Η βρετανική εταιρεία ARM βελτίωσε την ετερογενή αρχιτεκτονική υπολογιστών ARM big.LITTLE, στην οποία βασίζονται όλοι οι κορυφαίοι μικροεπεξεργαστές ARM από το Cortex-A7 (2011) - και χθες παρουσίασε μια νέα ετερογενή αρχιτεκτονική, την DynamIQ big.LITTLE. Τα τσιπ διαθέτουν ειδικό χώρο για ειδικούς επιταχυντές υλικού για εφαρμογές μηχανικής εκμάθησης. Ίσως στο μέλλον, η υποστήριξη υλικού για νευρωνικά δίκτυα να γίνει μια νέα τάση μεταξύ των προγραμματιστών μικροεπεξεργαστών και μια αναπόσπαστη ποιότητα των νέων smartphone.

Ένα χαρακτηριστικό της αρχιτεκτονικής ARM big.LITTLE είναι η παρουσία δύο τύπων πυρήνων επεξεργαστή: σχετικά αργός, ενεργειακά αποδοτικός (LITTLE) και σχετικά ισχυρός και απαιτητικός για ενέργεια (μεγάλος). Συνήθως, το σύστημα θα ενεργοποιεί μόνο έναν από τους δύο τύπους πυρήνων: μόνο μεγάλους ή μόνο μικρούς. Είναι σαφές ότι είναι βολικό να εκτελείτε εργασίες παρασκηνίου σε ένα smartphone ή άλλη συσκευή με μικρούς πυρήνες που καταναλώνουν πολύ λίγη ενέργεια. Εάν είναι απαραίτητο, ο επεξεργαστής ενεργοποιεί ισχυρούς πυρήνες που απαιτούν ενέργεια, οι οποίοι, σε λειτουργία πολλαπλών νημάτων, συνεργαζόμενοι, επιδεικνύουν ιδιαίτερα υψηλή απόδοση. Κατ 'αρχήν, όλοι οι πυρήνες έχουν πρόσβαση στην κοινόχρηστη μνήμη, επομένως οι εργασίες μπορούν να ρυθμιστούν ώστε να εκτελούνται και στους δύο τύπους πυρήνων ταυτόχρονα. Δηλαδή, τα μεγάλα και τα μικρά θα αλλάξουν εν κινήσει.

Αυτή η ετερογενής αρχιτεκτονική και η εν κινήσει εργασία εναλλαγή από έναν τύπο πυρήνα σε άλλο έχει σχεδιαστεί για να δημιουργεί δυναμικές αλλαγές στην ισχύ του επεξεργαστή και στην κατανάλωση ενέργειας. Η ίδια η ARM δήλωσε ότι σε ορισμένες εργασίες η αρχιτεκτονική εξοικονομεί έως και 75% ενέργεια.

Το DynamIQ big.LITTLE είναι ένα εξελικτικό βήμα προς τα εμπρός. Η νέα αρχιτεκτονική επιτρέπει μια ποικιλία συνδυασμών μεγάλων και μικρών πυρήνων που δεν ήταν προηγουμένως δυνατοί. Για παράδειγμα, 1+3, 2+4 ή 1+7, ή ακόμα και 2+4+2 (πυρήνες τριών διαφορετικών δυνάμεων). Ένα τυπικό μελλοντικό smartphone μπορεί να έχει ένα οκταπύρηνο σύστημα-on-chip με δύο πυρήνες υψηλής ισχύος, τέσσερις πυρήνες μεσαίας κατηγορίας και δύο πυρήνες φόντου χαμηλής ποιότητας.

Με υποστήριξη υλικού για μηχανική εκμάθηση και τεχνητή νοημοσύνη, νέες ειδικές οδηγίες επεξεργαστή (όπως υπολογισμοί περιορισμένης ακρίβειας) θα είναι διαθέσιμες στους προγραμματιστές. Η ARM υπόσχεται ότι τα επόμενα τρία έως πέντε χρόνια, οι επεξεργαστές Cortex-A στη νέα αρχιτεκτονική θα προσφέρουν έως και 50 φορές αύξηση στην απόδοση σε εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης σε σύγκριση με τα τρέχοντα συστήματα που βασίζονται σε Cortex-A73 και μια επιπλέον αύξηση λόγω της ενσωματωμένης -σε επιταχυντές στο τσιπ. Μια αποκλειστική θύρα πρόσβασης χαμηλής καθυστέρησης μεταξύ της CPU και των επιταχυντών προσφέρει απόδοση 10x.

Αυτό σημαίνει ότι τα εκπαιδευμένα νευρωνικά δίκτυα θα λειτουργούν πολύ καλύτερα σε smartphone, συμπεριλαμβανομένων αυτών που υπολογίζουν γραφικά και βίντεο, εφαρμογές υπολογιστικής όρασης και άλλα συστήματα που επεξεργάζονται μεγάλες ροές δεδομένων.

Κάθε σύμπλεγμα μπορεί να περιέχει έως και οκτώ πυρήνες διαφορετικών χαρακτηριστικών. Αυτό μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την επιτάχυνση των εφαρμογών AI σε σύγκριση με τα τρέχοντα συστήματα. Επιπλέον, ένα επανασχεδιασμένο υποσύστημα μνήμης θα παρέχει ταχύτερη πρόσβαση στα δεδομένα και θα βελτιώσει την ενεργειακή απόδοση. Παρεμπιπτόντως, δεν είναι απαραίτητο να συμπεριληφθούν ΜΙΚΡΟΙ πυρήνες με χαμηλή απόδοση σε συμπλέγματα πυρήνων, οι οποίοι συνήθως χρησιμοποιούνται σε κινητές συσκευές για εξοικονόμηση ενέργειας της μπαταρίας. Εάν χρειάζεστε πολύ υψηλές επιδόσεις ανεξάρτητα από την κατανάλωση ενέργειας, κανείς δεν σας ενοχλεί να φτιάξετε συμπλέγματα οκτώ μεγάλων πυρήνων και να τους συνδυάσετε σε ιδιαίτερα ισχυρά συστήματα υπολογιστών. Η ARM πιστεύει ότι αυτό θα επεκτείνει το πεδίο εφαρμογής των επεξεργαστών ARM πέρα ​​από τα smartphone.

Τα συμπλέγματα DynamIQ σχεδόν απεριόριστης κλίμακας με κοινόχρηστη μνήμη είναι μια προσφορά για τη δημιουργία ισχυρών υπολογιστικών συστημάτων για μεγάλη ποικιλία σκοπών.

Πρόσθετη ευελιξία στη δυναμική προσαρμογή της κατανάλωσης ισχύος/ενέργειας θα παρέχεται από τη λειτουργία μεμονωμένης αλλαγής της συχνότητας ρολογιού μεμονωμένων επεξεργαστών σε ένα σύμπλεγμα πολλαπλών επεξεργαστών ARM. Οι προγραμματιστές του Cambridge πιστεύουν ότι αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στα ακουστικά εικονικής πραγματικότητας, τα οποία βρίσκονται σε κατάσταση χαμηλής κατανάλωσης για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Οι μεταβάσεις του επεξεργαστή σε μία από τις τρεις ενεργειακές καταστάσεις (ON, OFF, SLEEP) πραγματοποιούνται πολύ πιο γρήγορα, αυτόματα σε επίπεδο υλικού.

Τελικά, η προηγμένη αρχιτεκτονική του DynamIQ επιτρέπει την κατασκευή πιο αξιόπιστων συστημάτων με πλεονάζουσα λειτουργικότητα, η οποία βελτιώνει το επίπεδο ασφάλειας σε αυτόνομα συστήματα που πρέπει να ανταποκρίνονται σε αστοχίες. Για παράδειγμα, αυτά είναι συστήματα υπολογιστικής όρασης σε μη επανδρωμένα οχήματα - Προηγμένα Συστήματα Υποβοήθησης Οδήγησης (ADAS). Όταν ένα σύμπλεγμα πυρήνων αποτυγχάνει ή ο επιταχυντής, ένα άλλο σύμπλεγμα αναλαμβάνει αυτόματα τις λειτουργίες του.

Η αρχιτεκτονική του επεξεργαστή ARM χρησιμοποιείται κατόπιν άδειας στα τσιπ τους από πολλούς κατασκευαστές, συμπεριλαμβανομένων των Samsung, Qualcomm, Nvidia, Intel και Apple (iPhone, iPad). Μεταξύ 2013 και 2017, περισσότερα από 50 δισεκατομμύρια μικροτσίπ βασισμένα στην αρχιτεκτονική ARM πουλήθηκαν παγκοσμίως και οι Βρετανοί προγραμματιστές ελπίζουν ότι αυτός ο αριθμός θα διπλασιαστεί σε περισσότερα από 100 δισεκατομμύρια τα επόμενα τέσσερα χρόνια.

Οι περισσότερες συσκευές που βασίζονται σε ARM δεν απαιτούν ενεργή ψύξη. Η εταιρεία είναι σίγουρη ότι με την αύξηση της ισχύος αυτών των συστημάτων και τη μετάβαση στην αρχιτεκτονική DynamIQ, όλα θα παραμείνουν ίδια.

Όλοι όσοι ενδιαφέρονται για τις κινητές τεχνολογίες έχουν ακούσει για την αρχιτεκτονική ARM. Ωστόσο, για τους περισσότερους ανθρώπους αυτό σχετίζεται με επεξεργαστές tablet ή smartphone. Άλλοι τα διορθώνουν, διευκρινίζοντας ότι δεν πρόκειται για την ίδια την πέτρα, αλλά μόνο για την αρχιτεκτονική της. Αλλά σχεδόν κανένας από αυτούς δεν ενδιαφέρθηκε σίγουρα για το πού και πότε πραγματικά ξεκίνησε αυτή η τεχνολογία.

Εν τω μεταξύ, αυτή η τεχνολογία είναι ευρέως διαδεδομένη μεταξύ πολλών σύγχρονων gadget, από τα οποία υπάρχουν όλο και περισσότερα κάθε χρόνο. Επιπλέον, στο μονοπάτι ανάπτυξης της εταιρείας, η οποία άρχισε να αναπτύσσει επεξεργαστές ARM, υπάρχει μια ενδιαφέρουσα περίπτωση, που δεν είναι αμαρτία να αναφέρουμε, ίσως να γίνει μάθημα για το μέλλον.

Αρχιτεκτονική ARM για ανδρείκελα

Η συντομογραφία ARM κρύβει μια αρκετά επιτυχημένη βρετανική εταιρεία ARM Limited στον τομέα των τεχνολογιών πληροφορικής. Αντιπροσωπεύει το Advanced RISC Machines και είναι ένας από τους σημαντικότερους προγραμματιστές και δικαιοδόχους παγκοσμίως της αρχιτεκτονικής επεξεργαστή RISC 32-bit που τροφοδοτεί τις περισσότερες φορητές συσκευές.

Όμως, χαρακτηριστικά, η ίδια η εταιρεία δεν παράγει μικροεπεξεργαστές, αλλά μόνο αναπτύσσει και αδειοδοτεί την τεχνολογία της σε άλλα μέρη. Συγκεκριμένα, η αρχιτεκτονική μικροελεγκτή ARM αγοράζεται από τους ακόλουθους κατασκευαστές:

• Atmel.
• Cirrus Logic.
• Intel.
• Μήλο.
• nVidia.
• HiSilicon.
• Marvell.
• Samsung.
• Qualcomm.
• Σόνι Ερικσον.
• Texas Instruments.
• Broadcom.

Μερικά από αυτά είναι γνωστά σε ένα ευρύ κοινό καταναλωτών ψηφιακών gadget. Σύμφωνα με τη βρετανική εταιρεία ARM, ο συνολικός αριθμός μικροεπεξεργαστών που παράγονται χρησιμοποιώντας την τεχνολογία τους είναι πάνω από 2,5 δισεκατομμύρια. Υπάρχουν πολλές σειρές κινητών λίθων:

• ARM7 - συχνότητα ρολογιού 60-72 MHz, η οποία είναι σχετική για οικονομικά κινητά τηλέφωνα.
• ARM9/ARM9E - η συχνότητα είναι ήδη υψηλότερη, περίπου 200 MHz. Πιο λειτουργικά smartphone και προσωπικούς ψηφιακούς βοηθούς (PDA) είναι εξοπλισμένα με τέτοιους μικροεπεξεργαστές.

Οι Cortex και ARM11 είναι πιο σύγχρονες οικογένειες μικροεπεξεργαστών σε σύγκριση με την προηγούμενη αρχιτεκτονική μικροελεγκτών ARM, με ταχύτητες ρολογιού έως 1 GHz και προηγμένες δυνατότητες επεξεργασίας ψηφιακού σήματος.

Οι δημοφιλείς μικροεπεξεργαστές xScale της Marvell (μέχρι τα μέσα του καλοκαιριού του 2007, το έργο ήταν στη διάθεση της Intel) είναι στην πραγματικότητα μια εκτεταμένη έκδοση της αρχιτεκτονικής ARM9, που συμπληρώνεται από το σετ εντολών Wireless MMX. Αυτή η λύση της Intel επικεντρώθηκε στην υποστήριξη εφαρμογών πολυμέσων.

Η τεχνολογία ARM αναφέρεται σε μια αρχιτεκτονική μικροεπεξεργαστή 32-bit που περιέχει ένα μειωμένο σύνολο εντολών, το οποίο αναφέρεται ως RISC. Σύμφωνα με υπολογισμούς, η χρήση επεξεργαστών ARM είναι το 82% του συνολικού αριθμού των παραγόμενων επεξεργαστών RISC, γεγονός που υποδηλώνει μια αρκετά μεγάλη περιοχή κάλυψης συστημάτων 32 bit.

Πολλές ηλεκτρονικές συσκευές είναι εξοπλισμένες με αρχιτεκτονική επεξεργαστή ARM, και αυτά δεν είναι μόνο PDA και κινητά τηλέφωνα, αλλά και κονσόλες παιχνιδιών χειρός, αριθμομηχανές, περιφερειακά υπολογιστών, εξοπλισμός δικτύωσης και πολλά άλλα.

Ένα μικρό ταξίδι πίσω στο χρόνο

Ας πάμε μια φανταστική χρονομηχανή λίγα χρόνια πίσω και ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε από πού ξεκίνησαν όλα. Είναι ασφαλές να πούμε ότι η ARM είναι μάλλον μονοπώλιο στον τομέα της. Και αυτό επιβεβαιώνεται από το γεγονός ότι η συντριπτική πλειονότητα των smartphone και άλλων ηλεκτρονικών ψηφιακών συσκευών ελέγχονται από μικροεπεξεργαστές που δημιουργήθηκαν με αυτήν την αρχιτεκτονική.

Το 1980 ιδρύθηκε η Acorn Computers και άρχισε να δημιουργεί προσωπικούς υπολογιστές. Ως εκ τούτου, το ARM εισήχθη προηγουμένως ως Acorn RISC Machines.

Ένα χρόνο αργότερα, παρουσιάστηκε στους καταναλωτές μια οικιακή έκδοση του BBC Micro PC με την πρώτη αρχιτεκτονική επεξεργαστή ARM. Ήταν μια επιτυχία, ωστόσο, το τσιπ δεν μπορούσε να αντιμετωπίσει τις εργασίες γραφικών και άλλες επιλογές όπως οι επεξεργαστές Motorola 68000 και National Semiconductor 32016 δεν ήταν επίσης κατάλληλες για αυτό.

Στη συνέχεια, η διοίκηση της εταιρείας σκέφτηκε να δημιουργήσει τον δικό της μικροεπεξεργαστή. Οι μηχανικοί ενδιαφέρθηκαν για μια νέα αρχιτεκτονική επεξεργαστή που εφευρέθηκε από απόφοιτους ενός τοπικού πανεπιστημίου. Απλώς χρησιμοποίησε το μειωμένο σύνολο εντολών ή RISC. Και μετά την εμφάνιση του πρώτου υπολογιστή, ο οποίος ελεγχόταν από τον επεξεργαστή Acorn Risc Machine, η επιτυχία ήρθε αρκετά γρήγορα - το 1990, συνήφθη συμφωνία μεταξύ της βρετανικής μάρκας και της Apple. Αυτό σηματοδότησε την αρχή της ανάπτυξης ενός νέου chipset, το οποίο, με τη σειρά του, οδήγησε στο σχηματισμό μιας ολόκληρης ομάδας ανάπτυξης που αναφέρεται ως Advanced RISC Machines ή ARM.

Ξεκινώντας το 1998, η εταιρεία άλλαξε το όνομά της σε ARM Limited. Και τώρα οι ειδικοί δεν ασχολούνται πλέον με την παραγωγή και την υλοποίηση της αρχιτεκτονικής ARM. Τι έδωσε; Αυτό δεν επηρέασε σε καμία περίπτωση την ανάπτυξη της εταιρείας, αν και η κύρια και μοναδική κατεύθυνση της εταιρείας ήταν η ανάπτυξη τεχνολογιών, καθώς και η πώληση αδειών σε τρίτες εταιρείες ώστε να μπορούν να χρησιμοποιούν την αρχιτεκτονική επεξεργαστή. Ταυτόχρονα, ορισμένες εταιρείες αποκτούν τα δικαιώματα σε έτοιμους πυρήνες, ενώ άλλες εξοπλίζουν τους επεξεργαστές με τους δικούς τους πυρήνες με κεκτημένη άδεια.

Σύμφωνα με ορισμένα στοιχεία, τα κέρδη της εταιρείας σε κάθε τέτοια λύση είναι 0,067 $. Αλλά αυτές οι πληροφορίες είναι μέτριες και ξεπερασμένες. Ο αριθμός των πυρήνων στα chipset αυξάνεται κάθε χρόνο και, κατά συνέπεια, το κόστος των σύγχρονων επεξεργαστών υπερβαίνει τα παλαιότερα μοντέλα.

Περιοχή εφαρμογής

Ήταν η ανάπτυξη κινητών συσκευών που έφερε τεράστια δημοτικότητα στην ARM Limited. Και όταν η παραγωγή smartphone και άλλων φορητών ηλεκτρονικών συσκευών έγινε ευρέως διαδεδομένη, οι ενεργειακά αποδοτικοί επεξεργαστές βρήκαν αμέσως χρήση. Αναρωτιέμαι αν υπάρχει Linux σε αρχιτεκτονική βραχίονα;

Το αποκορύφωμα της ανάπτυξης της ARM σημειώθηκε το 2007, όταν ανανεώθηκε η συνεργασία της με τη μάρκα Apple. Μετά από αυτό, παρουσιάστηκε στους καταναλωτές το πρώτο iPhone που βασίζεται σε επεξεργαστή ARM. Από τότε, μια τέτοια αρχιτεκτονική επεξεργαστή έχει γίνει ένα αμετάβλητο στοιχείο σχεδόν κάθε κατασκευασμένου smartphone που μπορεί να βρεθεί μόνο στη σύγχρονη αγορά κινητής τηλεφωνίας.

Μπορούμε να πούμε ότι σχεδόν κάθε σύγχρονη ηλεκτρονική συσκευή που πρέπει να ελέγχεται από έναν επεξεργαστή είναι κατά κάποιο τρόπο εξοπλισμένη με τσιπ ARM. Και το γεγονός ότι μια τέτοια αρχιτεκτονική επεξεργαστή υποστηρίζει πολλά λειτουργικά συστήματα, είτε πρόκειται για Linux, Android, iOS και Windows, είναι ένα αναμφισβήτητο πλεονέκτημα. Μεταξύ αυτών είναι το ενσωματωμένο Windows CE 6.0 Core, η αρχιτεκτονική του βραχίονα υποστηρίζεται επίσης από αυτό. Αυτή η πλατφόρμα έχει σχεδιαστεί για φορητούς υπολογιστές, κινητά τηλέφωνα και ενσωματωμένα συστήματα.

Διακριτικά χαρακτηριστικά του x86 και του ARM

Πολλοί χρήστες που έχουν ακούσει πολλά για το ARM και το x86 μπερδεύουν ελαφρώς αυτές τις δύο αρχιτεκτονικές μεταξύ τους. Ωστόσο, έχουν ορισμένες διαφορές. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι αρχιτεκτονικών:

• CISC (Complex Instruction Set Computing).
• Χρήση υπολογιστή).

Το CISC περιλαμβάνει επεξεργαστές x86 (Intel ή AMD), το RISC, όπως ήδη καταλαβαίνετε, περιλαμβάνει την οικογένεια ARM. Οι αρχιτεκτονικές x86 και βραχίονα έχουν τους θαυμαστές τους. Χάρη στις προσπάθειες των ειδικών της ARM, οι οποίοι έδωσαν έμφαση στην ενεργειακή απόδοση και στη χρήση ενός απλού συνόλου οδηγιών, οι επεξεργαστές επωφελήθηκαν πολύ από αυτό - η αγορά κινητής τηλεφωνίας άρχισε να αναπτύσσεται γρήγορα και πολλά smartphone σχεδόν ισοδυναμούσαν με τις δυνατότητες των υπολογιστών.

Με τη σειρά της, η Intel ήταν πάντα διάσημη για την παραγωγή επεξεργαστών με υψηλή απόδοση και εύρος ζώνης για επιτραπέζιους υπολογιστές, φορητούς υπολογιστές, διακομιστές, ακόμη και υπερυπολογιστές.

Αυτές οι δύο οικογένειες κέρδισαν τις καρδιές των χρηστών με τον δικό τους τρόπο. Ποια είναι όμως η διαφορά τους; Υπάρχουν αρκετά χαρακτηριστικά ή ακόμα και χαρακτηριστικά, ας δούμε τα πιο σημαντικά από αυτά.

Επεξεργαστικη ΙΣΧΥΣ

Ας αρχίσουμε να αναλύουμε τις διαφορές μεταξύ των αρχιτεκτονικών ARM και x86 με αυτήν την παράμετρο. Η ειδικότητα των καθηγητών RISC είναι να χρησιμοποιούν όσο το δυνατόν λιγότερη διδασκαλία. Επιπλέον, θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν απλούστερα, γεγονός που τους δίνει πλεονεκτήματα όχι μόνο για τους μηχανικούς, αλλά και για τους προγραμματιστές λογισμικού.

Η φιλοσοφία εδώ είναι απλή - εάν οι οδηγίες είναι απλές, τότε το επιθυμητό κύκλωμα δεν απαιτεί πάρα πολλά τρανζίστορ. Ως αποτέλεσμα, ελευθερώνεται επιπλέον χώρος για κάτι ή τα μεγέθη των τσιπ γίνονται μικρότερα. Για το λόγο αυτό, οι μικροεπεξεργαστές ARM άρχισαν να ενσωματώνουν περιφερειακές συσκευές όπως επεξεργαστές γραφικών. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ο υπολογιστής Raspberry Pi, ο οποίος έχει ελάχιστο αριθμό εξαρτημάτων.

Ωστόσο, οι απλές οδηγίες έχουν κόστος. Για την εκτέλεση ορισμένων εργασιών, απαιτούνται πρόσθετες οδηγίες, οι οποίες συνήθως οδηγούν σε αύξηση της κατανάλωσης μνήμης και του χρόνου για την ολοκλήρωση των εργασιών.

Σε αντίθεση με την αρχιτεκτονική του βραχίονα επεξεργαστή, οι οδηγίες των τσιπ CISC, όπως λύσεις της Intel, μπορούν να εκτελούν πολύπλοκες εργασίες με μεγάλη ευελιξία. Με άλλα λόγια, οι μηχανές που βασίζονται σε RISC εκτελούν λειτουργίες μεταξύ καταχωρητών και συνήθως απαιτούν από το πρόγραμμα να φορτώσει μεταβλητές στον καταχωρητή πριν εκτελέσει τη λειτουργία. Οι επεξεργαστές CISC είναι ικανοί να εκτελούν λειτουργίες με διάφορους τρόπους:

• μεταξύ μητρώων·
• μεταξύ καταχωρητή και θέσης μνήμης.
• μεταξύ των κυττάρων μνήμης.

Αλλά αυτό είναι μόνο ένα μέρος των διακριτικών χαρακτηριστικών, ας προχωρήσουμε στην ανάλυση άλλων χαρακτηριστικών.

Κατανάλωση ενέργειας

Ανάλογα με τον τύπο της συσκευής, η κατανάλωση ενέργειας μπορεί να έχει διάφορους βαθμούς σημασίας. Για ένα σύστημα που είναι συνδεδεμένο με σταθερή πηγή ενέργειας (ηλεκτρικό δίκτυο), απλά δεν υπάρχει όριο στην κατανάλωση ενέργειας. Ωστόσο, τα κινητά τηλέφωνα και άλλα ηλεκτρονικά gadget εξαρτώνται πλήρως από τη διαχείριση ενέργειας.

Μια άλλη διαφορά μεταξύ των αρχιτεκτονικών βραχίονα και x86 είναι ότι η πρώτη έχει κατανάλωση ενέργειας μικρότερη από 5 W, συμπεριλαμβανομένων πολλών σχετικών πακέτων: GPU, περιφερειακά, μνήμη. Αυτή η χαμηλή ισχύς οφείλεται στον μικρότερο αριθμό τρανζίστορ σε συνδυασμό με σχετικά χαμηλές ταχύτητες (αν κάνουμε παραλληλισμό με τους επιτραπέζιους επεξεργαστές). Ταυτόχρονα, αυτό έχει αντίκτυπο στην παραγωγικότητα - οι πολύπλοκες λειτουργίες χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να ολοκληρωθούν.

Οι πυρήνες της Intel έχουν πιο σύνθετη δομή και, ως αποτέλεσμα, η κατανάλωση ενέργειας τους είναι σημαντικά υψηλότερη. Για παράδειγμα, ένας επεξεργαστής Intel I-7 υψηλής απόδοσης καταναλώνει περίπου 130 W ενέργειας, οι εκδόσεις για φορητές συσκευές - 6-30 W.

Λογισμικό

Είναι αρκετά δύσκολο να γίνει σύγκριση σε αυτήν την παράμετρο, καθώς και οι δύο μάρκες είναι πολύ δημοφιλείς στους κύκλους τους. Οι συσκευές που βασίζονται σε επεξεργαστές arm-architecture λειτουργούν τέλεια με λειτουργικά συστήματα κινητής τηλεφωνίας (Android κ.λπ.).

Μηχανήματα που εκτελούν επεξεργαστές Intel μπορούν να εκτελούν πλατφόρμες όπως τα Windows και το Linux. Επιπλέον, και οι δύο οικογένειες μικροεπεξεργαστών είναι φιλικές με εφαρμογές γραμμένες σε Java.

Αναλύοντας τις διαφορές στις αρχιτεκτονικές, ένα πράγμα μπορεί να ειπωθεί με βεβαιότητα - οι επεξεργαστές ARM διαχειρίζονται κυρίως την κατανάλωση ενέργειας των κινητών συσκευών. Ο κύριος στόχος των λύσεων για επιτραπέζιους υπολογιστές είναι να παρέχουν υψηλή απόδοση.

Νέα επιτεύγματα

Η εταιρεία ARM, λόγω της αρμόδιας πολιτικής της, έχει αναλάβει πλήρως τον έλεγχο της αγοράς κινητής τηλεφωνίας. Αλλά στο μέλλον δεν πρόκειται να σταματήσει εκεί. Πριν από λίγο καιρό, παρουσιάστηκε μια νέα ανάπτυξη πυρήνων: Cortex-A53 και Cortex-A57, οι οποίοι έλαβαν μια σημαντική ενημέρωση - υποστήριξη για υπολογιστές 64-bit.

Ο πυρήνας A53 είναι άμεσος διάδοχος του ARM Cortex-A8, ο οποίος, αν και η απόδοσή του δεν ήταν πολύ υψηλή, είχε ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας. Όπως σημειώνουν οι ειδικοί, η κατανάλωση ενέργειας της αρχιτεκτονικής μειώνεται κατά 4 φορές και από άποψη απόδοσης δεν θα είναι κατώτερη από τον πυρήνα Cortex-A9. Και αυτό παρά το γεγονός ότι η περιοχή του πυρήνα του A53 είναι 40% μικρότερη από αυτή του A9.

Ο πυρήνας A57 θα αντικαταστήσει τα Cortex-A9 και Cortex-A15. Την ίδια στιγμή, οι μηχανικοί της ARM ισχυρίζονται μια εκπληκτική αύξηση της απόδοσης - τρεις φορές υψηλότερη από αυτή του πυρήνα A15. Με άλλα λόγια, ο μικροεπεξεργαστής A57 θα είναι 6 φορές πιο γρήγορος από τον Cortex-A9 και η ενεργειακή του απόδοση θα είναι 5 φορές καλύτερη από τον A15.

Συνοψίζοντας, η σειρά cortex, δηλαδή η πιο προηγμένη a53, διαφέρει από τους προκατόχους της σε υψηλότερες επιδόσεις στο πλαίσιο της εξίσου υψηλής ενεργειακής απόδοσης. Ακόμη και οι επεξεργαστές Cortex-A7, που είναι εγκατεστημένοι στα περισσότερα smartphone, δεν μπορούν να ανταγωνιστούν!

Αλλά αυτό που έχει μεγαλύτερη αξία είναι ότι η αρχιτεκτονική του φλοιού του βραχίονα a53 είναι το στοιχείο που θα σας επιτρέψει να αποφύγετε προβλήματα που σχετίζονται με την έλλειψη μνήμης. Επιπλέον, η συσκευή θα αδειάσει την μπαταρία πιο αργά. Χάρη στο νέο προϊόν, αυτά τα προβλήματα θα ανήκουν πλέον στο παρελθόν.

Γραφικές λύσεις

Εκτός από την ανάπτυξη επεξεργαστών, η ARM εργάζεται για την υλοποίηση επιταχυντών γραφικών της σειράς Mali. Και το πρώτο από αυτά είναι το Mali 55. Το τηλέφωνο LG Renoir ήταν εξοπλισμένο με αυτόν τον επιταχυντή. Και ναι, αυτό είναι το πιο συνηθισμένο κινητό τηλέφωνο. Μόνο που σε αυτό η GPU δεν ήταν υπεύθυνη για τα παιχνίδια, αλλά απέδωσε μόνο τη διεπαφή, επειδή κρίνοντας από τα σύγχρονα πρότυπα, ο επεξεργαστής γραφικών έχει πρωτόγονες δυνατότητες.

Ωστόσο, η πρόοδος πετάει αναπόφευκτα προς τα εμπρός και ως εκ τούτου, για να συμβαδίσει με την εποχή, η ARM διαθέτει επίσης πιο προηγμένα μοντέλα που σχετίζονται με smartphone μεσαίας τιμής. Μιλάμε για την κοινή GPU Mali-400 MP και Mali-450 MP. Αν και έχουν χαμηλή απόδοση και περιορισμένο σύνολο API, αυτό δεν τους εμποδίζει να βρουν εφαρμογή σε σύγχρονα μοντέλα κινητών. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα είναι το τηλέφωνο Zopo ZP998, στο οποίο το τσιπ MTK6592 οκτώ πυρήνων συνδυάζεται με έναν επιταχυντή γραφικών Mali-450 MP4.

Ανταγωνισμός

Επί του παρόντος, κανείς δεν αντιτίθεται ακόμη στην ARM, και αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι πάρθηκε η σωστή απόφαση εκείνη την εποχή. Αλλά μια φορά κι έναν καιρό, στην αρχή του ταξιδιού της, μια ομάδα προγραμματιστών εργάστηκε στη δημιουργία επεξεργαστών για υπολογιστές και μάλιστα προσπάθησε να ανταγωνιστεί έναν τέτοιο γίγαντα όπως η Intel. Αλλά ακόμα και μετά την αλλαγή της κατεύθυνσης δραστηριότητας, η εταιρεία δυσκολεύτηκε.

Και όταν η παγκοσμίου φήμης μάρκα υπολογιστών Microsoft συνήψε συμφωνία με την Intel, άλλοι κατασκευαστές απλά δεν είχαν καμία πιθανότητα - το λειτουργικό σύστημα Windows αρνήθηκε να συνεργαστεί με επεξεργαστές ARM. Πώς μπορεί κανείς να μην αντισταθεί στη χρήση εξομοιωτών gcam για αρχιτεκτονική βραχίονα;! Όσο για την Intel, παρατηρώντας το κύμα επιτυχίας της ARM Limited, προσπάθησε επίσης να δημιουργήσει έναν επεξεργαστή που θα ήταν άξιος ανταγωνιστής. Για το σκοπό αυτό, το τσιπ Intel Atom διατέθηκε στο ευρύ κοινό. Όμως χρειάστηκε πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από την ARM Limited. Και το τσιπ βγήκε στην παραγωγή μόνο το 2011, αλλά είχε ήδη χαθεί πολύτιμος χρόνος.

Ουσιαστικά, ο Intel Atom είναι ένας επεξεργαστής CISC με αρχιτεκτονική x86. Οι ειδικοί κατάφεραν να επιτύχουν χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας σε σχέση με τις λύσεις ARM. Ωστόσο, όλο το λογισμικό που κυκλοφορεί για κινητές πλατφόρμες δεν είναι καλά προσαρμοσμένο στην αρχιτεκτονική x86.

Τελικά, η εταιρεία αναγνώρισε το πλήρες μέγεθος της απόφασης και στη συνέχεια εγκατέλειψε την παραγωγή επεξεργαστών για κινητές συσκευές. Ο μόνος μεγάλος κατασκευαστής τσιπ Intel Atom είναι η ASUS. Ταυτόχρονα, αυτοί οι επεξεργαστές δεν έχουν βυθιστεί στη λήθη.

Ωστόσο, υπάρχει πιθανότητα να αλλάξει η κατάσταση και το αγαπημένο λειτουργικό όλων των Windows να υποστηρίζει μικροεπεξεργαστές ARM. Επιπλέον, γίνονται βήματα προς αυτή την κατεύθυνση, μήπως όντως εμφανιστεί κάτι σαν εξομοιωτές gcam στην αρχιτεκτονική ARM για λύσεις για φορητές συσκευές;! Ποιος ξέρει, ο χρόνος θα δείξει και όλα θα μπουν στη θέση τους.

Υπάρχει ένα ενδιαφέρον σημείο στην ιστορία της ανάπτυξης της εταιρείας ARM (στην αρχή του άρθρου αυτό ήταν αυτό που εννοούσε). Μια φορά κι έναν καιρό, η ARM Limited βασιζόταν στην Apple και είναι πιθανό ότι όλη η τεχνολογία ARM θα ανήκε σε αυτήν. Ωστόσο, η μοίρα αποφάσισε διαφορετικά - το 1998, η Apple ήταν σε κρίση και η διοίκηση αναγκάστηκε να πουλήσει το μερίδιό της. Επί του παρόντος, είναι στο ίδιο επίπεδο με άλλους κατασκευαστές και παραμένει να αγοράζει τεχνολογία από την ARM Limited για τις συσκευές iPhone και iPad της. Ποιος θα μπορούσε να ξέρει πώς θα μπορούσαν να εξελιχθούν τα πράγματα;!

Οι σύγχρονοι επεξεργαστές ARM είναι ικανοί να εκτελούν πιο σύνθετες λειτουργίες. Και στο άμεσο μέλλον, η διοίκηση της εταιρείας στοχεύει να εισέλθει στην αγορά των servers, για την οποία αναμφίβολα ενδιαφέρεται. Επιπλέον, στη σύγχρονη εποχή μας, όταν πλησιάζει η εποχή ανάπτυξης του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT), συμπεριλαμβανομένων των «έξυπνων» οικιακών συσκευών, μπορούμε να προβλέψουμε μια ακόμη μεγαλύτερη ζήτηση για τσιπ με αρχιτεκτονική ARM.

Έτσι, η ARM Limited έχει ένα πολύ ζοφερό μέλλον μπροστά της! Και είναι απίθανο στο εγγύς μέλλον να υπάρξει κάποιος που θα μπορεί να εκτοπίσει αυτόν τον, χωρίς αμφιβολία, κινητή γίγαντα στην ανάπτυξη επεξεργαστών για smartphone και άλλες παρόμοιες ηλεκτρονικές συσκευές.

Σαν συμπέρασμα

Οι επεξεργαστές ARM κατέλαβαν γρήγορα την αγορά κινητών συσκευών, όλα χάρη στη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και, αν και όχι πολύ υψηλή, αλλά και πάλι καλή απόδοση. Επί του παρόντος, η κατάσταση των πραγμάτων στην ARM μπορεί μόνο να ζηλέψει. Πολλοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν τις τεχνολογίες του, γεγονός που τοποθετεί το Advanced RISC Machines στο ίδιο επίπεδο με τέτοιους γίγαντες στον τομέα της ανάπτυξης επεξεργαστών όπως η Intel και η AMD. Και αυτό παρά το γεγονός ότι η εταιρεία δεν έχει δική της παραγωγή.

Για κάποιο διάστημα, ανταγωνιστής της μάρκας κινητών ήταν η εταιρεία MIPS με την ομώνυμη αρχιτεκτονική. Ωστόσο, προς το παρόν, εξακολουθεί να υπάρχει μόνο ένας σοβαρός ανταγωνιστής στο πρόσωπο της Intel Corporation, αν και η διοίκησή της δεν πιστεύει ότι η αρχιτεκτονική του βραχίονα μπορεί να αποτελέσει απειλή για το μερίδιο αγοράς της.

Επίσης, σύμφωνα με ειδικούς της Intel, οι επεξεργαστές ARM δεν μπορούν να εκτελούν εκδόσεις λειτουργικών συστημάτων για επιτραπέζιους υπολογιστές. Ωστόσο, μια τέτοια δήλωση ακούγεται λίγο παράλογη, επειδή οι ιδιοκτήτες υπερκινητών υπολογιστών δεν χρησιμοποιούν «βαρύ» λογισμικό. Στις περισσότερες περιπτώσεις, χρειάζεστε πρόσβαση στο Διαδίκτυο, επεξεργασία εγγράφων, ακρόαση αρχείων πολυμέσων (μουσική, ταινίες) και άλλες απλές εργασίες. Και οι λύσεις ARM αντιμετωπίζουν καλά τέτοιες λειτουργίες.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Μια άλλη διαφορά είναι πολύ πιο σημαντική: η μερίδα του λέοντος του x86 είναι οι γενικοί επεξεργαστές, «κρεμασμένοι» με μια ποικιλία διαφορετικών μπλοκ και μονάδων, που έχουν σχεδιαστεί για να ανταπεξέρχονται με επιτυχία σε σχεδόν κάθε εργασία - από την περιήγηση στο διαδίκτυο και την επεξεργασία αρχείων κειμένου έως την υψηλή ανάλυση κωδικοποίηση βίντεο και εργασία με τρισδιάστατα γραφικά. Τα τσιπ ARM ​​που στοχεύουν στη χρήση σε smartphone και άλλες φορητές συσκευές έχουν εντελώς διαφορετικούς στόχους και δυνατότητες.

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

Αυτά τα τσιπ έχουν ένα άλλο σημαντικό κοινό χαρακτηριστικό: και οι δύο αυτοί επεξεργαστές λειτουργούν με βάση την αρχή της διαδοχικής εκτέλεσης εντολών, ενώ οι περισσότεροι επεξεργαστές x86 είναι επεξεργαστές εκτός σειράς. Αυτό το κύκλωμα έχει σχεδιαστεί για να επιτυγχάνει μέγιστη απόδοση ανά watt κατανάλωσης ισχύος, εξαλείφοντας τις μονάδες που είναι υπεύθυνες για την ακατάλληλη εκτέλεση των εντολών.

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

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

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

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

Ο επεξεργαστής ARM είναι ένας φορητός επεξεργαστής για smartphone και tablet.

Αυτός ο πίνακας δείχνει όλους τους επί του παρόντος γνωστούς επεξεργαστές ARM. Ο πίνακας των επεξεργαστών ARM θα συμπληρώνεται και θα αναβαθμίζεται καθώς εμφανίζονται νέα μοντέλα. Αυτός ο πίνακας χρησιμοποιεί ένα σύστημα υπό όρους για την αξιολόγηση της απόδοσης της CPU και της GPU. Τα δεδομένα απόδοσης του επεξεργαστή ARM ελήφθησαν από διάφορες πηγές, κυρίως με βάση τα αποτελέσματα δοκιμών όπως: PassMark, Αντούτου, GFXBench.

Δεν διεκδικούμε απόλυτη ακρίβεια. Απόλυτα ακριβής κατάταξη και αξιολογήσει την απόδοση των επεξεργαστών ARMαδύνατο, για τον απλούστατο λόγο ότι καθένας από αυτούς έχει πλεονεκτήματα κατά κάποιο τρόπο, αλλά κατά κάποιο τρόπο υστερεί σε σχέση με άλλους επεξεργαστές ARM. Ο πίνακας των επεξεργαστών ARM σάς επιτρέπει να βλέπετε, να αξιολογείτε και, το πιο σημαντικό, συγκρίνετε διαφορετικά SoC (System-On-Chip)λύσεις. Χρησιμοποιώντας το τραπέζι μας, μπορείτε συγκρίνετε επεξεργαστές φορητών συσκευώνκαι αρκεί να μάθετε πώς ακριβώς βρίσκεται η καρδιά ARM του μελλοντικού (ή του παρόντος) smartphone ή tablet σας.

Εδώ συγκρίναμε τους επεξεργαστές ARM. Εξετάσαμε και συγκρίναμε την απόδοση της CPU και της GPU σε διαφορετικά SoC (System-on-Chip). Αλλά ο αναγνώστης μπορεί να έχει πολλές ερωτήσεις: Πού χρησιμοποιούνται οι επεξεργαστές ARM; Τι είναι ο επεξεργαστής ARM; Πώς διαφέρει η αρχιτεκτονική ARM από τους επεξεργαστές x86; Ας προσπαθήσουμε να τα κατανοήσουμε όλα αυτά χωρίς να εμβαθύνουμε σε λεπτομέρειες.

Αρχικά, ας ορίσουμε την ορολογία. ARM είναι το όνομα της αρχιτεκτονικής και ταυτόχρονα το όνομα της εταιρείας που οδηγεί την ανάπτυξή της. Η συντομογραφία ARM σημαίνει (Advanced RISC Machine ή Acorn RISC Machine), η οποία μπορεί να μεταφραστεί ως: προηγμένη μηχανή RISC. Αρχιτεκτονική ARMσυνδυάζει μια οικογένεια πυρήνων μικροεπεξεργαστών 32 και 64-bit που αναπτύχθηκαν και αδειοδοτήθηκαν από την ARM Limited. Θα ήθελα να σημειώσω αμέσως ότι η εταιρεία ARM Limited ασχολείται αποκλειστικά με την ανάπτυξη πυρήνων και εργαλείων για αυτούς (εργαλεία εντοπισμού σφαλμάτων, μεταγλωττιστές κ.λπ.), αλλά όχι με την παραγωγή των ίδιων των επεξεργαστών. Εταιρία ARM Limitedπωλεί άδειες για την παραγωγή επεξεργαστών ARM σε τρίτους. Ακολουθεί μια μερική λίστα εταιρειών που έχουν άδεια να κατασκευάζουν επεξεργαστές ARM σήμερα: AMD, Atmel, Altera, Cirrus Logic, Intel, Marvell, NXP, Samsung, LG, MediaTek, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, nVidia, Freescale... και πολλά άλλα άλλα.

Ορισμένες εταιρείες που έχουν λάβει άδεια για την παραγωγή επεξεργαστών ARM δημιουργούν τις δικές τους εκδόσεις πυρήνων που βασίζονται στην αρχιτεκτονική ARM. Παραδείγματα περιλαμβάνουν: DEC StrongARM, Freescale i.MX, Intel XScale, NVIDIA Tegra, ST-Ericsson Nomadik, Qualcomm Snapdragon, Texas Instruments OMAP, Samsung Hummingbird, LG H13, Apple A4/A5/A6 και HiSilicon K3.

Σήμερα εργάζονται σε επεξεργαστές που βασίζονται σε ARMσχεδόν οποιαδήποτε ηλεκτρονικά: PDA, κινητά τηλέφωνα και smartphone, ψηφιακές συσκευές αναπαραγωγής, φορητές κονσόλες παιχνιδιών, αριθμομηχανές, εξωτερικοί σκληροί δίσκοι και δρομολογητές. Όλα περιέχουν έναν πυρήνα ARM, οπότε μπορούμε να το πούμε αυτό ARM - επεξεργαστές κινητών για smartphoneκαι ταμπλέτες.

Επεξεργαστής ARMαντιπροσωπεύει α SoC, ή "σύστημα σε τσιπ". Ένα σύστημα SoC, ή «σύστημα σε ένα τσιπ», μπορεί να περιέχει σε ένα τσιπ, εκτός από την ίδια την CPU, τα υπόλοιπα μέρη ενός πλήρους υπολογιστή. Αυτό περιλαμβάνει έναν ελεγκτή μνήμης, έναν ελεγκτή θύρας I/O, έναν πυρήνα γραφικών και ένα σύστημα γεωγραφικής τοποθέτησης (GPS). Μπορεί επίσης να περιέχει μια μονάδα 3G, καθώς και πολλά άλλα.

Αν εξετάσουμε μια ξεχωριστή οικογένεια επεξεργαστών ARM, ας πούμε Cortex-A9 (ή οποιονδήποτε άλλο), δεν μπορούμε να πούμε ότι όλοι οι επεξεργαστές της ίδιας οικογένειας έχουν την ίδια απόδοση ή είναι όλοι εξοπλισμένοι με μονάδα GPS. Όλες αυτές οι παράμετροι εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τον κατασκευαστή του τσιπ και από το τι και πώς αποφάσισε να εφαρμόσει στο προϊόν του.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των επεξεργαστών ARM και X86;? Η ίδια η αρχιτεκτονική RISC (Reduced Instruction Set Computer) συνεπάγεται ένα μειωμένο σύνολο εντολών. Κάτι που συνεπώς οδηγεί σε πολύ μέτρια κατανάλωση ενέργειας. Εξάλλου, μέσα σε οποιοδήποτε τσιπ ARM ​​υπάρχουν πολύ λιγότερα τρανζίστορ από το αντίστοιχο της γραμμής x86. Μην ξεχνάτε ότι σε ένα σύστημα SoC όλες οι περιφερειακές συσκευές βρίσκονται μέσα σε ένα ενιαίο τσιπ, κάτι που επιτρέπει στον επεξεργαστή ARM να είναι ακόμα πιο ενεργειακά αποδοτικός. Η αρχιτεκτονική ARM σχεδιάστηκε αρχικά για να υπολογίζει μόνο λειτουργίες ακεραίων, σε αντίθεση με το x86, το οποίο μπορεί να λειτουργήσει με υπολογισμούς κινητής υποδιαστολής ή FPU. Είναι αδύνατο να συγκριθούν ξεκάθαρα αυτές οι δύο αρχιτεκτονικές. Κατά κάποιο τρόπο, η ARM θα έχει ένα πλεονέκτημα. Και κάπου είναι το αντίστροφο. Εάν προσπαθήσετε να απαντήσετε στην ερώτηση με μία φράση: ποια είναι η διαφορά μεταξύ των επεξεργαστών ARM και X86, τότε η απάντηση θα είναι η εξής: ο επεξεργαστής ARM δεν γνωρίζει τον αριθμό των εντολών που γνωρίζει ο επεξεργαστής x86. Και όσοι γνωρίζουν φαίνονται πολύ πιο κοντοί. Αυτό έχει και τα θετικά και τα αρνητικά του. Όπως και να έχει, τον τελευταίο καιρό όλα δείχνουν ότι οι επεξεργαστές ARM αρχίζουν αργά αλλά σταθερά να φτάνουν τη διαφορά και κατά κάποιο τρόπο ξεπερνούν ακόμη και τους συμβατικούς επεξεργαστές x86. Πολλοί δηλώνουν ανοιχτά ότι οι επεξεργαστές ARM θα αντικαταστήσουν σύντομα την πλατφόρμα x86 στο τμήμα των οικιακών υπολογιστών. Όπως ήδη γνωρίζουμε, το 2013 αρκετές παγκοσμίου φήμης εταιρείες εγκατέλειψαν εντελώς την περαιτέρω παραγωγή netbook υπέρ των tablet PC. Λοιπόν, τι θα συμβεί στην πραγματικότητα, θα δείξει ο χρόνος.

Θα παρακολουθούμε τους επεξεργαστές ARM που είναι ήδη διαθέσιμοι στην αγορά.

Η συντριπτική πλειοψηφία των σύγχρονων gadget χρησιμοποιεί επεξεργαστές που βασίζονται στην αρχιτεκτονική ARM, η οποία έχει αναπτυχθεί από την ομώνυμη εταιρεία ARM Limited. Είναι ενδιαφέρον ότι η εταιρεία δεν παράγει η ίδια επεξεργαστές, αλλά χορηγεί άδεια χρήσης των τεχνολογιών της μόνο σε τρίτους κατασκευαστές τσιπ. Επιπλέον, η εταιρεία αναπτύσσει επίσης πυρήνες επεξεργαστών Cortex και επιταχυντές γραφικών Mali, τους οποίους σίγουρα θα θίξουμε σε αυτό το υλικό.

ARM Limited

Η εταιρεία ARM, στην πραγματικότητα, είναι μονοπώλιο στον τομέα της και η συντριπτική πλειοψηφία των σύγχρονων smartphone και tablet σε διάφορα λειτουργικά συστήματα κινητής τηλεφωνίας χρησιμοποιεί επεξεργαστές βασισμένους στην αρχιτεκτονική ARM. Οι κατασκευαστές τσιπ αδειοδοτούν μεμονωμένους πυρήνες, σετ εντολών και σχετικές τεχνολογίες από την ARM και το κόστος των αδειών ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με τον τύπο των πυρήνων επεξεργαστή (αυτό μπορεί να κυμαίνεται από λύσεις προϋπολογισμού χαμηλής κατανάλωσης έως προηγμένες τετραπύρηνες και ακόμη και οκτώ πυρήνες τσιπ) και πρόσθετα εξαρτήματα. Η ετήσια έκθεση κερδών του 2006 της ARM Limited έδειξε έσοδα 161 εκατομμυρίων δολαρίων για την αδειοδότηση περίπου 2,5 δισεκατομμυρίων επεξεργαστών (από 7,9 δισεκατομμύρια το 2011), που μεταφράζεται σε περίπου 0,067 δολάρια ανά τσιπ. Ωστόσο, για τον λόγο που αναφέρθηκε παραπάνω, αυτό είναι ένα πολύ μέσο ποσοστό λόγω της διαφοράς στις τιμές για διάφορες άδειες και έκτοτε τα κέρδη της εταιρείας θα έπρεπε να έχουν πολλαπλασιαστεί.

Επί του παρόντος, οι επεξεργαστές ARM είναι πολύ διαδεδομένοι. Τα τσιπ που βασίζονται σε αυτήν την αρχιτεκτονική χρησιμοποιούνται παντού, συμπεριλαμβανομένων των διακομιστών, αλλά πιο συχνά το ARM μπορεί να βρεθεί σε ενσωματωμένα και κινητά συστήματα, από ελεγκτές για σκληρούς δίσκους έως σύγχρονα smartphone, tablet και άλλα gadget.

Πυρήνες φλοιού

Η ARM αναπτύσσει πολλές οικογένειες πυρήνων που χρησιμοποιούνται για διαφορετικές εργασίες. Για παράδειγμα, επεξεργαστές που βασίζονται σε Cortex-Mx και Cortex-Rx (όπου το "x" είναι ένα ψηφίο ή ένας αριθμός που υποδεικνύει τον ακριβή αριθμό πυρήνα) χρησιμοποιούνται σε ενσωματωμένα συστήματα, ακόμη και σε καταναλωτικές συσκευές, όπως δρομολογητές ή εκτυπωτές.

Δεν θα σταθούμε λεπτομερώς σε αυτά, γιατί μας ενδιαφέρει πρωτίστως η οικογένεια Cortex-Ax - τσιπ με τέτοιους πυρήνες χρησιμοποιούνται στις πιο παραγωγικές συσκευές, συμπεριλαμβανομένων των smartphone, των tablet και των κονσολών παιχνιδιών. Η ARM εργάζεται συνεχώς σε νέους πυρήνες από τη σειρά Cortex-Ax, αλλά τη στιγμή της σύνταξης αυτού του άρθρου, τα ακόλουθα χρησιμοποιούνται στα smartphone:

Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός, τόσο υψηλότερη είναι η απόδοση του επεξεργαστή και, κατά συνέπεια, τόσο πιο ακριβή είναι η κατηγορία συσκευών στις οποίες χρησιμοποιείται. Ωστόσο, αξίζει να σημειωθεί ότι αυτός ο κανόνας δεν τηρείται πάντα: για παράδειγμα, τα τσιπ που βασίζονται σε πυρήνες Cortex-A7 έχουν υψηλότερη απόδοση από αυτά που βασίζονται στον Cortex-A8. Ωστόσο, εάν οι επεξεργαστές που βασίζονται στον Cortex-A5 θεωρούνται ήδη σχεδόν απαρχαιωμένοι και σχεδόν δεν χρησιμοποιούνται σε σύγχρονες συσκευές, τότε οι επεξεργαστές που βασίζονται στο Cortex-A15 μπορούν να βρεθούν σε κορυφαίες συσκευές επικοινωνίας και tablet. Πριν από λίγο καιρό, η ARM ανακοίνωσε επίσημα την ανάπτυξη νέων, πιο ισχυρών και, ταυτόχρονα, ενεργειακά αποδοτικών πυρήνων Cortex-A53 και Cortex-A57, οι οποίοι θα συνδυαστούν σε ένα τσιπ χρησιμοποιώντας την τεχνολογία ARM big.LITTLE και θα υποστηρίζουν το ARMv8 σετ εντολών ("έκδοση αρχιτεκτονικής") , αλλά δεν χρησιμοποιούνται επί του παρόντος σε κύριες καταναλωτικές συσκευές. Τα περισσότερα τσιπ Cortex-core μπορεί να είναι πολλαπλών πυρήνων και οι τετραπύρηνες επεξεργαστές είναι συνηθισμένοι στα σημερινά smartphone υψηλής τεχνολογίας.

Οι μεγάλοι κατασκευαστές smartphones και tablet συνήθως χρησιμοποιούν επεξεργαστές από γνωστούς κατασκευαστές chip όπως η Qualcomm ή δικές τους λύσεις που έχουν ήδη γίνει αρκετά δημοφιλείς (για παράδειγμα, η Samsung και η οικογένεια των chipset Exynos), αλλά μεταξύ των τεχνικών χαρακτηριστικών των gadget από τις περισσότερες μικρές εταιρείες μπορείτε συχνά να βρείτε μια περιγραφή όπως "επεξεργαστής βασισμένος σε Cortex-A7 χρονισμένος στο 1 GHz" ή "διπύρηνος Cortex-A7 χρονισμένος στο 1 GHz", που δεν θα σημαίνει τίποτα για τον μέσο χρήστη. Για να καταλάβουμε ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ τέτοιων πυρήνων, ας εστιάσουμε στους κύριους.

Ο πυρήνας Cortex-A5 χρησιμοποιείται σε επεξεργαστές χαμηλού κόστους για τις πιο οικονομικές συσκευές. Τέτοιες συσκευές προορίζονται μόνο για την εκτέλεση περιορισμένου εύρους εργασιών και την εκτέλεση απλών εφαρμογών, αλλά δεν είναι καθόλου σχεδιασμένες για προγράμματα έντασης πόρων και, ειδικά, παιχνίδια. Ένα παράδειγμα gadget με επεξεργαστή Cortex-A5 είναι το Highscreen Blast, το οποίο έλαβε ένα τσιπ Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 που περιέχει δύο πυρήνες Cortex-A5 χρονισμένους στα 1,2 GHz.

Οι επεξεργαστές Cortex-A7 είναι πιο ισχυροί από τα τσιπ Cortex-A5 και είναι επίσης πιο συνηθισμένοι. Τέτοια τσιπ κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας τεχνολογία διεργασίας 28 νανομέτρων και διαθέτουν μεγάλη κρυφή μνήμη δεύτερου επιπέδου έως και 4 megabyte. Οι πυρήνες Cortex-A7 βρίσκονται κυρίως σε οικονομικά smartphone και χαμηλού κόστους συσκευές μεσαίου τμήματος, όπως το iconBIT Mercury Quad, και επίσης, κατ' εξαίρεση, στο Samsung Galaxy S IV GT-i9500 με επεξεργαστή Exynos 5 Octa - αυτό το chipset χρησιμοποιεί Τεχνολογία εξοικονόμησης ενέργειας κατά την εκτέλεση εργασιών με τετραπύρηνο Cortex-A7.

Ο πυρήνας Cortex-A8 δεν είναι τόσο διαδεδομένος όσο οι γείτονές του, Cortex-A7 και Cortex-A9, αλλά εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σε διάφορα gadgets εισαγωγικού επιπέδου. Η ταχύτητα ρολογιού λειτουργίας των τσιπ Cortex-A8 μπορεί να κυμαίνεται από 600 MHz έως 1 GHz, αλλά μερικές φορές οι κατασκευαστές υπερχρονίζουν τους επεξεργαστές σε υψηλότερες συχνότητες. Ένα χαρακτηριστικό του πυρήνα Cortex-A8 είναι η έλλειψη υποστήριξης για διαμορφώσεις πολλαπλών πυρήνων (δηλαδή, οι επεξεργαστές σε αυτούς τους πυρήνες μπορούν να είναι μόνο μονοπύρηνες) και εκτελούνται χρησιμοποιώντας μια τεχνολογία διαδικασίας 65 νανομέτρων, η οποία ήδη θεωρείται απαρχαιωμένος.

Сortex-A9

Μόλις πριν από μερικά χρόνια, οι πυρήνες Cortex-A9 θεωρούνταν κορυφαία λύση και χρησιμοποιήθηκαν τόσο σε παραδοσιακά μονοπύρηνα όσο και σε πιο ισχυρά τσιπ διπλού πυρήνα, όπως το Nvidia Tegra 2 και το Texas Instruments OMAP4. Επί του παρόντος, οι επεξεργαστές Cortex-A9 που κατασκευάζονται με την τεχνολογία διεργασιών των 40 νανομέτρων δεν χάνουν δημοτικότητα και χρησιμοποιούνται σε πολλά smartphone μεσαίας κατηγορίας. Η συχνότητα λειτουργίας τέτοιων επεξεργαστών μπορεί να είναι από 1 έως 2 ή περισσότερα gigahertz, αλλά συνήθως περιορίζεται στα 1,2-1,5 GHz.

Τον Ιούνιο του 2013, η ARM παρουσίασε επίσημα τον πυρήνα Cortex-A12, ο οποίος κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας μια νέα τεχνολογία διαδικασίας 28 νανομέτρων και έχει σχεδιαστεί για να αντικαταστήσει τους πυρήνες Cortex-A9 σε smartphone μεσαίου τμήματος. Ο προγραμματιστής υπόσχεται 40% αύξηση στην απόδοση σε σύγκριση με τον Cortex-A9 και επιπλέον, οι πυρήνες Cortex-A12 θα μπορούν να συμμετέχουν στην αρχιτεκτονική ARM big.LITTLE ως παραγωγικοί μαζί με τον Cortex-A7 εξοικονόμησης ενέργειας, που θα επιτρέψει κατασκευαστές να δημιουργήσουν φθηνά τσιπ οκτώ πυρήνων. Είναι αλήθεια ότι κατά τη στιγμή της γραφής, όλα αυτά είναι μόνο στα σχέδια και η μαζική παραγωγή των τσιπ Cortex-A12 δεν έχει ακόμη καθιερωθεί, αν και η RockChip έχει ήδη ανακοινώσει την πρόθεσή της να κυκλοφορήσει έναν τετραπύρηνο επεξεργαστή Cortex-A12 με συχνότητα 1,8 GHz.

Από το 2013, ο πυρήνας Cortex-A15 και τα παράγωγά του είναι η κορυφαία λύση και χρησιμοποιούνται σε κορυφαία τσιπ επικοινωνίας από διάφορους κατασκευαστές. Μεταξύ των νέων επεξεργαστών που κατασκευάζονται με τεχνολογία διεργασίας 28 nm και βασίζονται στον Cortex-A15 είναι ο Samsung Exynos 5 Octa και ο Nvidia Tegra 4, και αυτός ο πυρήνας συχνά λειτουργεί ως πλατφόρμα για τροποποιήσεις από άλλους κατασκευαστές. Για παράδειγμα, ο τελευταίος επεξεργαστής A6X της Apple χρησιμοποιεί πυρήνες Swift, οι οποίοι αποτελούν τροποποίηση του Cortex-A15. Τα τσιπ που βασίζονται στο Cortex-A15 είναι ικανά να λειτουργούν σε συχνότητα 1,5-2,5 GHz και η υποστήριξη για πολλά πρότυπα τρίτων και η δυνατότητα αντιμετώπισης έως και 1 TB φυσικής μνήμης καθιστά δυνατή τη χρήση τέτοιων επεξεργαστών σε υπολογιστές (πώς δεν μπορεί κανείς να θυμηθεί έναν μίνι-υπολογιστή στο μέγεθος μιας τραπεζικής κάρτας Raspberry Pi).

Σειρά Cortex-A50

Το πρώτο εξάμηνο του 2013, η ARM παρουσίασε μια νέα σειρά τσιπ που ονομάζεται σειρά Cortex-A50. Οι πυρήνες αυτής της γραμμής θα κατασκευαστούν σύμφωνα με μια νέα έκδοση της αρχιτεκτονικής, το ARMv8, και θα υποστηρίζουν νέα σύνολα εντολών και θα γίνουν επίσης 64-bit. Η μετάβαση σε ένα νέο βάθος bit θα απαιτήσει βελτιστοποίηση λειτουργικών συστημάτων και εφαρμογών για κινητά, αλλά, φυσικά, θα παραμείνει υποστήριξη για δεκάδες χιλιάδες εφαρμογές 32 bit. Η Apple ήταν η πρώτη που μεταπήδησε στην αρχιτεκτονική 64-bit. Οι πιο πρόσφατες συσκευές της εταιρείας, για παράδειγμα, το iPhone 5S, τρέχουν ακριβώς σε αυτόν τον επεξεργαστή Apple A7 ARM. Σημειωτέον, δεν χρησιμοποιεί πυρήνες Cortex - αντικαθίστανται με πυρήνες του ίδιου του κατασκευαστή που ονομάζονται Swift. Ένας από τους προφανείς λόγους για την ανάγκη μετάβασης σε επεξεργαστές 64-bit είναι η υποστήριξη περισσότερων από 4 GB μνήμης RAM και, επιπλέον, η δυνατότητα χειρισμού πολύ μεγαλύτερων αριθμών κατά τον υπολογισμό. Φυσικά, προς το παρόν αυτό είναι σχετικό, πρώτα απ 'όλα, για διακομιστές και υπολογιστές, αλλά δεν θα εκπλαγούμε αν σε λίγα χρόνια εμφανιστούν στην αγορά smartphone και tablet με τέτοια ποσότητα μνήμης RAM. Μέχρι σήμερα, τίποτα δεν είναι γνωστό σχετικά με τα σχέδια παραγωγής τσιπ στη νέα αρχιτεκτονική και smartphone που χρησιμοποιούν αυτά, αλλά είναι πιθανό οι ναυαρχίδες να λάβουν ακριβώς αυτούς τους επεξεργαστές το 2014, όπως έχει ήδη ανακοινώσει η Samsung.

Η σειρά ανοίγει με τον πυρήνα Cortex-A53, ο οποίος θα είναι ο άμεσος «διάδοχος» του Cortex-A9. Οι επεξεργαστές που βασίζονται στο Cortex-A53 είναι αισθητά ανώτεροι σε απόδοση από τα τσιπ που βασίζονται στο Cortex-A9, αλλά ταυτόχρονα διατηρούν χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Τέτοιοι επεξεργαστές μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε μεμονωμένα είτε σε διαμόρφωση ARM big.LITTLE, που συνδυάζονται στο ίδιο chipset με έναν επεξεργαστή Cortex-A57

Performance Cortex-A53, Cortex-A57

Οι επεξεργαστές Cortex-A57, οι οποίοι θα κατασκευαστούν με τεχνολογία διεργασίας 20 νανομέτρων, αναμένεται να γίνουν οι πιο ισχυροί επεξεργαστές ARM στο εγγύς μέλλον. Ο νέος πυρήνας είναι σημαντικά ανώτερος από τον προκάτοχό του, Cortex-A15, σε διάφορες παραμέτρους απόδοσης (μπορείτε να δείτε τη σύγκριση παραπάνω) και, σύμφωνα με την ARM, που στοχεύει σοβαρά την αγορά υπολογιστών, θα είναι μια κερδοφόρα λύση για κανονικούς υπολογιστές (συμπεριλαμβανομένων φορητών υπολογιστών), όχι μόνο φορητών συσκευών.

ΜΠΡΑΚΙ μεγάλο.ΛΙΓΟ

Ως λύση υψηλής τεχνολογίας στο πρόβλημα της κατανάλωσης ενέργειας των σύγχρονων επεξεργαστών, η ARM προσφέρει τεχνολογία big.LITTLE, η ουσία της οποίας είναι να συνδυάζει διαφορετικούς τύπους πυρήνων σε ένα τσιπ, συνήθως τον ίδιο αριθμό εξοικονόμησης ενέργειας και υψηλής απόδοσης αυτές.

Υπάρχουν τρία σχήματα για τη λειτουργία διαφορετικών τύπων πυρήνων σε ένα τσιπ: big.LITTLE (μετανάστευση μεταξύ συστάδων), big.LITTLE IKS (μετεγκατάσταση μεταξύ πυρήνων) και big.LITTLE MP (ετερογενής πολυεπεξεργασία).

big.LITTLE (μετανάστευση μεταξύ συστάδων)

Το πρώτο chipset βασισμένο στην αρχιτεκτονική ARM big.LITTLE ήταν ο επεξεργαστής Samsung Exynos 5 Octa. Χρησιμοποιεί το αρχικό σχήμα big.LITTLE "4+4", που σημαίνει συνδυασμό σε δύο συμπλέγματα (εξ ου και το όνομα του σχήματος) σε ένα τσιπ τεσσάρων πυρήνων Cortex-A15 υψηλής απόδοσης για εφαρμογές και παιχνίδια με ένταση πόρων και τέσσερα ενεργειακά αποθήκευση πυρήνων Cortex-A7 για καθημερινή εργασία με τα περισσότερα προγράμματα και μόνο ένας τύπος πυρήνα μπορεί να λειτουργήσει ταυτόχρονα. Η εναλλαγή μεταξύ ομάδων πυρήνων γίνεται σχεδόν αμέσως και απαρατήρητη από τον χρήστη σε μια πλήρως αυτόματη λειτουργία.

big.LITTLE IKS (μετανάστευση μεταξύ πυρήνων)

Μια πιο περίπλοκη υλοποίηση της αρχιτεκτονικής big.LITTLE είναι ο συνδυασμός πολλών πραγματικών πυρήνων (συνήθως δύο) σε έναν εικονικό, που ελέγχεται από τον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος, ο οποίος αποφασίζει ποιους πυρήνες θα χρησιμοποιήσει - ενεργειακά αποδοτικούς ή παραγωγικούς. Φυσικά, υπάρχουν και αρκετοί εικονικοί πυρήνες - η εικόνα δείχνει ένα παράδειγμα του σχήματος IKS, όπου καθένας από τους τέσσερις εικονικούς πυρήνες περιέχει έναν πυρήνα Cortex-A7 και Cortex-A15.

big.LITTLE MP (ετερογενής πολυεπεξεργασία)

Το σχήμα big.LITTLE MP είναι το πιο "προηγμένο" - σε αυτό, κάθε πυρήνας είναι ανεξάρτητος και μπορεί να ενεργοποιηθεί από τον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος όπως απαιτείται. Αυτό σημαίνει ότι εάν χρησιμοποιηθούν τέσσερις πυρήνες Cortex-A7 και ο ίδιος αριθμός πυρήνων Cortex-A15, ένα chipset που βασίζεται στην αρχιτεκτονική ARM big.LITTLE MP θα μπορεί να λειτουργεί και τους 8 πυρήνες ταυτόχρονα, παρόλο που είναι διαφορετικών τύπων. Ένας από τους πρώτους επεξεργαστές αυτού του τύπου ήταν το τσιπ οκτώ πυρήνων της Mediatek - MT6592, το οποίο μπορεί να λειτουργήσει σε συχνότητα ρολογιού 2 GHz, αλλά και να εγγράψει και να παίξει βίντεο σε ανάλυση UltraHD.

Μελλοντικός

Σύμφωνα με τις διαθέσιμες πληροφορίες, στο εγγύς μέλλον η ARM, μαζί με άλλες εταιρείες, σχεδιάζει να λανσάρει τα τσιπ επόμενης γενιάς big.LITTLE, τα οποία θα χρησιμοποιούν τους νέους πυρήνες Cortex-A53 και Cortex-A57. Επιπλέον, ο κινέζος κατασκευαστής MediaTek πρόκειται να παράγει επεξεργαστές προϋπολογισμού βασισμένους στο ARM big.LITTLE, οι οποίοι θα λειτουργούν σύμφωνα με το σχήμα «2+2», δηλαδή θα χρησιμοποιούν δύο ομάδες των δύο πυρήνων.

Επιταχυντές γραφικών Mali

Εκτός από επεξεργαστές, η ARM αναπτύσσει επίσης επιταχυντές γραφικών της οικογένειας Mali. Όπως και οι επεξεργαστές, οι επιταχυντές γραφικών χαρακτηρίζονται από πολλές παραμέτρους, για παράδειγμα, το επίπεδο anti-aliasing, τη διεπαφή διαύλου, την κρυφή μνήμη (εξαιρετικά γρήγορη μνήμη που χρησιμοποιείται για την αύξηση της ταχύτητας λειτουργίας) και τον αριθμό των "πυρήνων γραφικών" (αν και, όπως γράψαμε στο προηγούμενο άρθρο, αυτός ο δείκτης, παρά την ομοιότητα με τον όρο που χρησιμοποιείται για την περιγραφή της CPU, δεν έχει ουσιαστικά καμία επίδραση στην απόδοση κατά τη σύγκριση δύο GPU).

Ο πρώτος επιταχυντής γραφικών ARM ήταν το πλέον αχρησιμοποίητο Mali 55, το οποίο χρησιμοποιήθηκε στο τηλέφωνο αφής LG Renoir (ναι, το πιο κοινό κινητό τηλέφωνο). Η GPU δεν χρησιμοποιήθηκε σε παιχνίδια - μόνο για την απόδοση της διεπαφής, και είχε πρωτόγονα χαρακτηριστικά με τα σημερινά πρότυπα, αλλά έγινε ο «πρόγονος» της σειράς Mali.

Έκτοτε, η πρόοδος έχει προχωρήσει πολύ και τώρα τα υποστηριζόμενα API και τα πρότυπα παιχνιδιών έχουν μεγάλη σημασία. Για παράδειγμα, η υποστήριξη για το OpenGL ES 3.0 ανακοινώνεται τώρα μόνο στους πιο ισχυρούς επεξεργαστές όπως ο Qualcomm Snapdragon 600 και ο 800, και, αν μιλάμε για προϊόντα ARM, το πρότυπο υποστηρίζεται από επιταχυντές όπως ο Mali-T604 (ήταν ο πρώτος GPU ARM κατασκευασμένο σε νέα μικροαρχιτεκτονική Midgard), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 και μερικά άλλα τσιπ παρόμοια σε χαρακτηριστικά. Αυτή ή εκείνη η GPU, κατά κανόνα, σχετίζεται στενά με τον πυρήνα, αλλά, ωστόσο, υποδεικνύεται ξεχωριστά, πράγμα που σημαίνει ότι εάν η ποιότητα των γραφικών στα παιχνίδια είναι σημαντική για εσάς, τότε είναι λογικό να κοιτάξετε το όνομα του γκάζι στις προδιαγραφές του smartphone ή του tablet.

Η ARM διαθέτει επίσης επιταχυντές γραφικών για smartphones μεσαίου τμήματος στη σειρά της, τα πιο συνηθισμένα από τα οποία είναι τα Mali-400 MP και Mali-450 MP, τα οποία διαφέρουν από τα μεγαλύτερα αδέρφια τους σε σχετικά χαμηλή απόδοση και σε περιορισμένο σύνολο API και υποστηριζόμενα πρότυπα. Παρόλα αυτά, αυτές οι GPU συνεχίζουν να χρησιμοποιούνται σε νέα smartphone, για παράδειγμα, το Zopo ZP998, το οποίο έλαβε τον επιταχυντή γραφικών Mali-450 MP4 (μια βελτιωμένη τροποποίηση του Mali-450 MP) εκτός από τον οκταπύρηνο επεξεργαστή MTK6592.

Προφανώς, τα smartphones με τους πιο πρόσφατους επιταχυντές γραφικών ARM θα εμφανιστούν στα τέλη του 2014: Mali-T720, Mali-T760 και Mali-T760 MP, τα οποία παρουσιάστηκαν τον Οκτώβριο του 2013. Το Mali-T720 αναμένεται να είναι η νέα GPU για smartphone χαμηλού κόστους και η πρώτη GPU σε αυτό το τμήμα που υποστηρίζει το Open GL ES 3.0. Το Mali-T760, με τη σειρά του, θα γίνει ένας από τους πιο ισχυρούς επιταχυντές γραφικών για κινητά: σύμφωνα με τα αναφερόμενα χαρακτηριστικά, η GPU έχει 16 υπολογιστικούς πυρήνες και έχει πραγματικά τεράστια υπολογιστική ισχύ, 326 Gflops, αλλά, ταυτόχρονα, τέσσερις φορές λιγότερη κατανάλωση ρεύματος από το Mali-T604 που αναφέρθηκε παραπάνω.

Ο ρόλος των CPU και των GPU της ARM στην αγορά

Παρά το γεγονός ότι η ARM είναι ο συγγραφέας και ο προγραμματιστής της ομώνυμης αρχιτεκτονικής, η οποία, επαναλαμβάνουμε, χρησιμοποιείται τώρα στη συντριπτική πλειοψηφία των επεξεργαστών κινητών, οι λύσεις της με τη μορφή πυρήνων και επιταχυντών γραφικών δεν είναι δημοφιλείς στα μεγάλα smartphone κατασκευαστές. Για παράδειγμα, ορθώς πιστεύεται ότι οι ναυαρχίδες στο λειτουργικό σύστημα Android πρέπει να διαθέτουν επεξεργαστή Snapdragon με πυρήνες Krait και επιταχυντή γραφικών Adreno από την ίδια εταιρεία που χρησιμοποιούνται σε smartphone στο Windows Phone, και ορισμένοι κατασκευαστές gadget, για παράδειγμα, Apple, αναπτύξτε τους δικούς τους πυρήνες. Γιατί υπάρχει αυτή η κατάσταση αυτή τη στιγμή;

Ίσως κάποιοι από τους λόγους να είναι βαθύτεροι, αλλά ένας από αυτούς είναι η έλλειψη ξεκάθαρης τοποθέτησης των CPU και των GPU της ARM μεταξύ των προϊόντων άλλων εταιρειών, με αποτέλεσμα οι εξελίξεις της εταιρείας να θεωρούνται βασικά στοιχεία για χρήση στο Β. -συσκευές επωνυμίας, φθηνά smartphone και δημιουργία πιο ώριμων λύσεων. Για παράδειγμα, η Qualcomm επαναλαμβάνει σχεδόν σε κάθε παρουσίαση ότι ένας από τους κύριους στόχους της όταν δημιουργεί νέους επεξεργαστές είναι να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας και οι πυρήνες Krait, που είναι τροποποιημένοι πυρήνες Cortex, παρουσιάζουν σταθερά αποτελέσματα υψηλότερης απόδοσης. Παρόμοια δήλωση ισχύει και για τα chipset της Nvidia, τα οποία επικεντρώνονται στα παιχνίδια, αλλά όσον αφορά τους επεξεργαστές Exynos της Samsung και τη σειρά A της Apple, έχουν τη δική τους αγορά λόγω εγκατάστασης σε smartphone των ίδιων εταιρειών.

Τα παραπάνω δεν σημαίνουν καθόλου ότι οι εξελίξεις της ARM είναι σημαντικά χειρότερες από επεξεργαστές και πυρήνες τρίτων εταιρειών, αλλά ο ανταγωνισμός στην αγορά τελικά ωφελεί μόνο τους αγοραστές smartphone. Μπορούμε να πούμε ότι η ARM προσφέρει ορισμένα κενά, αγοράζοντας μια άδεια για την οποία οι κατασκευαστές μπορούν να τα τροποποιήσουν ανεξάρτητα.

συμπέρασμα

Οι μικροεπεξεργαστές που βασίζονται στην αρχιτεκτονική ARM έχουν κατακτήσει με επιτυχία την αγορά κινητών συσκευών λόγω της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και της σχετικά υψηλής υπολογιστικής ισχύος τους. Προηγουμένως, άλλες αρχιτεκτονικές RISC ανταγωνίζονταν την ARM, για παράδειγμα, το MIPS, αλλά τώρα έχει μόνο έναν σοβαρό ανταγωνιστή - την Intel με την αρχιτεκτονική x86, η οποία, παρεμπιπτόντως, αν και αγωνίζεται ενεργά για το μερίδιο αγοράς της, δεν είναι ακόμη αντιληπτή είτε από τους καταναλωτές είτε από τους περισσότερους κατασκευαστές σοβαρά, ειδικά δεδομένης της εικονικής απουσίας ναυαρχίδων που βασίζονται σε αυτό (το Lenovo K900 δεν μπορεί πλέον να ανταγωνιστεί τα τελευταία κορυφαία smartphone σε επεξεργαστές ARM).

Τι πιστεύετε, θα μπορέσει κάποιος να αντικαταστήσει την ARM και ποιο θα είναι το μέλλον αυτής της εταιρείας και της αρχιτεκτονικής της;