Procesorul ARM este un procesor mobil pentru smartphone-uri și tablete.

Acest tabel prezintă toate procesoarele ARM cunoscute în prezent. Tabelul procesoarelor ARM va fi suplimentat și actualizat pe măsură ce apar noi modele. Acest tabel folosește un sistem condiționat pentru evaluarea performanței CPU și GPU. Datele privind performanța procesorului ARM au fost preluate dintr-o varietate de surse, în principal pe baza rezultatelor unor teste precum: PassMark, Antutu, GFXBench.

Nu pretindem acuratețe absolută. Clasează absolut exact și evaluează performanța procesoarelor ARM imposibil, din simplul motiv că fiecare dintre ele are avantaje în anumite privințe, dar într-un fel rămâne în urmă față de alte procesoare ARM. Tabelul procesoarelor ARM vă permite să vedeți, să evaluați și, cel mai important, comparați diferite SoC-uri (System-On-Chip) solutii. Folosind masa noastră, poți compara procesoarele mobileși este suficient să afli exact cum este poziționată inima ARM a viitorului (sau prezent) smartphone-ului sau tabletei tale.

Aici am comparat procesoarele ARM. Am analizat și am comparat performanța procesorului și a GPU-urilor în diferite SoC-uri (Sistem pe cip). Dar cititorul poate avea mai multe întrebări: Unde sunt folosite procesoarele ARM? Ce este un procesor ARM? Prin ce diferă arhitectura ARM de procesoarele x86? Să încercăm să înțelegem toate acestea fără a intra prea adânc în detalii.

Mai întâi, să definim terminologia. ARM este numele arhitecturii și, în același timp, numele companiei care conduce dezvoltarea acesteia. Abrevierea ARM înseamnă (Advanced RISC Machine sau Acorn RISC Machine), care poate fi tradusă ca: advanced RISC machine. Arhitectura ARM combină o familie de nuclee de microprocesoare pe 32 și 64 de biți dezvoltate și licențiate de ARM Limited. Aș dori să observ imediat că compania ARM Limited este angajată exclusiv în dezvoltarea de nuclee și instrumente pentru acestea (instrumente de depanare, compilatoare etc.), dar nu și în producția procesoarelor în sine. Companie ARM Limited vinde licențe pentru producția de procesoare ARM către terți. Iată o listă parțială a companiilor autorizate să producă procesoare ARM astăzi: AMD, Atmel, Altera, Cirrus Logic, Intel, Marvell, NXP, Samsung, LG, MediaTek, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, nVidia, Freescale... și multe altele.

Unele companii care au primit o licență pentru a produce procesoare ARM își creează propriile versiuni de nuclee bazate pe arhitectura ARM. Exemplele includ: 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 și HiSilicon K3.

Astăzi lucrează pe procesoare bazate pe ARM aproape orice electronică: PDA, telefoane mobile și smartphone-uri, playere digitale, console de jocuri portabile, calculatoare, dur extern unități și routere. Toate conțin un nucleu ARM, așa că putem spune asta ARM - procesoare mobile pentru smartphone-uriși tablete.

procesor ARM reprezintă SoC, sau „sistem pe un cip”. Un sistem SoC, sau „sistem pe un cip”, poate conține într-un singur cip, pe lângă procesorul însuși, părțile rămase ale unui computer cu drepturi depline. Acesta include un controler de memorie, un controler de port I/O, un nucleu grafic și un sistem de geopoziționare (GPS). Poate conține, de asemenea, un modul 3G, precum și multe altele.

Dacă luăm în considerare o familie separată de procesoare ARM, să zicem Cortex-A9 (sau oricare alta), nu putem spune că toate procesoarele din aceeași familie au aceleași performanțe sau sunt toate echipate cu un modul GPS. Toți acești parametri depind foarte mult de producătorul de cip și de ce și cum a decis să implementeze în produsul său.

Care este diferența dintre procesoarele ARM și X86?? Arhitectura RISC (Reduced Instruction Set Computer) în sine implică un set redus de instrucțiuni. Ceea ce duce, în consecință, la un consum de energie foarte moderat. La urma urmei, în interiorul oricărui cip ARM există mult mai puține tranzistoare decât omologul său din linia x86. Nu uitați că într-un sistem SoC toate dispozitivele periferice sunt amplasate în interiorul unui singur cip, ceea ce permite procesorului ARM să fie și mai eficient energetic. Arhitectura ARM a fost concepută inițial pentru a calcula numai operațiuni cu numere întregi, spre deosebire de x86, care poate funcționa cu calcule în virgulă mobilă sau FPU. Este imposibil să comparăm clar aceste două arhitecturi. În anumite privințe, ARM va avea un avantaj. Și undeva este invers. Dacă încercați să răspundeți la întrebare într-o singură frază: care este diferența dintre procesoarele ARM și X86, atunci răspunsul va fi următorul: procesorul ARM nu cunoaște numărul de comenzi pe care le cunoaște procesorul x86. Și cei care știu par mult mai scurti. Acest lucru are atât avantajele, cât și dezavantajele sale. Oricum ar fi, în ultimul timp totul sugerează că procesoarele ARM încep să ajungă lent, dar sigur din urmă, și în unele privințe chiar depășesc procesoarele x86 convenționale. Mulți declară deschis că procesoarele ARM vor înlocui în curând platforma x86 în segmentul PC-urilor de acasă. După cum știm deja, în 2013 mai multe companii de renume mondial au abandonat complet producția ulterioară de netbook-uri în favoarea tabletelor. Ei bine, ce se va întâmpla de fapt, timpul va spune.

Vom monitoriza procesoarele ARM deja disponibile pe piață.

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, abrevierea ARM are două semnificații.

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 Apple 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 computerul dvs. personal are un procesor AMD sau Intel cu arhitectură 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 consumul de energie este principalul lucru, 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 folosiți un milion de procesoare ARM în loc de o mie de procesoare x86.

Bazat pe materiale de la androidcentral

Primele cipuri ARM au apărut în urmă cu trei decenii datorită eforturilor companiei britanice Acorn Computers (acum ARM Limited), dar au rămas multă vreme în umbra fraților lor mai celebri - procesoarele x86. Totul s-a dat peste cap odată cu tranziția industriei IT către era post-computer, când gadgeturile mobile, mai degrabă decât PC-urile, au început să stăpânească.

Caracteristici ale arhitecturii ARM

Poate că merită să începem cu faptul că arhitectura procesorului x86, care este utilizată în prezent de Intel și AMD, folosește setul de instrucțiuni CISC (Complex Instruction Set Computer), deși nu în forma sa pură. Astfel, un număr mare de echipe care sunt complexe în structura lor, ceea ce pentru o lungă perioadă de timp a fost trăsătură distinctivă CISC sunt mai întâi decodificate în unele simple și abia apoi procesate. Este clar că întregul lanț de acțiuni necesită multă energie.

O alternativă eficientă din punct de vedere energetic sunt cipurile cu arhitectură ARM cu setul de instrucțiuni RISC (Reduced Instruction Set Computer). Avantajul său este un set inițial mic de comenzi simple care sunt procesate cu efort minim. Drept urmare, două arhitecturi de procesoare – x86 și ARM – coexistă pașnic (de fapt, nu foarte pașnic) pe piața de electronice de larg consum, fiecare având propriile avantaje și dezavantaje.

Arhitectura x86 este poziționată ca fiind mai universală în ceea ce privește sarcinile pe care le poate gestiona, inclusiv cele care necesită mult resurse, cum ar fi editarea fotografiilor, muzicii și video, precum și criptarea și compresia datelor. La rândul său, arhitectura ARM excelează datorită consumului său extrem de scăzut de energie și a performanței în general suficiente pentru cele mai importante scopuri de astăzi: redarea paginilor web și redarea conținutului media.

Modelul de afaceri al ARM Limited

În prezent, ARM Limited este angajată doar în dezvoltarea arhitecturilor de procesoare de referință și în acordarea de licențe a acestora. Creare modele specifice cipurile și producția lor în masă ulterioară este deja treaba deținătorilor de licență ARM, dintre care sunt foarte mulți. Printre acestea se numără companii cunoscute doar în cercuri restrânse precum STMicroelectronics, HiSilicon și Atmel, precum și giganți IT ale căror nume sunt cunoscute - Samsung, NVIDIA și Qualcomm. Lista completă a companiilor licențiate poate fi găsită pe pagina corespunzătoare a site-ului oficial al ARM Limited.

Un număr atât de mare de licențiați se datorează în primul rând abundenței de aplicații pentru procesoarele ARM, iar gadgeturile mobile sunt doar vârful aisbergului. Cipurile ieftine și eficiente din punct de vedere energetic sunt utilizate în sistemele încorporate, echipamente de retea si instrumente de masura. Terminale de plată, modemuri externe 3G și monitoare sportive de ritm cardiac - toate aceste dispozitive se bazează pe arhitectura procesorului ARM.

Potrivit analiștilor, ARM Limited însuși câștigă 0,067 USD drept redevențe pentru fiecare cip produs. Dar aceasta este o sumă foarte medie, deoarece costul celor mai recente procesoare multi-core este semnificativ mai mare decât cipurile single-core ale arhitecturii învechite.

Sistem cu un singur cip

CU punct tehnic Dintr-o perspectivă, numirea procesoarelor cu cipuri cu arhitectură ARM nu este în întregime corectă, deoarece pe lângă unul sau mai multe nuclee de calcul, acestea includ o serie de componente înrudite. Mai adecvați în acest caz sunt termenii single-chip system și system-on-a-chip (din limba engleză system on a chip).

Astfel, cele mai recente sisteme cu un singur cip pentru smartphone-uri și tablete includ un controler RAM, accelerator grafic, decodor video, codec audio și module opționale comunicare fără fir. Cipurile foarte specializate pot include controlere suplimentare cu care să interacționeze dispozitive periferice, de exemplu senzori.

Componentele individuale ale unui sistem cu un singur cip pot fi dezvoltate fie direct de ARM Limited, fie de către companii terțe. Un exemplu izbitor în acest sens sunt acceleratoarele grafice, care pe lângă ARM Limited (grafică Mali) sunt dezvoltate de Qualcomm (grafică Adreno) și NVIDIA (grafică GeForce ULP).

Nu trebuie să uităm de compania Imagination Technologies, care nu face altceva decât să proiecteze acceleratoare grafice PowerVR. Dar deține aproape jumătate din piața globală de grafică mobilă: gadget-uri Apple și Amazon, tablete Samsung Galaxy Tab 2 si de asemenea smartphone-uri ieftine bazat pe procesoare MTK.

Generații învechite de cipuri

Arhitecturile de procesor învechite din punct de vedere moral, dar încă utilizate pe scară largă sunt ARM9 și ARM11, care aparțin familiilor ARMv5 și, respectiv, ARMv6.

ARM9. Cipurile ARM9 pot atinge viteze de ceas de 400 MHz și sunt cel mai probabil ceea ce se găsește în routerul tău wireless și în telefoanele mobile mai vechi, dar încă fiabile, cum ar fi Sony Ericsson K750i și Nokia 6300. Esențial pentru cipurile ARM9 este setul de instrucțiuni Jazelle, care permite lucrul confortabil. cu aplicații Java (Opera Mini, Jimm, Foliant etc.).

ARM11. Procesoarele ARM11 se laudă cu un set extins de instrucțiuni în comparație cu ARM9 și cu o frecvență de ceas mult mai mare (până la 1 GHz), deși puterea lor nu este, de asemenea, suficientă pentru sarcinile moderne. Cu toate acestea, datorită consumului redus de energie și, nu mai puțin important, costului, cipurile ARM11 sunt încă folosite în smartphone-uri. nivel de intrare: Samsung Galaxy Pocketși Nokia 500.

Generații moderne de chips-uri

Toate cipurile cu arhitectură ARM mai mult sau mai puțin noi aparțin familiei ARMv7, ai cărei reprezentanți emblematic au atins deja opt nuclee și o viteză de ceas de peste 2 GHz. Miezurile de procesor dezvoltate direct de ARM Limited aparțin liniei Cortex și majoritatea producătorilor de sisteme cu un singur cip le folosesc fără modificări semnificative. Doar Qualcomm și Apple și-au creat propriile modificări bazate pe ARMv7 - prima numită creațiile lor Scorpion și Krait, iar a doua - Swift.

ARM Cortex-A8. Din punct de vedere istoric, primul nucleu de procesor al familiei ARMv7 a fost Cortex-A8, care a stat la baza unor astfel de renumite SoC-uri ale vremurilor sale precum Apple A4 (iPhone 4 și iPad) și Samsung Hummingbird (Samsung Galaxy S și Galaxy Tab). Demonstrează aproximativ de două ori mai multă performanță decât predecesorul ARM11. În plus, nucleul Cortex-A8 a primit un coprocesor NEON pentru procesarea video de înaltă rezoluție și suport Plugin Adobe Flash.

Adevărat, toate acestea au afectat negativ consumul de energie al Cortex-A8, care este semnificativ mai mare decât cel al ARM11. În ciuda faptului că cipurile ARM Cortex-A8 sunt încă folosite în tabletele de buget (sistem Allwiner Boxchip A10 cu un singur cip), zilele lor pe piață sunt aparent numărate.

ARM Cortex-A9. După Cortex-A8, ARM Limited a introdus o nouă generație de cipuri - Cortex-A9, care este acum cel mai comun și ocupă o nișă de preț mediu. Performanța nucleelor ​​Cortex-A9 a crescut de aproximativ trei ori în comparație cu Cortex-A8 și este, de asemenea, posibil să combinați două sau chiar patru dintre ele pe un singur cip.

Coprocesorul NEON a devenit opțional: NVIDIA l-a desființat în sistemul său Tegra 2 cu un singur cip, hotărând să elibereze mai mult spațiu pentru acceleratorul grafic. Adevărat, nimic bun nu a rezultat din asta, pentru că majoritatea aplicațiilor de player video se bazau încă pe NEON-ul testat în timp.

În timpul „domniei” Cortex-A9 au apărut primele implementări ale conceptului big.LITTLE propus de ARM Limited, conform căruia sistemele cu un singur cip ar trebui să aibă atât nuclee de procesor puternice, cât și slabe, dar eficiente din punct de vedere energetic. Prima implementare a conceptului big.LITTLE a fost NVIDIA Tegra 3 system-on-chip cu patru nuclee Cortex-A9 (până la 1,7 GHz) și un al cincilea nucleu însoțitor eficient din punct de vedere energetic (500 MHz) pentru realizarea sarcinilor simple de fundal.

ARM Cortex-A5 și Cortex-A7. La proiectarea nucleelor ​​procesoarelor Cortex-A5 și Cortex-A7, ARM Limited a urmărit același obiectiv - de a atinge un compromis între consumul minim de energie al ARM11 și performanța acceptabilă a Cortex-A8. Nu au uitat de posibilitatea de a combina două sau patru nuclee - cipurile multi-core Cortex-A5 și Cortex-A7 apar treptat la vânzare (Qualcomm MSM8625 și MTK 6589).

ARM Cortex-A15. Miezurile procesorului Cortex-A15 au devenit o continuare logică a lui Cortex-A9 - drept urmare, pentru prima dată în istorie, cipurile cu arhitectură ARM au reușit să fie aproximativ comparabile ca performanță cu Intel Atom, iar acesta este deja un mare succes. Nu degeaba asta Canonical cerinţele de sistem versiunea Ubuntu Touch OS cu multitasking complet a indicat un procesor dual-core ARM Cortex-A15 sau un Intel Atom similar.

Foarte curând, numeroase gadget-uri bazate pe NVIDIA Tegra 4 cu patru nuclee ARM Cortex-A15 și un al cincilea nucleu însoțitor Cortex-A7 vor fi puse în vânzare. După NVIDIA, conceptul big.LITTLE a fost preluat de Samsung: „cu inima” Smartphone Galaxy S4 este un cip Exynos 5 Octa cu patru nuclee Cortex-A15 și același număr de nuclee Cortex-A7 eficiente din punct de vedere energetic.

Perspective de viitor

Gadgeturile mobile bazate pe cipuri Cortex-A15 nu au apărut încă la vânzare, dar principalele tendințe în dezvoltarea ulterioară a arhitecturii ARM sunt deja cunoscute. ARM Limited a introdus deja oficial următoarea familie de procesoare ARMv8, ai căror reprezentanți vor fi neapărat pe 64 de biți. Deschide noua era Procesoare RISC nuclee Cortex-A53 și Cortex-A57: primul este eficient din punct de vedere energetic, iar al doilea este de înaltă performanță, dar ambele sunt capabile să lucreze cu cantități mari de RAM.

Producătorii de electronice de larg consum nu au devenit încă deosebit de interesați de familia de procesoare ARMv8, dar noi licențiați sunt la orizont care plănuiesc să aducă cipuri ARM pe piața serverelor: AMD și Calxeda. Ideea este inovatoare, dar are dreptul la viață: aceleași acceleratoare grafice NVIDIA Tesla, formate dintr-un număr mare de nuclee simple, și-au dovedit eficiența în practică ca soluții de server.

Recent (cu doar 10 ani) au existat trei arhitecturi pe piața procesoarelor de consum și toate erau mai mult sau mai puțin bine separate: procesoarele ARM erau instalate în dispozitivele mobile, unde durata de viață a bateriei era importantă, procesoarele x86 erau instalate în dispozitive pentru Control Windows, ei bine, sfidând Intel, Apple a folosit procesoare bazate pe arhitectura PowerPC în dispozitivele sale (deși știm că totuși s-a „strecurat” la x86). Dar în momentul de față au mai rămas pe piață doar două arhitecturi pentru procesoare personalizate - PowerPC a renunțat la cursă și destul de recent: ultimul dispozitiv de pe această arhitectură, PlayStation 3, a încetat să fie produs în urmă cu doar câteva săptămâni. Mai mult, există din ce în ce mai multe scurgeri că va fi posibil să rulați Windows cu drepturi depline pe procesoare ARM și, pe de altă parte, Android funcționează excelent cu procesoarele x86 începând de la versiunea 4.0. Adică, după cum vedem, diferența dintre aceste arhitecturi este din ce în ce mai neclară în ochii utilizatorilor, iar în acest articol vom afla de ce se întâmplă acest lucru.

arhitectura x86

Mai întâi, să definim ce este arhitectura. În termeni simpli, din punctul de vedere al unui programator, arhitectura unui procesor este compatibilitatea acestuia cu un set specific de instrucțiuni care pot fi folosite la scrierea programelor și sunt implementate în hardware folosind diverse combinații de tranzistori de procesor.


Procesoarele x86 sunt construite pe arhitectura CISC (Complex Instruction Set Computing, procesoare cu un set complet de instrucțiuni) - asta înseamnă că procesorul implementează numărul maxim de instrucțiuni, ceea ce, pe de o parte, simplifică scrierea programelor și le reduce greutate, iar pe de altă parte, procesorul este practic imposibil de încărcat 100%.

Primul procesor x86 a fost Intel 8086, primul procesor pe 16 biți de la Intel care operează la până la 10 MHz și a fost lansat în 1978. Procesorul s-a dovedit a fi extrem de popular și a fost produs până în 1990, iar toate procesoarele ulterioare au început să fie compatibile cu acesta. La început, această compatibilitate a fost arătată ca sfârșitul numelui procesorului cu 86, dar mai târziu, odată cu lansarea Pentium, au decis să numească arhitectura x86.

În 1985, a fost lansat procesorul i386, care a devenit primul procesor pe 32 de biți de la Intel, iar până în 1989, Intel a lansat primul procesor scalar i486 - acest procesor putea efectua o operație pe ciclu de ceas. Mai târziu, odată cu lansarea Pentium în 1993, procesoarele Intel au devenit superscalare, adică au învățat să efectueze mai multe operații într-un singur ciclu de ceas și superpipeline, adică aveau două conducte de calcul. Dar asta nu a fost tot - de fapt, totul procesoare Intel, începând cu i486DX, sunt procesoare CISC cu un nucleu RISC (Reduced Instruction Set Computer, procesoare cu un set redus de instrucțiuni): în microprocesor este încorporat un translator hardware, care imediat înainte de execuție convertește instrucțiunile CISC ale procesoarelor x86 într-un set mai simplu de instrucțiuni RISC interne, în acest caz, o comandă x86 poate genera mai multe comenzi RISC.

De atunci, nimic nu s-a schimbat mare - da, numărul de conducte a crescut, numărul de operațiuni pe ceas a crescut, procesoarele au devenit multi-core și pe 64 de biți, dar până acum toate soluțiile de la Intel și AMD sunt microprocesoare superscalare superpipeline construite pe arhitectura CISC cu un nucleu RISC.

Arhitectura ARM

Arhitectura ARM a apărut mai târziu de x86, în 1986, odată cu lansarea procesorului ARM2. Scopul dezvoltării sale a fost de a maximiza optimizarea și de a reduce numărul de tranzistori - de exemplu, sub sarcină, procesorul x86 a folosit apoi abia 30% din toți tranzistorii, toți ceilalți erau pur și simplu inactiv. Prin urmare, ARM și-a dezvoltat propriul cip pe arhitectura RISC, pe care l-au numit ARM2 - avea doar 30.000 de tranzistori (comparativ cu 275 de mii de tranzistori în actualul i386 de atunci) și nu avea cache (care, în general, era norma). pentru procesoare atunci - un cache este posibil trebuia achiziționat și livrat separat), dar și microprogramul ca atare - microcodul a fost executat ca orice alt cod de mașină, transformându-l în instrucțiuni simple:


Drept urmare, datorită faptului că numărul de tranzistori în procesoarele ARM este semnificativ mai mic decât în ​​x86, obținem că disiparea căldurii lor este, de asemenea, semnificativ mai mică. Dar, pe de altă parte, datorită arhitecturii simplificate, performanța ARM este, de asemenea, semnificativ mai mică decât cea a x86.

Mai târziu, la ARM a fost adăugat și suport atât pentru superscalaritate, cât și pentru superpipelining, procesoarele au devenit multi-core și acum câțiva ani au devenit pe 64 de biți. Ca urmare, soluțiile moderne de la ARM sunt microprocesoare superscalare superpipeline construite pe arhitectura RISC.

Rezultate

Ca urmare, vedem două extreme: x86 sunt soluții puternice, încărcate cu instrucțiuni, care pot îndeplini absolut orice sarcină cu viteză bună. Dar trebuie să plătiți pentru asta cu o generare crescută de căldură. ARM, pe de altă parte, sunt procesoare simple, cu un set de instrucțiuni semnificativ mai mic, așa că efectuarea multor sarcini serioase asupra lor nu are prea mult sens din cauza lenții procesului. Dar, în același timp, generarea de căldură este scăzută. Totuși, cel mai important lucru este că ambele arhitecturi acceptă instrucțiuni RISC, ceea ce înseamnă că același sistem de operare poate fi rulat pe ambele arhitecturi, ceea ce vedem în cazul Android, Linux și Windows și asta înseamnă că în viitor, diferența dintre x86 și ARM va deveni mai neclară.

Numele ARM a fost cu siguranță auzit de toți cei interesați tehnologii mobile. Mulți înțeleg această abreviere ca un tip de procesor pentru smartphone-uri și tablete, alții clarifică că acesta nu este deloc un procesor, ci arhitectura lui. Și cu siguranță puțini oameni au pătruns în istoria apariției ARM. În acest articol vom încerca să înțelegem toate aceste nuanțe și să vă spunem de ce gadgeturile moderne au nevoie de procesoare ARM.

O scurtă excursie în istorie

Când căutați „ARM”, Wikipedia oferă două semnificații pentru această abreviere: Acorn RISC Machine și Advanced RISC Machines. Să începem în ordine. În anii 1980, Acorn Computers a fost fondată în Marea Britanie, care și-a început activitățile prin crearea calculatoare personale. La acea vreme, Acorn era numit și „British Apple”. Perioada decisivă pentru companie a fost sfârșitul anilor 80, când inginerul șef al acesteia a profitat de decizia a doi absolvenți de universități locale care au venit cu aspect nou arhitectura procesorului setului de instrucțiuni redus (RISC). Așa a apărut primul computer bazat pe procesorul Acorn Risc Machine. Succesul nu a întârziat să apară. În 1990, britanicii au încheiat un acord cu Apple și în curând au început să lucreze la o nouă versiune a chipset-ului. Echipa de dezvoltare a format în cele din urmă o companie numită Advanced RISC Machines, inspirată de procesor. Cipurile cu noua arhitectură au devenit cunoscute și ca Advanced Risc Machine sau ARM pe scurt.

Din 1998, Advanced Risc Machine a devenit cunoscută ca ARM Limited. În prezent, compania nu este angajată în producția și vânzarea propriilor procesoare. Principala și singura activitate a ARM Limited este dezvoltarea de tehnologii și vânzarea de licențe către diverse companii pentru utilizarea arhitecturii ARM. Unii producători cumpără o licență pentru nuclee gata făcute, alții cumpără așa-numita „licență arhitecturală” pentru a produce procesoare cu propriile nuclee. Printre astfel de companii se numără Apple, Samsung, Qualcomm, nVidia, HiSilicon și altele. Potrivit unor rapoarte, ARM Limited câștigă 0,067 USD pentru fiecare astfel de procesor. Această cifră este medie și, de asemenea, depășită. În fiecare an există din ce în ce mai multe nuclee în chipset-uri, iar noile procesoare multi-core depășesc modelele învechite în ceea ce privește costul.

Caracteristicile tehnice ale cipurilor ARM

Există două tipuri de arhitecturi moderne de procesoare: CISC(Calcul de set de instrucțiuni complexe) și RISC(Setul de instrucțiuni redus de calcul). Arhitectura CISC include familia de procesoare x86 (Intel și AMD), iar arhitectura RISC include familia ARM. Principala diferență formală dintre RISC și CISC și, în consecință, x86 de la ARM este setul de instrucțiuni redus utilizat în procesoarele RISC. De exemplu, fiecare instrucțiune dintr-o arhitectură CISC este transformată în mai multe instrucțiuni RISC. În plus, procesoarele RISC folosesc mai puțini tranzistori și astfel consumă mai puțină energie.

Principala prioritate a procesoarelor ARM este raportul dintre performanță și consumul de energie. ARM are un raport de performanță pe watt mai mare decât x86. Puteți obține puterea de care aveți nevoie de la 24 de nuclee x86 sau de la sute de nuclee ARM mici, cu putere redusă. Desigur, chiar și unul procesor puternic pe arhitectura ARM nu va fi niciodată comparabilă ca putere cu Intel Core i7. Dar aceleași necesități Intel Core i7 sistem activ răcire și nu se va potrivi niciodată în carcasa telefonului. Aici ARM nu are concurență. Pe de o parte, aceasta pare o opțiune atractivă pentru construirea unui supercomputer folosind un milion de procesoare ARM în loc de o mie de procesoare x86. Pe de altă parte, cele două arhitecturi nu pot fi comparate fără ambiguitate. În unele moduri, ARM va avea un avantaj, iar în altele, x86 va avea un avantaj.

Cu toate acestea, apelarea procesoarelor cu cipuri cu arhitectură ARM nu este în întregime corectă. Pe lângă mai multe nuclee de procesor, acestea includ și alte componente. Termenul cel mai potrivit ar fi „single chip” sau „sistem pe un cip” (SoC). Sisteme moderne cu un singur cip pt dispozitive mobile includ un controler RAM, accelerator grafic, decodor video, codec audio și module de comunicație fără fir. După cum am menționat mai devreme, componentele de chipset individuale pot fi dezvoltate de către producători terți. Cel mai frapant exemplu în acest sens sunt nucleele grafice, care, pe lângă ARM Limited (grafică Mali), sunt dezvoltate de Qualcomm (Adreno), NVIDIA (GeForce ULP) și Imagination Technologies (PowerVR).

În practică arată așa. Majoritatea dispozitivelor mobile Android de buget vin cu chipset-uri fabricate de companie MediaTek, care urmează aproape invariabil instrucțiunile ARM Limited și le completează cu nuclee Cortex-A și grafică Mali (mai rar PowerVR).

Brandurile A folosesc adesea chipset-uri fabricate pentru dispozitivele lor emblematice Qualcomm. Apropo, cele mai recente cipuri Qualcomm Snapdragon (,) sunt echipate cu nuclee Kryo complet personalizate pentru procesorul central și Adreno pentru acceleratorul grafic.

Referitor la Măr, apoi pentru iPhone și iPad compania folosește propriile cipuri din seria A cu acceleratorul grafic PowerVR, care sunt produse de companii terțe. Astfel, are un procesor quad-core A10 Fusion pe 64 de biți și GPU PowerVR GT7600.

Arhitectura familiei de procesoare este considerată relevantă la momentul scrierii ARMv8. A fost primul care a folosit un set de instrucțiuni pe 64 de biți și suport pentru mai mult de 4 GB de RAM. Arhitectura ARMv8 este compatibilă cu aplicațiile pe 32 de biți. Cel mai eficient și mai puternic nucleu de procesor dezvoltat de ARM Limited, în acest moment este Cortex-A73, iar majoritatea producătorilor de SoC îl folosesc neschimbat.

Cortex-A73 oferă performanță cu 30% mai mare decât Cortex-A72 și suportă set complet Arhitectura ARMv8. Frecvența maximă a nucleului procesorului este de 2,8 GHz.

Domeniul de utilizare al ARM

Cea mai mare faimă a ARM a venit din dezvoltarea dispozitivelor mobile. În ajunul producției în masă a smartphone-urilor și a altor echipamente portabile, procesoarele eficiente din punct de vedere energetic au venit la îndemână. Dezvoltarea ARM Limited a culminat în 2007, când compania britanică și-a reînnoit parteneriatul cu Apple, iar ceva timp mai târziu echipa Cupertino a prezentat primul său iPhone cu procesor bazat pe arhitectura ARM. Ulterior, un sistem cu un singur cip bazat pe arhitectura ARM a devenit o componentă neschimbată a aproape tuturor smartphone-urilor de pe piață.

Portofoliul ARM Limited nu se limitează doar la nucleele familiei Cortex-A. De fapt, există trei serii de nuclee de procesor sub marca Cortex, care sunt desemnate prin literele A, R, M. Familia Core Cortex-A, după cum știm deja, este cel mai puternic. Ele sunt utilizate în principal în smartphone-uri, tablete, set-top box-uri TV, receptoare de satelit, mașini sisteme mobile ah, robotica. Miezuri de procesor Cortex-R optimizat pentru a îndeplini sarcini de înaltă performanță în timp real, astfel încât astfel de cipuri se găsesc în echipamente medicale, sisteme de securitate autonome și medii de stocare. Sarcina principală a familiei Cortex-M este simplitate și cost redus. Din punct de vedere tehnic, acestea sunt cele mai slabe nuclee de procesor cu cel mai mic consum de energie. Procesoarele bazate pe astfel de nuclee sunt folosite aproape peste tot acolo unde este nevoie de energie minimă și costuri reduse de la un dispozitiv: senzori, controlere, alarme, afișaje, ceas inteligentși alte echipamente.

În general, majoritatea aparate moderne de la cele mici la cele mari care au nevoie de o unitate centrală de procesare, utilizați cipuri ARM. Un avantaj uriaș este faptul că arhitectura ARM este suportată de multe sisteme de operare pe platforma Linux (inclusiv Android și Chrome OS), iOS și Windows ( Windows Phone).

Concurența pe piață și perspectivele de viitor

Merită să recunoaștem că în acest moment ARM nu are concurenți serioși. Și, în general, acest lucru se datorează faptului că ARM Limited anumit timp a făcut alegere corectă. Dar chiar la începutul călătoriei sale, compania a produs procesoare pentru PC-uri și chiar a încercat să concureze cu Intel. După ce ARM Limited și-a schimbat direcția activităților, a avut și o perioadă dificilă. Apoi monopolistul de software reprezentat de Microsoft, după ce a încheiat un acord de parteneriat cu Intel, nu a lăsat nicio șansă altor producători, inclusiv ARM Limited - Windows pur și simplu nu a funcționat pe sisteme cu procesoare ARM. Oricât de paradoxal ar suna, dar acum situația se poate schimba dramatic, iar sistemul de operare Windows este deja pregătit să accepte procesoare pe această arhitectură.

Călărind valul de succes al cipurilor ARM Compania Intel a făcut o încercare de a crea un procesor competitiv și a intrat pe piață cu un cip Intel Atom. I-a luat mult mai mult să facă asta decât ARM Limited. Chipsetul a intrat în producție în 2011, dar, după cum se spune, trenul a plecat deja. Intel Atom este un procesor CISC cu arhitectură x86. Inginerii companiei au atins un consum mai mic de energie decât în ​​ARM, dar în prezent o varietate de software mobil are o adaptare slabă la arhitectura x86.

Anul trecut, Intel a abandonat mai multe decizii cheie în dezvoltarea în continuare a sistemelor mobile. În esență, o companie pentru dispozitive mobile, deoarece acestea au devenit neprofitabile. Singurul producător important care și-a împachetat smartphone-urile Chipset-uri Intel Atom a fost ASUS. Cu toate acestea, Intel Atom a primit încă o utilizare pe scară largă în netbook-uri, nettop-uri și alte dispozitive portabile.

Poziția ARM Limited pe piață este unică. În prezent, aproape toți producătorii folosesc evoluțiile sale. Cu toate acestea, compania nu are fabrici proprii. Acest lucru nu îl împiedică să fie la egalitate cu Intel și AMD. Istoria ARM include un alt fapt interesant. Este posibil ca tehnologia ARM să aparțină acum Apple, care a fost în centrul formării ARM Limited. În mod ironic, în 1998, locuitorii din Cupertino, aflati în vremuri de criză, și-au vândut partea. Acum Apple este forțat, împreună cu alte companii, să cumpere o licență pentru procesoarele ARM utilizate în iPhone și iPad.

În zilele noastre, procesoarele ARM sunt capabile să îndeplinească sarcini serioase. În viitorul apropiat, acestea vor fi folosite în servere în special, centrele de date ale Facebook și PayPal au deja astfel de soluții. În epoca dezvoltării Internetului lucrurilor (IoT) și a dispozitivelor inteligente pentru casă, cipurile ARM au devenit și mai solicitate. Deci cele mai interesante lucruri urmează să vină pentru ARM.