmă, deocamdată piața va avea suficiente procesoare dual-core la 1,5 GHz.

Procesoarele bazate pe Cortex-A15 ar trebui să devină cu adevărat multi-core, dar chiar dacă sunt anunțate, sunt doar pe hârtie. Apariția lor în siliciu ar trebui să fie așteptată anul viitor.

Procesoare moderne de licențiere ARM bazate pe Cortex-A9:

x86 este principalul candidat

x86 este un reprezentant al arhitecturilor CISC. Ei folosesc Set complet comenzi O instrucțiune în acest caz efectuează mai multe operații de nivel scăzut. Cod program, spre deosebire de ARM, este mai compact, dar nu este la fel de rapid și necesită mai multe resurse. În plus, de la început x86 a fost echipat cu toate blocurile necesare, ceea ce implica atât versatilitatea lor, cât și lăcomia. S-a cheltuit energie suplimentară pentru executarea necondiționată, paralelă a comenzilor. Acest lucru vă permite să obțineți un avantaj de viteză, dar unele operații sunt efectuate în zadar deoarece nu îndeplinesc condițiile anterioare.

Acestea erau clasicele x86, dar începând cu 80486, Intel a creat de facto un nucleu RISC intern care executa instrucțiuni CISC, descompuse anterior în mai multe comenzi simple. Au același design procesoare moderne Intel și AMD.

Windows 8 și ARM

ARM și x86 diferă astăzi cu mai puțin de 30 de ani în urmă, dar încă se bazează pe principii diferite, care le separă în nișe diferite ale pieței procesoarelor. Arhitecturile nu s-ar fi intersectat niciodată dacă computerul în sine nu s-ar fi schimbat.

Mobilitatea și eficiența costurilor au fost pe primul loc și s-a acordat mai multă atenție smartphone-urilor și tabletelor. Apple câștigă mulți bani din gadgeturile mobile și din infrastructura legată de acestea. Microsoft nu vrea să rămână în urmă și a încercat pentru al doilea an să pună un loc pe piața tabletelor. Google are destul de mult succes.

PC-ul desktop devine în primul rând un instrument de lucru, o nișă calculator de uz casnic ocupate de tablete si dispozitive specializate. În aceste condiții, Microsoft urmează să facă un pas fără precedent. . Nu este încă pe deplin clar la ce va duce acest lucru. Vom obține două versiuni ale sistemului de operare sau una care va funcționa cu ambele arhitecturi. Suportul ARM de la Microsoft va ucide sau nu x86?

Există încă puține informații. Microsoft a demonstrat că Windows 8 rulează pe un dispozitiv cu procesor ARM în timpul CES 2011. Steve Ballmer a arătat că pe platforma ARM folosind Windows puteți viziona videoclipuri, lucra cu imagini, naviga pe internet - Internet Explorer Am lucrat chiar și cu accelerarea hardware - conectați dispozitive USB, imprimați documente. Cel mai important lucru despre acest demo a fost prezența Microsoft Office care rulează pe ARM fără participarea unei mașini virtuale. La prezentare au fost prezentate trei gadgeturi bazate pe procesoare de la Qualcomm, Texas Instruments și NVIDIA. Windows avea un shell standard „șapte”, dar reprezentanții Microsoft au anunțat un nucleu de sistem nou, reproiectat.

Cu toate acestea, Windows nu este doar un sistem de operare realizat de inginerii Microsoft, este și milioane de programe. Unele software sunt esențiale pentru oamenii din multe profesii. De exemplu, pachetul Adobe CS. Compania va suporta o versiune ARM-Windows a software-ului sau noul nucleu va permite Photoshop și alte aplicații populare să ruleze pe computere cu NVIDIA Tegra sau alte cipuri similare fără modificări suplimentare de cod?

În plus, întrebarea se pune și cu plăcile video. În zilele noastre, plăcile video pentru laptopuri sunt realizate prin optimizarea consumului de energie al cipurilor grafice desktop - sunt arhitectural la fel. În același timp, acum o placă video este ceva ca un „calculator într-un computer” - are propriul ei ultra-rapid RAMși propriul cip de calcul, care este semnificativ superior procesoarelor convenționale în sarcini specifice. Este de la sine înțeles că aplicațiile care funcționează cu grafică 3D au fost optimizate corespunzător pentru acestea. da si diverse programe editare video și editor grafic(în special Photoshop din versiunea CS4) și, mai recent, folosesc și browserele accelerare hardware folosind GPU.

Desigur, se face în Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS și alte sisteme mobile optimizarea necesară pentru diverse acceleratoare mobile (sau mai degrabă ultramobile) de pe piață. Cu toate acestea, acestea nu sunt acceptate în Windows. Driverele, desigur, vor fi scrise (și au fost deja scrise - procesoarele din seria Intel Atom Z500 vin cu un chipset care integrează nucleul grafic pentru „smartphone” PowerVR SGX 535), dar optimizarea aplicațiilor pentru ele poate întârzia, dacă este deloc. .

Evident, „ARM pe desktop” nu se va descurca cu adevărat. Poate în sisteme de putere redusă pe care vor accesa internetul și vor viziona filme. Pe netops in general. Așadar, ARM încearcă până acum să țintească doar nișa pe care Intel Atom a ocupat-o și pe care AMD o urmărește acum în mod activ cu platforma sa Brazos. Și ea, se pare, va reuși parțial. Cu excepția cazului în care ambele companii de procesoare vin cu ceva foarte competitiv.

În unele locuri, Intel Atom și ARM sunt deja în competiție. Sunt folosite pentru a crea stocare în rețea servere de date și de consum redus care pot deservi un birou sau un apartament mic. Există, de asemenea, câteva proiecte de clustere comerciale bazate pe economic cipuri Intel. Caracteristicile noilor procesoare bazate pe ARM Cortex-A9 le permit să fie folosite pentru a susține infrastructura. Astfel, în câțiva ani este posibil să obținem servere ARM sau ARM-NAS pentru rețele locale mici, iar apariția serverelor web cu putere redusă nu poate fi exclusă.

Prima sparring

Principalul concurent al lui ARM din partea x86 este Intel Atom, iar acum putem adăuga . O comparație între x86 și ARM a fost realizată de Van Smith, care a creat pachete de testare OpenSourceMark, miniBench și unul dintre co-autorii SiSoftware Sandra. La „cursă” au participat Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050. Frecvențele cipurilor x86 au fost reduse, dar aveau totuși un avantaj datorită memoriei mai avansate.

Rezultatele s-au dovedit a fi foarte interesante. Cipul ARM s-a dovedit a fi la fel de rapid ca și concurenții săi în operațiuni cu numere întregi, consumând în același timp mai puțină energie. Nu este nimic surprinzător aici. Inițial, arhitectura a fost atât destul de rapidă, cât și economică. În operațiunile cu virgulă mobilă, ARM a fost inferior x86. Afectat în mod tradițional aici bloc puternic FPU disponibil pe cipuri Intel și AMD. Să ne amintim că a apărut în ARM relativ recent. Sarcinile care revin FPU ocupă multă viață utilizator modern Un loc important sunt jocurile, codificarea video și audio și alte operațiuni de streaming. Desigur, testele efectuate de Van Smith nu mai sunt atât de relevante astăzi. ARM s-a consolidat semnificativ părțile slabe arhitectura sa în versiunile Cortex-A9 și în special Cortex-A15, care, de exemplu, poate executa deja instrucțiuni necondiționat, paralelizând rezolvarea problemelor.

Perspective pentru ARM

Deci, ce arhitectură ar trebui să alegi până la urmă, ARM sau x86? Cel mai corect ar fi să pariezi pe ambele. Astăzi trăim în condiții de reformatare a pieței calculatoarelor. În 2008, se prevedea că netbook-urile vor avea un viitor strălucit. Laptopurile compacte ieftine trebuiau să devină computerul principal pentru majoritatea utilizatorilor, mai ales pe fundalul crizei globale. Dar apoi economia a început să se redreseze și iPad-ul a apărut. Acum tabletele sunt declarați regii pieței. Cu toate acestea, tableta este bună ca o consolă de divertisment, dar nu foarte convenabilă pentru serviciu, în primul rând datorită introducerii tactile - scrierea acestui articol pe un iPad ar fi foarte dificilă și consumatoare de timp. Tabletele vor rezista testului timpului? Poate că peste câțiva ani vom veni cu o jucărie nouă.

Dar totuși, în segmentul mobil, unde performanța înaltă nu este necesară, iar activitatea utilizatorilor este limitată în principal la divertisment și nu este legată de muncă, ARM pare de preferat x86. Acestea oferă un nivel acceptabil de performanță, precum și o durată lungă de viață a bateriei. Încercările Intel de a aduce Atom până în prezent nu au avut succes. ARM stabilește un nou standard de performanță pe watt. Cel mai probabil, ARM va avea succes în gadgeturile mobile compacte. Ei pot deveni și lideri pe piața netbook-urilor, dar aici totul depinde nu atât de dezvoltatorii de procesoare, cât de Microsoft și Google. Dacă primul implementează suportul ARM normal în Windows 8, iar cel de-al doilea aduce la bun sfârșit sistemul de operare Chrome. Până acum, smartbook-urile oferite de Qualcomm nu au ajuns pe piață. Netbook-urile bazate pe x86 au supraviețuit.

Potrivit ARM, o descoperire în această direcție ar trebui făcută de arhitectura Cortex-A15. Compania recomandă procesoare dual și quad-core bazate pe acesta, cu o frecvență de 1,0-2,0 GHz pentru casă sisteme de divertisment, care va combina un media player, un televizor 3D și un terminal de internet. Cipurile Quad-core cu o frecvență de 1,5-2,5 GHz pot deveni baza serverelor de acasă și web. În cele din urmă, cel mai ambițios caz de utilizare pentru Cortex-A15 este infrastructura de rețea wireless. Aici pot fi folosite cipuri cu patru sau mai multe nuclee și o frecvență de 1,5-2,5 GHz.

Dar deocamdată acestea sunt doar planuri. Cortex-A15 a fost introdus de ARM în septembrie anul trecut. Cortex-A9 a fost prezentat de companie în octombrie 2007, doi ani mai târziu compania a prezentat varianta A9 cu capacitatea de a crește frecvența cipurilor la 2,0 GHz. Spre comparație, NVIDIA Tegra 2 - una dintre cele mai populare soluții bazate pe Cortex-A9 - a fost lansat abia în ianuarie anul trecut. Ei bine, utilizatorii au putut atinge primele gadgeturi bazate pe acesta după încă șase luni.

Segmentul PC-urilor de lucru și soluțiile de înaltă performanță vor rămâne cu x86. Acest lucru nu va însemna moartea arhitecturii, dar în termeni monetari, Intel și AMD ar trebui să se pregătească pentru pierderea unei părți din venitul care va merge către producătorii de procesoare ARM.