Τα πρώτα τσιπ ARM εμφανίστηκαν πριν από τρεις δεκαετίες χάρη στις προσπάθειες της βρετανικής εταιρείας Acorn Computers (τώρα ARM Limited), αλλά για πολύ καιρό βρίσκονταν στη σκιά των πιο διάσημων ομολόγων τους - επεξεργαστές αρχιτεκτονικής x86. Όλα αναποδογύρισαν με τη μετάβαση του κλάδου της πληροφορικής στη μετα-υπολογιστική εποχή, όταν την μπάλα δεν κυβερνούσαν πλέον οι υπολογιστές, αλλά τα κινητά gadgets.
Αξίζει να ξεκινήσουμε, ίσως, από το γεγονός ότι στην αρχιτεκτονική του επεξεργαστή x86, που χρησιμοποιείται πλέον από την Intel και την AMD, χρησιμοποιείται το σετ εντολών CISC (Complex Instruction Set Computer), αν και όχι στην καθαρή του μορφή. Έτσι, ένας μεγάλος αριθμός πολύπλοκων εντολών στη δομή τους, που για μεγάλο χρονικό διάστημα αποτελούσε χαρακτηριστικό γνώρισμα του CISC, πρώτα αποκωδικοποιούνται σε απλές και μόνο στη συνέχεια υποβάλλονται σε επεξεργασία. Είναι σαφές ότι όλη αυτή η αλυσίδα ενεργειών απαιτεί πολλή ενέργεια.
Τα τσιπ αρχιτεκτονικής ARM με το σετ εντολών Reduced Instruction Set Computer (RISC) λειτουργούν ως ενεργειακά αποδοτική εναλλακτική. Το πλεονέκτημά του είναι στο αρχικά μικρό σύνολο απλών εντολών που επεξεργάζονται με ελάχιστο κόστος. Ως αποτέλεσμα, δύο αρχιτεκτονικές επεξεργαστών, ο x86 και ο ARM, συνυπάρχουν ειρηνικά (για την ακρίβεια, όχι πολύ ειρηνικά) στην αγορά ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης, καθεμία από τις οποίες έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.
Η αρχιτεκτονική x86 τοποθετείται ως πιο ευέλικτη όσον αφορά τις εργασίες που μπορεί να κάνει, συμπεριλαμβανομένων ακόμη και εκείνων που απαιτούν ένταση πόρων, όπως η επεξεργασία φωτογραφιών, μουσικής και βίντεο, καθώς και κρυπτογράφηση και συμπίεση δεδομένων. Με τη σειρά της, η αρχιτεκτονική ARM «φεύγει» λόγω της εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και, γενικά, της επαρκούς απόδοσης για τους πιο σημαντικούς σκοπούς σήμερα: τη σχεδίαση ιστοσελίδων και την αναπαραγωγή περιεχομένου πολυμέσων.
Επιχειρηματικό μοντέλο της ARM Limited
Τώρα η ARM Limited ασχολείται μόνο με την ανάπτυξη αρχιτεκτονικών επεξεργαστών αναφοράς και την αδειοδότηση τους. Η δημιουργία συγκεκριμένων μοντέλων chip και η επακόλουθη μαζική παραγωγή τους είναι ήδη υπόθεση των κατόχων αδειών ARM, από τους οποίους υπάρχουν πάρα πολλοί. Μεταξύ αυτών είναι εταιρείες γνωστές μόνο σε στενούς κύκλους όπως η STMicroelectronics, η HiSilicon και η Atmel, καθώς και γίγαντες της πληροφορικής, των οποίων τα ονόματα είναι στα χείλη όλων - Samsung, NVIDIA και Qualcomm. Ο πλήρης κατάλογος των εταιρειών κατόχων άδειας βρίσκεται στην αντίστοιχη σελίδα της επίσημης ιστοσελίδας της ARM Limited.
Ένας τόσο μεγάλος αριθμός κατόχων άδειας οφείλεται κυρίως στην αφθονία των εφαρμογών για επεξεργαστές ARM και τα gadget για κινητά είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου. Τα φθηνά και ενεργειακά αποδοτικά τσιπ χρησιμοποιούνται σε ενσωματωμένα συστήματα, εξοπλισμό δικτύου και όργανα μέτρησης. Τα τερματικά πληρωμών, τα εξωτερικά μόντεμ 3G και οι αθλητικές συσκευές παρακολούθησης καρδιακών παλμών βασίζονται όλα στην αρχιτεκτονική του επεξεργαστή ARM.
Σύμφωνα με αναλυτές, η ίδια η ARM Limited κερδίζει 0,067 $ σε δικαιώματα από κάθε τσιπ που παράγεται. Αλλά αυτό είναι ένα πολύ μέσο ποσό, επειδή το κόστος των πιο πρόσφατων επεξεργαστών πολλαπλών πυρήνων είναι σημαντικά ανώτερο από τα τσιπ μονού πυρήνα ξεπερασμένης αρχιτεκτονικής.
Σύστημα ενιαίου τσιπ
Από τεχνική άποψη, η κλήση επεξεργαστών τσιπ αρχιτεκτονικής ARM δεν είναι απολύτως σωστή, επειδή εκτός από έναν ή περισσότερους υπολογιστικούς πυρήνες, περιλαμβάνουν έναν αριθμό σχετικών στοιχείων. Πιο κατάλληλοι σε αυτή την περίπτωση είναι οι όροι single-chip system και system-on-a-chip (από το αγγλικό system on a chip).
Έτσι, τα πιο πρόσφατα συστήματα ενός τσιπ για smartphone και υπολογιστές tablet περιλαμβάνουν έναν ελεγκτή RAM, έναν επιταχυντή γραφικών, έναν αποκωδικοποιητή βίντεο, έναν κωδικοποιητή ήχου και προαιρετικές μονάδες ασύρματης επικοινωνίας. Τα εξαιρετικά εξειδικευμένα τσιπ μπορεί να περιλαμβάνουν πρόσθετους ελεγκτές για αλληλεπίδραση με περιφερειακές συσκευές όπως αισθητήρες.
Τα επιμέρους στοιχεία ενός συστήματος ενός chip μπορούν να αναπτυχθούν απευθείας από την ARM Limited ή από τρίτους. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα αυτού είναι οι επιταχυντές γραφικών, οι οποίοι, εκτός από την ARM Limited (γραφικά Mali), αναπτύσσονται από την Qualcomm (γραφικά Adreno) και την NVIDIA (γραφικά GeForce ULP).
Μην ξεχνάτε την εταιρεία Imagination Technologies, η οποία δεν κάνει τίποτα άλλο από το να σχεδιάζει επιταχυντές γραφικών PowerVR. Αλλά είναι αυτή που κατέχει σχεδόν το ήμισυ της παγκόσμιας αγοράς γραφικών για κινητά: gadget Apple και Amazon, tablet Samsung Galaxy Tab 2, καθώς και φθηνά smartphone που βασίζονται σε επεξεργαστές MTK.
Legacy Chip Generations
Απαρχαιωμένες, αλλά ακόμα διαδεδομένες αρχιτεκτονικές επεξεργαστών είναι οι ARM9 και ARM11, που ανήκουν στις οικογένειες ARMv5 και ARMv6, αντίστοιχα.
ARM9. Τα τσιπ ARM9 μπορούν να φτάσουν σε ταχύτητες ρολογιού 400 MHz και είναι πιθανότατα αυτά που είναι εγκατεστημένα μέσα στον ασύρματο δρομολογητή σας και σε ένα παλιό αλλά αξιόπιστο κινητό τηλέφωνο όπως το Sony Ericsson K750i και το Nokia 6300. Κρίσιμο για τα τσιπ ARM9 είναι το σετ οδηγιών Jazelle, το οποίο σας επιτρέπει να εργάζεστε άνετα με εφαρμογές Java (Opera Mini, Jimm, κ.λπ.).
ARM11. Οι επεξεργαστές ARM11 διαθέτουν ένα εκτεταμένο σύνολο οδηγιών σε σύγκριση με το ARM9 και πολύ υψηλότερη ταχύτητα ρολογιού (έως 1 GHz), αν και η ισχύς τους δεν επαρκεί επίσης για σύγχρονες εργασίες. Ωστόσο, λόγω της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και, εξίσου σημαντικό, του κόστους, τα τσιπ ARM11 εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σε smartphones αρχικού επιπέδου: Samsung Galaxy Pocket και Nokia 500.
Σύγχρονες γενιές τσιπ
Όλα τα λίγο πολύ νέα τσιπ αρχιτεκτονικής ARM ανήκουν στην οικογένεια ARMv7, οι ναυαρχίδες της οποίας έχουν ήδη φτάσει στο σημάδι των οκτώ πυρήνων και συχνότητας ρολογιού άνω των 2 GHz. Οι πυρήνες επεξεργαστών που αναπτύχθηκαν απευθείας από την ARM Limited ανήκουν στη σειρά Cortex και οι περισσότεροι κατασκευαστές συστημάτων ενός chip τους χρησιμοποιούν χωρίς σημαντικές αλλαγές. Μόνο η Qualcomm και η Apple έχουν δημιουργήσει τις δικές τους τροποποιήσεις με βάση το ARMv7 - η πρώτη ονομάστηκε τις δημιουργίες τους Scorpion και Krait και η δεύτερη - Swift.
ARM Cortex-A8.Ιστορικά, ο πρώτος πυρήνας επεξεργαστή της οικογένειας ARMv7 ήταν ο Cortex-A8, ο οποίος αποτέλεσε τη βάση γνωστών SoC της εποχής του όπως το Apple A4 (iPhone 4 και iPad) και το Samsung Hummingbird (Samsung Galaxy S και Galaxy Tab). Επιδεικνύει περίπου διπλάσια απόδοση σε σύγκριση με τον προκάτοχό του ARM11. Επιπλέον, ο πυρήνας Cortex-A8 έλαβε έναν συμεπεξεργαστή NEON για επεξεργασία βίντεο υψηλής ανάλυσης και υποστήριξη για την προσθήκη Adobe Flash.
Είναι αλήθεια ότι όλα αυτά είχαν αρνητικό αντίκτυπο στην κατανάλωση ενέργειας του Cortex-A8, η οποία είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή του ARM11. Παρά το γεγονός ότι τα τσιπ ARM Cortex-A8 εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σε οικονομικά tablet (σύστημα μονού τσιπ Allwiner Boxchip A10), οι μέρες τους στην αγορά, προφανώς, είναι μετρημένες.
ARM Cortex-A9.Μετά το Cortex-A8, η ARM Limited παρουσίασε μια νέα γενιά τσιπ - το Cortex-A9, το οποίο είναι πλέον το πιο κοινό και καταλαμβάνει μια θέση μεσαίας τιμής. Η απόδοση των πυρήνων Cortex-A9 έχει αυξηθεί κατά περίπου τρεις φορές σε σύγκριση με τον Cortex-A8 και είναι επίσης δυνατό να συνδυαστούν δύο ή ακόμα και τέσσερις σε ένα μόνο τσιπ.
Ο συνεπεξεργαστής NEON έχει ήδη γίνει προαιρετικός: η NVIDIA τον έχει εξαλείψει στο σύστημα ενός τσιπ Tegra 2, αποφασίζοντας να ελευθερώσει περισσότερο χώρο για τον επιταχυντή γραφικών. Είναι αλήθεια ότι δεν προέκυψε τίποτα καλό από αυτό, επειδή οι περισσότερες εφαρμογές αναπαραγωγής βίντεο εξακολουθούν να επικεντρώνονται στο δοκιμασμένο στο χρόνο NEON.
Κατά τη διάρκεια της «βασιλείας» του Cortex-A9 εμφανίστηκαν οι πρώτες υλοποιήσεις της ιδέας big.LITTLE που πρότεινε η ARM Limited, σύμφωνα με την οποία τα συστήματα ενός τσιπ πρέπει να έχουν ισχυρούς και αδύναμους, αλλά ενεργειακά αποδοτικούς πυρήνες επεξεργαστή. Η πρώτη εφαρμογή της ιδέας big.LITTLE ήταν ένα σύστημα NVIDIA Tegra 3-σε-ένα-τσιπ με τέσσερις πυρήνες Cortex-A9 (έως 1,7 GHz) και έναν πέμπτο ενεργειακά αποδοτικό συνοδευτικό πυρήνα (500 MHz) για απλές εργασίες στο παρασκήνιο.
ARM Cortex-A5 και Cortex-A7.Κατά τον σχεδιασμό των πυρήνων επεξεργαστών Cortex-A5 και Cortex-A7, η ARM Limited επιδίωξε τον ίδιο στόχο - να επιτύχει έναν συμβιβασμό μεταξύ της ελάχιστης κατανάλωσης ενέργειας του ARM11 και της αποδεκτής ταχύτητας του Cortex-A8. Δεν ξεχάσαμε τη δυνατότητα συνδυασμού δύο ή τεσσάρων πυρήνων - τα τσιπ πολλαπλών πυρήνων Cortex-A5 και Cortex-A7 εμφανίζονται σταδιακά στην πώληση (Qualcomm MSM8625 και MTK 6589).
ARM Cortex-A15.Οι πυρήνες του επεξεργαστή Cortex-A15 έγιναν μια λογική συνέχεια του Cortex-A9 - ως αποτέλεσμα, για πρώτη φορά στην ιστορία, τα τσιπ αρχιτεκτονικής ARM κατάφεραν να ταιριάζουν κατά προσέγγιση με την απόδοση του Intel Atom, και αυτό είναι ήδη μια μεγάλη επιτυχία. Δεν είναι καθόλου τυχαίο ότι η Canonical έχει προσδιορίσει έναν επεξεργαστή ARM Cortex-A15 διπλού πυρήνα ή ένα παρόμοιο Intel Atom στις απαιτήσεις συστήματος για την έκδοση του Ubuntu Touch OS με πλήρες multitasking.
Πολυάριθμα gadget που βασίζονται στο NVIDIA Tegra 4 με τέσσερις πυρήνες ARM Cortex-A15 και έναν πέμπτο συνοδευτικό πυρήνα Cortex-A7 θα κυκλοφορήσουν πολύ σύντομα. Μετά την NVIDIA, η ιδέα big.LITTLE υιοθετήθηκε από τη Samsung: η «καρδιά» του smartphone Galaxy S4 ήταν το τσιπ Exynos 5 Octa με τέσσερις πυρήνες Cortex-A15 και τον ίδιο αριθμό ενεργειακά αποδοτικών πυρήνων Cortex-A7.
Μελλοντικές προοπτικές
Τα κινητά gadget που βασίζονται σε τσιπ Cortex-A15 δεν έχουν ακόμη εμφανιστεί πραγματικά στην πώληση και οι κύριες τάσεις στην περαιτέρω ανάπτυξη της αρχιτεκτονικής ARM είναι ήδη γνωστές. Η ARM Limited έχει ήδη αποκαλύψει επίσημα την επόμενη οικογένεια επεξεργαστών ARMv8, η οποία θα είναι υποχρεωτική 64-bit. Οι πυρήνες Cortex-A53 και Cortex-A57 ανοίγουν μια νέα εποχή επεξεργαστών RISC: ο πρώτος είναι ενεργειακά αποδοτικός και ο δεύτερος υψηλής απόδοσης, αλλά και οι δύο είναι ικανοί να λειτουργούν με μεγάλες ποσότητες μνήμης RAM.
Οι κατασκευαστές ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης δεν έχουν ακόμη αρχίσει να ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για την οικογένεια επεξεργαστών ARMv8, αλλά νέοι κάτοχοι άδειας έχουν εμφανιστεί στον ορίζοντα, σχεδιάζοντας να φέρουν τσιπ ARM στην αγορά διακομιστών: AMD και Calxeda. Η ιδέα είναι καινοτόμος, αλλά έχει δικαίωμα στη ζωή: οι ίδιοι επιταχυντές γραφικών NVIDIA Tesla, που αποτελούνται από μεγάλο αριθμό απλών πυρήνων, έχουν αποδείξει την αποτελεσματικότητά τους ως λύσεις διακομιστή στην πράξη.
Η συντριπτική πλειοψηφία των σύγχρονων gadget χρησιμοποιεί επεξεργαστές που βασίζονται στην αρχιτεκτονική ARM, η οποία αναπτύσσεται από την ομώνυμη εταιρεία ARM Limited. Είναι ενδιαφέρον ότι η ίδια η εταιρεία δεν παράγει επεξεργαστές, αλλά παραχωρεί 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, σύνολα οδηγιών και σχετικές τεχνολογίες από την ARM και το κόστος των αδειών ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με τον τύπο των πυρήνων επεξεργαστή (από λύσεις προϋπολογισμού χαμηλής κατανάλωσης έως τσιπ τετραπύρηνων και ακόμη και οκτώ πυρήνων αιχμής) και πρόσθετα στοιχεία. Η ετήσια κατάσταση λογαριασμού αποτελεσμάτων της ARM Limited το 2006 έδειξε έσοδα 161 εκατομμυρίων δολαρίων για την αδειοδότηση περίπου 2,5 δισεκατομμυρίων επεξεργαστών (από 7,9 δισεκατομμύρια δολάρια 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 σε αυτήν την αρχιτεκτονική χρησιμοποιούνται παντού, μέχρι τους διακομιστές, αλλά τις περισσότερες φορές το ARM μπορεί να βρεθεί σε ενσωματωμένα και κινητά συστήματα, από ελεγκτές σκληρού δίσκου έως σύγχρονα smartphone, tablet και άλλα gadget.
Πυρήνες φλοιού
Η ARM αναπτύσσει πολλές οικογένειες πυρήνων που χρησιμοποιούνται για διάφορες 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 που γράφονται αυτές οι γραμμές, τα smartphone χρησιμοποιούν τα ακόλουθα:
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 Cortex-A5 θεωρούνται ήδη σχεδόν απαρχαιωμένοι και δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν ποτέ σε σύγχρονες συσκευές, τότε οι επεξεργαστές Cortex-A15 μπορούν να βρεθούν σε κορυφαίες συσκευές επικοινωνίας και tablet. Πριν από λίγο καιρό, η ARM ανακοίνωσε επίσημα την ανάπτυξη νέων, ισχυρότερων και, ταυτόχρονα, ενεργειακά αποδοτικών πυρήνων Cortex-A53 και Cortex-A57, οι οποίοι θα συνδυαστούν σε ένα ενιαίο τσιπ χρησιμοποιώντας την τεχνολογία ARM big.LITTLE και θα υποστηρίζουν το σετ εντολών ARMv8 («έκδοση αρχιτεκτονικής»), αλλά δεν χρησιμοποιούνται προς το παρόν σε συσκευές μαζικής κατανάλωσης. Τα περισσότερα τσιπ με πυρήνες Cortex μπορεί να είναι πολλαπλών πυρήνων και οι τετραπύρηνες επεξεργαστές είναι πανταχού παρόντες στα σύγχρονα 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 της), αλλά μεταξύ των τεχνικών χαρακτηριστικών των gadget των περισσότερων μικρών εταιρειών, μπορείτε συχνά να βρείτε περιγραφές όπως "Cortex-A7 processor with a clock speed of 1 GHz, not the GHz a Cortex" μέσος χρήστης οτιδήποτε. Για να καταλάβουμε ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ τέτοιων πυρήνων, ας εστιάσουμε στους κύριους.
Ο πυρήνας Cortex-A5 χρησιμοποιείται σε φθηνούς επεξεργαστές για τις πιο οικονομικές συσκευές. Τέτοιες συσκευές έχουν σχεδιαστεί μόνο για να εκτελούν ένα περιορισμένο εύρος εργασιών και να εκτελούν απλές εφαρμογές, 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 πιο συνηθισμένοι. Τέτοια τσιπ κατασκευάζονται με τεχνολογία διεργασίας 28 νανομέτρων και έχουν μεγάλη κρυφή μνήμη δεύτερου επιπέδου έως 4 megabyte. Οι πυρήνες Cortex-A7 βρίσκονται κυρίως σε οικονομικά smartphone και χαμηλού κόστους συσκευές μεσαίας κατηγορίας, όπως το iconBIT Mercury Quad, και, κατ' εξαίρεση, στο Samsung Galaxy S IV GT-i9500 με επεξεργαστή Exynos 5 Octa - αυτό το chipset χρησιμοποιεί έναν τετραπύρηνο επεξεργαστή Cortex-A7 που εξοικονομεί ενέργεια και δεν εκτελεί εργασίες.
Ο πυρήνας Cortex-A8 δεν είναι τόσο συνηθισμένος όσο οι «γείτονές» του, Cortex-A7 και Cortex-A9, αλλά εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σε διάφορα gadgets εισαγωγικού επιπέδου. Η συχνότητα 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 σε τεχνολογία διαδικασίας 65 νανομέτρων, η οποία θεωρείται ήδη ξεπερασμένη.
Cortex-A9
Πριν από μερικά χρόνια, οι πυρήνες Cortex-A9 θεωρούνταν η 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 που βασίζονται στο Cortex-A9, κατασκευασμένοι σύμφωνα με την τεχνολογία διαδικασίας 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 βασίζεται σε μια νέα τεχνολογία διαδικασίας 28nm και έχει σχεδιαστεί για να αντικαταστήσει τους πυρήνες Cortex-A9 σε smartphone μεσαίας κατηγορίας. Ο προγραμματιστής υπόσχεται αύξηση της απόδοσης κατά 40% 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 που εξοικονομεί ενέργεια, που θα επιτρέψει στους κατασκευαστές να δημιουργήσουν φθηνά τσιπ οκτώ πυρήνων. Είναι αλήθεια ότι τη στιγμή που γράφονται αυτές οι γραμμές, όλα αυτά είναι μόνο στα σχέδια και η μαζική παραγωγή 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.
Για 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 σύμφωνα με την τεχνολογία διαδικασίας 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 στο Cortex-A15 είναι ικανά να λειτουργούν σε συχνότητα 1,5-2,5 GHz και η υποστήριξη πολλών προτύπων τρίτων και η δυνατότητα διευθυνσιοδότησης έως και 1 TB φυσικής μνήμης καθιστά δυνατή τη χρήση τέτοιων επεξεργαστών σε υπολογιστές (πώς να μην θυμάστε 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 τη νέα έκδοση της αρχιτεκτονικής, ARMv8, και θα υποστηρίζουν νέα σύνολα εντολών, ενώ θα γίνουν και 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, όπως το iPhone 5S, λειτουργούν με έναν τέτοιο επεξεργαστή Apple A7 ARM. Είναι αξιοσημείωτο ότι 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 για περισσότερα από 4 GB μνήμης RAM και, επιπλέον, η δυνατότητα λειτουργίας με πολύ μεγαλύτερους αριθμούς κατά τον υπολογισμό. Φυσικά, ενώ αυτό είναι σχετικό, πρώτα απ 'όλα, για διακομιστές και υπολογιστές, αλλά δεν θα εκπλαγούμε αν smartphone και tablet με αυτή την ποσότητα μνήμης RAM εμφανιστούν στην αγορά σε λίγα χρόνια. Μέχρι σήμερα, τίποτα δεν είναι γνωστό σχετικά με τα σχέδια κυκλοφορίας τσιπ σε νέα αρχιτεκτονική και smartphone που τα χρησιμοποιούν, αλλά είναι πιθανό ότι τέτοιοι επεξεργαστές θα λάβουν ναυαρχίδες το 2014, όπως έχει ήδη ανακοινώσει η Samsung.
Ο πυρήνας Cortex-A53 ανοίγει τη σειρά, 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 διατηρείται χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Τέτοιοι επεξεργαστές μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο μεμονωμένα όσο και στη διαμόρφωση ARM big.LITTLE, που συνδυάζονται στο ίδιο chipset με έναν επεξεργαστή Cortex-A57
Performance Cortex-A53, Cortex-A57
Οι επεξεργαστές στο Cortex-A57, οι οποίοι θα κατασκευαστούν σε τεχνολογία διεργασίας 20 νανομέτρων, αναμένεται να γίνουν οι πιο ισχυροί επεξεργαστές ARM στο εγγύς μέλλον. Ο νέος πυρήνας ξεπερνά σημαντικά τον προκάτοχό του, τον Cortex-A15, σε διάφορες μετρήσεις απόδοσης (μπορείτε να δείτε τη σύγκριση παραπάνω) και σύμφωνα με την ARM, η οποία στοχεύει σοβαρά την αγορά των υπολογιστών, θα είναι μια κερδοφόρα λύση για mainstream υπολογιστές (συμπεριλαμβανομένων φορητών υπολογιστών), όχι μόνο για φορητές συσκευές.
ΜΠΡΑΚΙ μεγάλο.ΛΙΓΟ
Ως λύση υψηλής τεχνολογίας στο πρόβλημα της κατανάλωσης ενέργειας των σύγχρονων επεξεργαστών, η ARM προσφέρει την τεχνολογία big.LITTLE, η ουσία της οποίας είναι να συνδυάζει διαφορετικούς τύπους πυρήνων σε ένα τσιπ, συνήθως τον ίδιο αριθμό πυρήνων εξοικονόμησης ενέργειας και υψηλής απόδοσης.
Υπάρχουν τρία σχήματα για τη λειτουργία διαφορετικών τύπων πυρήνων σε ένα μόνο τσιπ: big.LITTLE (μετανάστευση μεταξύ συστάδων), big.LITTLE IKS (μετανάστευση 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 συνδυασμός 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 τέσσερις πυρήνες Cortex-A7 εξοικονόμησης ενέργειας για καθημερινή εργασία με τα περισσότερα προγράμματα και μπορεί να λειτουργήσει κάθε φορά. Η εναλλαγή μεταξύ ομάδων πυρήνων γίνεται σχεδόν αμέσως και ανεπαίσθητα για 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 αποδοτικοί ή παραγωγικοί. Φυσικά, υπάρχουν και αρκετοί εικονικοί πυρήνες - η εικόνα δείχνει ένα παράδειγμα 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 χρησιμοποιούνται τέσσερις πυρήνες Cortex-A7 και ο ίδιος αριθμός πυρήνων Cortex-A15, σε ένα chipset που βασίζεται στην αρχιτεκτονική ARM big.LITTLE MP, και οι 8 πυρήνες θα μπορούν να λειτουργούν 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, καθώς 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 την κυκλοφορία τσιπ επόμενης γενιάς big.LITTLE που θα χρησιμοποιούν τους νέους πυρήνες Cortex-A53 και Cortex-A57. Επιπλέον, ο κινέζος κατασκευαστής MediaTek πρόκειται να κυκλοφορήσει επεξεργαστές προϋπολογισμού 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 GPU χαρακτηρίζονται από πολλές παραμέτρους, όπως το επίπεδο anti-aliasing, η διεπαφή διαύλου, η κρυφή μνήμη (εξαιρετικά γρήγορη μνήμη που χρησιμοποιείται για την αύξηση της ταχύτητας λειτουργίας) και ο αριθμός των "πυρήνων γραφικών" (αν και, όπως γράψαμε στο τελευταίο άρθρο, αυτός ο δείκτης, παρόλο που είναι παρόμοιος με τον όρο που χρησιμοποιείται για την περιγραφή της CPU, πρακτικά δεν επηρεάζει την απόδοση της GPU).
Ο πρώτος επιταχυντής γραφικών ARM ήταν το αχρησιμοποίητο πλέον Mali 55, το οποίο χρησιμοποιήθηκε στο τηλέφωνο αφής LG Renoir (ναι, το πιο συνηθισμένο κινητό τηλέφωνο). Η GPU δεν χρησιμοποιήθηκε σε παιχνίδια - μόνο για τη σχεδίαση της διεπαφής και είχε πρωτόγονα χαρακτηριστικά με τα σημερινά πρότυπα, αλλά ήταν αυτός που έγινε ο "πρόγονος" της σειράς Mali.
Από τότε, η πρόοδος έχει προχωρήσει πολύ και τώρα τα υποστηριζόμενα API και τα πρότυπα παιχνιδιών δεν έχουν μικρή 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 (αυτός ήταν ο πρώτος επεξεργαστής γραφικών ARM που κατασκευάστηκε στο νέο Midarchit-60, Mali-2T, Mali-it-6,2i) 678 και κάποια άλλα τσιπ κοντά σε αυτά όσον αφορά τα χαρακτηριστικά s. Μία ή άλλη 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 επιταχυντή στις προδιαγραφές ενός smartphone ή tablet.
Η ARM διαθέτει επίσης επιταχυντές γραφικών για smartphones μεσαίας κατηγορίας, 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, στα τέλη του 2014, θα πρέπει να εμφανιστούν smartphone με τους πιο πρόσφατους επιταχυντές γραφικών ARM: Mali-T720, Mali-T760 και Mali-T760 MP, τα οποία παρουσιάστηκαν τον Οκτώβριο του 2013. Το Mali-T720 θα πρέπει να είναι η νέα GPU για smartphone χαμηλού επιπέδου 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 δηλωμένα χαρακτηριστικά, η GPU έχει 16 πυρήνες επεξεργασίας και έχει πραγματικά τεράστια επεξεργαστική ισχύ, 326 Gflops, αλλά ταυτόχρονα, τέσσερις φορές λιγότερη κατανάλωση ενέργειας από το Mali-T604 που αναφέρθηκε παραπάνω.
Ο ρόλος της CPU και της GPU από την ARM στην αγορά
Παρά το γεγονός ότι η ARM είναι ο συγγραφέας και ο προγραμματιστής της αρχιτεκτονικής με το ίδιο όνομα, η οποία, επαναλαμβάνουμε, χρησιμοποιείται πλέον στη συντριπτική πλειοψηφία των επεξεργαστών κινητών, οι λύσεις της με τη μορφή πυρήνων και επιταχυντών γραφικών δεν είναι δημοφιλείς στους μεγάλους κατασκευαστές smartphone. Για παράδειγμα, ορθώς πιστεύεται ότι οι ναυαρχίδες επικοινωνίας στο Android OS θα πρέπει να διαθέτουν επεξεργαστή Snapdragon με πυρήνες Krait και επιταχυντή γραφικών Adreno από την Qualcomm, chipset από την ίδια εταιρεία χρησιμοποιούνται σε smartphone Windows Phone και ορισμένοι κατασκευαστές gadget, για παράδειγμα, η Apple, αναπτύσσουν τους δικούς τους πυρήνες. Γιατί είναι αυτή η σημερινή κατάσταση;
Ίσως κάποιοι από τους λόγους να είναι βαθύτεροι, αλλά ένας από αυτούς είναι η έλλειψη ξεκάθαρης τοποθέτησης της CPU και της GPU από την ARM μεταξύ των προϊόντων άλλων εταιρειών, με αποτέλεσμα οι εξελίξεις της εταιρείας να γίνονται αντιληπτές ως βασικά στοιχεία για χρήση σε συσκευές B-brand, smartphone χαμηλού κόστους και δημιουργία πιο ώριμων λύσεων με βάση αυτά. 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 τροποποιούνται από 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 smartphones των ίδιων εταιρειών.
Τα παραπάνω δεν σημαίνουν καθόλου ότι οι εξελίξεις του ARM είναι σημαντικά χειρότερες από τους επεξεργαστές και τους πυρήνες τρίτων, 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 ήδη να τα τροποποιήσουν μόνοι τους.
συμπέρασμα
Οι μικροεπεξεργαστές που βασίζονται σε ARM έχουν κατακτήσει με επιτυχία την αγορά κινητών συσκευών λόγω της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και της σχετικά μεγάλης ισχύος επεξεργασίας τους. Προηγουμένως, άλλες αρχιτεκτονικές RISC, όπως το MIPS, ανταγωνίζονταν την ARM, αλλά τώρα της απομένει μόνο ένας σοβαρός ανταγωνιστής - η Intel με την αρχιτεκτονική x86, η οποία παρεμπιπτόντως, αν και αγωνίζεται ενεργά για το μερίδιο αγοράς της, δεν έχει ληφθεί ακόμη σοβαρά υπόψη ούτε από τους καταναλωτές ούτε από τους περισσότερους κατασκευαστές, ειδικά όταν στην πραγματικότητα δεν υπάρχουν flagships σε αυτήν (Lenovo με τις πιο πρόσφατες επεξεργαστές smartphones δεν μπορεί πλέον να είναι η τελευταία τεχνολογία.
Τι πιστεύετε, θα μπορέσει κάποιος να ωθήσει την ARM και πώς θα εξελιχθεί περαιτέρω η μοίρα αυτής της εταιρείας και της αρχιτεκτονικής της;
Το όνομα ARM έχει σίγουρα ακουστεί από όλους όσους ενδιαφέρονται για την κινητή τεχνολογία. Πολλοί κατανοούν αυτή τη συντομογραφία ως έναν τύπο επεξεργαστή για smartphone και tablet, ενώ άλλοι διευκρινίζουν ότι δεν πρόκειται για επεξεργαστή, αλλά για την αρχιτεκτονική του. Και σίγουρα λίγοι άνθρωποι ασχολήθηκαν με την ιστορία της εμφάνισης του ARM. Σε αυτό το άρθρο, θα προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε όλες αυτές τις αποχρώσεις και να σας πούμε γιατί τα σύγχρονα gadget χρειάζονται επεξεργαστές ARM.
Μια σύντομη εκδρομή στην ιστορία
Όταν ζητήθηκε "ARM", η Wikipedia δίνει δύο έννοιες για αυτήν τη συντομογραφία: Acorn RISC Machine και Advanced RISC Machines. Ας ξεκινήσουμε με τη σειρά. Στη δεκαετία του 1980 ιδρύθηκε η Acorn Computers στο Ηνωμένο Βασίλειο, η οποία ξεκίνησε τις δραστηριότητές της με τη δημιουργία προσωπικών υπολογιστών. Εκείνη την εποχή, το Acorn ονομαζόταν και "British Apple". Η αποφασιστική περίοδος για την εταιρεία ήρθε στα τέλη της δεκαετίας του 1980, όταν ο αρχιμηχανικός της εκμεταλλεύτηκε την απόφαση δύο τοπικών αποφοίτων πανεπιστημίου να καταλήξουν σε ένα νέο είδος αρχιτεκτονικής επεξεργαστή μειωμένου συνόλου οδηγιών (RISC). Κάπως έτσι εμφανίστηκε ο πρώτος υπολογιστής που βασίζεται στον επεξεργαστή Acorn Risc Machine. Η επιτυχία δεν άργησε να έρθει. Το 1990, οι Βρετανοί συνήψαν συμφωνία με την Apple και σύντομα άρχισαν να εργάζονται για μια νέα έκδοση του chipset. Ως αποτέλεσμα, η ομάδα ανάπτυξης σχημάτισε μια εταιρεία που ονομάζεται Advanced RISC Machines, παρόμοια με τον επεξεργαστή. Τα τσιπ με τη νέα αρχιτεκτονική έγιναν γνωστά και ως Advanced Risc Machine, ή ARM για συντομία.Από το 1998, η Advanced Risc Machine έγινε γνωστή ως ARM Limited. Αυτή τη στιγμή, η εταιρεία δεν ασχολείται με την παραγωγή και πώληση των δικών της μεταποιητών. Η κύρια και μοναδική δραστηριότητα της ARM Limited είναι η ανάπτυξη τεχνολογιών και η πώληση αδειών χρήσης σε διάφορες εταιρείες για τη χρήση της αρχιτεκτονικής ARM. Ορισμένοι κατασκευαστές αγοράζουν άδεια για πυρήνες εκτός ραφιού, άλλοι τη λεγόμενη «αρχιτεκτονική άδεια» για την παραγωγή επεξεργαστών με τους δικούς τους πυρήνες. Αυτές οι εταιρείες περιλαμβάνουν τις Apple, Samsung, Qualcomm, nVidia, HiSilicon και άλλες. Σύμφωνα με ορισμένες αναφορές, η ARM Limited κερδίζει 0,067 $ σε κάθε τέτοιο επεξεργαστή. Αυτός ο αριθμός είναι μέσος και επίσης ξεπερασμένος. Κάθε χρόνο υπάρχουν ολοένα και περισσότεροι πυρήνες στα chipset και οι νέοι πολυπύρηνες επεξεργαστές ξεπερνούν τα απαρχαιωμένα δείγματα σε κόστος.
Τεχνικά χαρακτηριστικά των τσιπ ARM
Υπάρχουν δύο τύποι σύγχρονων αρχιτεκτονικών επεξεργαστών: CISC(Complex Instruction Set Computing) και RISC(Reduced Instruction Set Computing). Η αρχιτεκτονική CISC αναφέρεται στην οικογένεια επεξεργαστών x86 (Intel και AMD), ενώ η αρχιτεκτονική RISC αναφέρεται στην οικογένεια ARM. Η κύρια τυπική διαφορά μεταξύ RISC και CISC και, κατά συνέπεια, x86 και ARM είναι το μειωμένο σύνολο εντολών που χρησιμοποιείται στους επεξεργαστές RISC. Έτσι, για παράδειγμα, κάθε εντολή στην αρχιτεκτονική CISC μετατρέπεται σε πολλές εντολές RISC. Επιπλέον, οι επεξεργαστές RISC χρησιμοποιούν λιγότερα τρανζίστορ και έτσι καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια.Η κύρια προτεραιότητα των επεξεργαστών ARM είναι η αναλογία απόδοσης προς κατανάλωση ενέργειας. Το ARM έχει υψηλότερη αναλογία απόδοσης ανά βατ από το x86. Μπορείτε να πάρετε την ισχύ που χρειάζεστε από 24 πυρήνες x86 ή από εκατοντάδες μικρούς πυρήνες ARM χαμηλής ισχύος. Φυσικά, ακόμη και ο πιο ισχυρός επεξεργαστής στην αρχιτεκτονική ARM δεν θα είναι ποτέ συγκρίσιμος σε ισχύ με τον Intel Core i7. Αλλά το ίδιο Intel Core i7 χρειάζεται ένα ενεργό σύστημα ψύξης και δεν θα χωρέσει ποτέ σε μια θήκη τηλεφώνου. Εδώ η ARM είναι εκτός ανταγωνισμού. Από τη μία πλευρά, φαίνεται σαν μια ελκυστική επιλογή για την κατασκευή ενός υπερυπολογιστή χρησιμοποιώντας ένα εκατομμύριο επεξεργαστές ARM αντί για χίλιους επεξεργαστές x86. Από την άλλη πλευρά, οι δύο αρχιτεκτονικές δεν μπορούν να συγκριθούν αναμφισβήτητα. Κατά κάποιο τρόπο, το πλεονέκτημα θα είναι για το ARM και κατά κάποιο τρόπο - για το x86.
Ωστόσο, η κλήση επεξεργαστών τσιπ αρχιτεκτονικής ARM δεν είναι απολύτως σωστή. Εκτός από αρκετούς πυρήνες επεξεργαστή, περιλαμβάνουν και άλλα στοιχεία. Ο καταλληλότερος όρος θα ήταν "σύστημα ενός τσιπ" ή "σύστημα σε τσιπ" (SoC). Τα σύγχρονα συστήματα ενός τσιπ για φορητές συσκευές περιλαμβάνουν έναν ελεγκτή RAM, έναν επιταχυντή γραφικών, έναν αποκωδικοποιητή βίντεο, έναν κωδικοποιητή ήχου και μονάδες ασύρματης επικοινωνίας. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, μεμονωμένα εξαρτήματα chipset μπορούν να αναπτυχθούν από τρίτους κατασκευαστές. Το πιο εντυπωσιακό παράδειγμα αυτού είναι οι πυρήνες γραφικών, οι οποίοι αναπτύσσονται εκτός από την ARM Limited (γραφικά Mali), από την Qualcomm (Adreno), τη NVIDIA (GeForce ULP) και την Imagination Technologies (PowerVR).
Στην πράξη, μοιάζει με αυτό. Οι περισσότερες οικονομικές κινητές συσκευές Android διαθέτουν chipset που κατασκευάζονται από την εταιρεία. MediaTek, το οποίο σχεδόν πάντα ακολουθεί τις οδηγίες της ARM Limited και τις ολοκληρώνει με πυρήνες Cortex-A και γραφικά Mali (λιγότερο συχνά PowerVR).
Οι επωνυμίες A για τις ναυαρχίδες τους χρησιμοποιούν συχνά chipset που κατασκευάζονται από Qualcomm. Παρεμπιπτόντως, τα τελευταία τσιπ Qualcomm Snapdragon (,) είναι εξοπλισμένα με πλήρως προσαρμοσμένους πυρήνες Kryo για τον κεντρικό επεξεργαστή και Adreno για τον επιταχυντή γραφικών.
Σχετικά με μήλο, στη συνέχεια για το iPhone και το iPad, η εταιρεία χρησιμοποιεί τα δικά της τσιπ της σειράς Α με επιταχυντή γραφικών PowerVR, τα οποία παράγονται από τρίτες εταιρείες. Έτσι, εγκαθίσταται ένας τετραπύρηνος επεξεργαστής A10 Fusion 64 bit και ένας επεξεργαστής γραφικών PowerVR GT7600.
Η αρχιτεκτονική των επεξεργαστών της οικογένειας θεωρείται σχετική τη στιγμή της συγγραφής του άρθρου. ARMv8. Ήταν το πρώτο που χρησιμοποίησε ένα σύνολο εντολών 64-bit και υποστήριξε περισσότερα από 4 GB μνήμης RAM. Η αρχιτεκτονική ARMv8 είναι συμβατή με εφαρμογές 32 bit. Ο πιο αποτελεσματικός και ισχυρότερος πυρήνας επεξεργαστή που έχει αναπτυχθεί από την ARM Limited μέχρι στιγμής είναι Cortex-A73, και οι περισσότεροι κατασκευαστές SoC το χρησιμοποιούν αμετάβλητο.
Το Cortex-A73 προσφέρει 30% ταχύτερη απόδοση από το Cortex-A72 και υποστηρίζει το πλήρες σύνολο αρχιτεκτονικών ARMv8. Η μέγιστη συχνότητα του πυρήνα του επεξεργαστή είναι 2,8 GHz.
Πεδίο χρήσης του ARM
Η μεγαλύτερη δόξα της ARM έφερε την ανάπτυξη των φορητών συσκευών. Εν αναμονή της μαζικής παραγωγής smartphones και άλλου φορητού εξοπλισμού, ήρθαν χρήσιμοι ενεργειακά αποδοτικοί επεξεργαστές. Το αποκορύφωμα της ανάπτυξης της ARM Limited ήταν το 2007, όταν η βρετανική εταιρεία ανανέωσε τη συνεργασία της με την Apple και λίγο αργότερα, οι Κουπερτινοί παρουσίασαν το πρώτο τους iPhone με επεξεργαστή αρχιτεκτονικής ARM. Στη συνέχεια, το σύστημα ενός τσιπ που βασίζεται στην αρχιτεκτονική ARM έχει γίνει ένα αμετάβλητο στοιχείο σχεδόν όλων των smartphone της αγοράς.
Το χαρτοφυλάκιο της ARM Limited δεν περιορίζεται στην οικογένεια πυρήνων Cortex-A. Στην πραγματικότητα, με την επωνυμία Cortex, υπάρχουν τρεις σειρές πυρήνων επεξεργαστών, οι οποίοι συμβολίζονται με τα γράμματα A, R, M. Core οικογένεια Cortex-A, όπως ήδη γνωρίζουμε, είναι το πιο ισχυρό. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε smartphone, tablet, αποκωδικοποιητές, δορυφορικούς δέκτες, συστήματα αυτοκινήτου, ρομποτική. Πυρήνες επεξεργαστή Cortex-Rείναι βελτιστοποιημένα για να εκτελούν εργασίες υψηλής απόδοσης σε πραγματικό χρόνο, επομένως τέτοια τσιπ βρίσκονται σε ιατρικό εξοπλισμό, αυτόνομα συστήματα ασφαλείας και μέσα αποθήκευσης. Το κύριο καθήκον της οικογένειας Cortex-Mείναι η απλότητα και το χαμηλό κόστος. Τεχνικά, αυτοί είναι οι πιο αδύναμοι πυρήνες επεξεργαστή με τη χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. Επεξεργαστές που βασίζονται σε τέτοιους πυρήνες χρησιμοποιούνται σχεδόν παντού όπου η συσκευή απαιτεί ελάχιστη ισχύ και χαμηλό κόστος: αισθητήρες, ελεγκτές, συναγερμοί, οθόνες, έξυπνα ρολόγια και άλλος εξοπλισμός.
Γενικά, οι περισσότερες από τις σημερινές συσκευές, από μικρές έως μεγάλες, που απαιτούν CPU χρησιμοποιούν τσιπ ARM. Ένα τεράστιο πλεονέκτημα είναι το γεγονός ότι η αρχιτεκτονική ARM υποστηρίζεται από πολλά λειτουργικά συστήματα που βασίζονται σε Linux (συμπεριλαμβανομένων Android και Chrome OS), iOS και Windows (Windows Phone).
Ανταγωνισμός στην αγορά και προοπτικές για το μέλλον
Ομολογουμένως, αυτή τη στιγμή η ARM δεν έχει σοβαρούς ανταγωνιστές. Και σε γενικές γραμμές, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ARM Limited έκανε τη σωστή επιλογή σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Αλλά στην αρχή του ταξιδιού της, η εταιρεία παρήγαγε επεξεργαστές για υπολογιστές και μάλιστα προσπάθησε να ανταγωνιστεί την Intel. Αφού η ARM Limited άλλαξε την κατεύθυνση των δραστηριοτήτων της, δεν ήταν επίσης εύκολο για αυτήν. Στη συνέχεια, ο μονοπώλιος λογισμικού που εκπροσωπείται από τη Microsoft, έχοντας συνάψει συμφωνία συνεργασίας με την Intel, δεν άφησε καμία ευκαιρία για άλλους κατασκευαστές, συμπεριλαμβανομένης της ARM Limited - τα Windows απλά δεν λειτουργούσαν σε συστήματα με επεξεργαστές ARM. Όσο παράδοξο κι αν ακούγεται, αλλά τώρα η κατάσταση μπορεί να αλλάξει δραματικά και τα Windows είναι ήδη έτοιμα να υποστηρίξουν επεξεργαστές που βασίζονται σε αυτήν την αρχιτεκτονική.
Στον απόηχο της επιτυχίας των τσιπ ARM, η Intel έκανε μια προσπάθεια να δημιουργήσει έναν ανταγωνιστικό επεξεργαστή και εισήλθε στην αγορά με ένα τσιπ Intel Atom. Για να γίνει αυτό, της πήρε πολύ περισσότερο χρόνο από την ARM Limited. Το chipset μπήκε στην παραγωγή το 2011, αλλά, όπως λένε, το τρένο έχει ήδη φύγει. Το Intel Atom είναι ένας επεξεργαστής x86 CISC. Οι μηχανικοί της εταιρείας έχουν επιτύχει χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας από την ARM, αλλά επί του παρόντος μια ποικιλία λογισμικού για φορητές συσκευές έχει κακή προσαρμογή στην αρχιτεκτονική x86.
Πέρυσι, η Intel εγκατέλειψε αρκετές βασικές αποφάσεις για την περαιτέρω ανάπτυξη των κινητών συστημάτων. Στην πραγματικότητα μια εταιρεία για φορητές συσκευές καθώς έχουν γίνει ασύμφορες. Ο μόνος μεγάλος κατασκευαστής που συνέδεσε τα smartphone του με chipset Intel Atom ήταν η ASUS. Ωστόσο, η Intel Atom εξακολουθούσε να χρησιμοποιείται μαζικά σε netbooks, nettops και άλλες φορητές συσκευές.
Η θέση της ARM Limited στην αγορά είναι μοναδική. Προς το παρόν, σχεδόν όλοι οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν τις εξελίξεις του. Ταυτόχρονα, η εταιρεία δεν διαθέτει δικά της εργοστάσια. Αυτό δεν την εμποδίζει να σταθεί στο ίδιο επίπεδο με την Intel και την AMD. Η ιστορία της ARM περιλαμβάνει ένα άλλο περίεργο γεγονός. Είναι πιθανό ότι τώρα η τεχνολογία ARM θα μπορούσε να ανήκει στην Apple, η οποία ήταν στο επίκεντρο του σχηματισμού της ARM Limited. Κατά ειρωνικό τρόπο, το 1998, οι Κουπερτίνοι, περνώντας στιγμές κρίσης, πούλησαν το μερίδιό τους. Τώρα η Apple αναγκάζεται, μαζί με άλλες εταιρείες, να αγοράσει άδεια για τους επεξεργαστές ARM που χρησιμοποιούνται στα iPhone και iPad.
Τώρα οι επεξεργαστές ARM είναι ικανοί να εκτελούν σοβαρές εργασίες. Βραχυπρόθεσμα, θα χρησιμοποιηθούν σε διακομιστές, συγκεκριμένα, τα κέντρα δεδομένων Facebook και PayPal έχουν ήδη τέτοιες λύσεις. Στην εποχή του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT) και των έξυπνων οικιακών συσκευών, τα τσιπ ARM έχουν γίνει ακόμη πιο περιζήτητα. Έτσι, το πιο ενδιαφέρον πράγμα για την ARM δεν έχει έρθει ακόμη.
Ο κόσμος των υπολογιστών αλλάζει ραγδαία. Οι επιτραπέζιοι υπολογιστές έχουν χάσει την πρώτη θέση στην κατάταξη πωλήσεων έναντι των φορητών υπολογιστών και πρόκειται να εγκαταλείψουν την αγορά σε tablet και άλλες κινητές συσκευές. Πριν από 10 χρόνια εκτιμούσαμε τα καθαρά megahertz, την πραγματική δύναμη και την απόδοση. Τώρα, για να κατακτήσει την αγορά, ο επεξεργαστής πρέπει να είναι όχι μόνο γρήγορος, αλλά και οικονομικός. Πολλοί θεωρούν ότι το ARM είναι η αρχιτεκτονική του 21ου αιώνα. Είναι έτσι?
Νέο - καλά ξεχασμένο παλιό
Οι δημοσιογράφοι, ακολουθώντας τους ανθρώπους του ARM PR, παρουσιάζουν συχνά αυτή την αρχιτεκτονική ως κάτι εντελώς νέο, που θα έπρεπε να θάβει το γκριζομάλλη x86.
Στην πραγματικότητα, το ARM και το x86, βάσει των οποίων κατασκευάζονται οι επεξεργαστές Intel, AMD και VIA, εγκατεστημένοι σε φορητούς υπολογιστές και επιτραπέζιους υπολογιστές, έχουν σχεδόν την ίδια ηλικία. Το πρώτο τσιπ x86 κυκλοφόρησε το 1978. Το έργο ARM ξεκίνησε επίσημα το 1983, αλλά βασίστηκε σε εξελίξεις που πραγματοποιήθηκαν σχεδόν ταυτόχρονα με τη δημιουργία του x86.
Τα πρώτα ARM εντυπωσίασαν τους ειδικούς με τη φινέτσα τους, αλλά με τις σχετικά χαμηλές επιδόσεις τους, δεν μπορούσαν να κατακτήσουν μια αγορά που απαιτούσε υψηλές ταχύτητες και δεν έδινε σημασία στην αποδοτικότητα της εργασίας. Έπρεπε να υπάρχουν ορισμένες προϋποθέσεις για να εκτοξευθεί η δημοτικότητα της ARM.
Στις αρχές της δεκαετίας του '80 και του '90, με το σχετικά φθηνό λάδι τους, τεράστια SUV με ισχυρούς κινητήρες 6 λίτρων ήταν περιζήτητα. Λίγοι ενδιαφέρθηκαν για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Αλλά στις μέρες μας, που ένα βαρέλι πετρελαίου κοστίζει πάνω από 100 δολάρια, τα μεγάλα αυτοκίνητα με αδηφάγους κινητήρες είναι μόνο για τους πλούσιους, τα υπόλοιπα βιάζονται να στραφούν σε αυτοκίνητα με οικονομία καυσίμου. Κάτι αντίστοιχο συνέβη και με την ARM. Όταν προέκυψε το ζήτημα της κινητικότητας και της αποτελεσματικότητας, η αρχιτεκτονική αποδείχθηκε ότι είχε μεγάλη ζήτηση.
Επεξεργαστής "κίνδυνος".
Το ARM είναι μια αρχιτεκτονική RISC. Χρησιμοποιεί ένα μειωμένο σύνολο εντολών - RISC (reduced instruction set computer). Αυτός ο τύπος αρχιτεκτονικής εμφανίστηκε στα τέλη της δεκαετίας του εβδομήντα, περίπου την ίδια εποχή που η Intel παρουσίασε το x86 της.
Ενώ πειραματίζονταν με διάφορους μεταγλωττιστές και μικροκωδικοποιημένους επεξεργαστές, οι μηχανικοί παρατήρησαν ότι σε ορισμένες περιπτώσεις, οι ακολουθίες απλών εντολών ήταν ταχύτερες από μια μεμονωμένη σύνθετη λειτουργία. Αποφασίστηκε να δημιουργηθεί μια αρχιτεκτονική που θα περιλάμβανε εργασία με ένα περιορισμένο σύνολο απλών εντολών, η αποκωδικοποίηση και η εκτέλεση των οποίων θα απαιτούσε ελάχιστο χρόνο.
Ένα από τα πρώτα έργα για επεξεργαστές RISC εφαρμόστηκε από μια ομάδα φοιτητών και καθηγητών από το Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϋ το 1981. Αυτή ακριβώς την περίοδο, η βρετανική εταιρεία Acorn αντιμετώπισε την πρόκληση των καιρών. Παρήγαγε εκπαιδευτικούς υπολογιστές BBC Micro, οι οποίοι ήταν πολύ δημοφιλείς στο Foggy Albion, βασισμένοι στον επεξεργαστή 6502. Αλλά σύντομα αυτοί οι οικικοί υπολογιστές άρχισαν να χάνουν από πιο προηγμένα μηχανήματα. Η Acorn κινδύνευσε να χάσει την αγορά. Οι μηχανικοί της εταιρείας, έχοντας εξοικειωθεί με την εργασία των φοιτητών στους επεξεργαστές RISC, αποφάσισαν ότι θα ήταν πολύ απλό να αντιμετωπίσουν τη δημιουργία του δικού τους τσιπ. Το 1983 ξεκίνησε το έργο Acorn RISC Machine, το οποίο αργότερα μετατράπηκε σε ARM. Τρία χρόνια αργότερα, κυκλοφόρησε ο πρώτος επεξεργαστής.
Πρώτοι ΟΠΛΑ
Ήταν εξαιρετικά απλός. Τα πρώτα τσιπ ARM στερούνταν ακόμη και εντολών πολλαπλασιασμού και διαίρεσης, που φαινόταν να είναι ένα σύνολο απλούστερων εντολών. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των τσιπ ήταν οι αρχές της εργασίας με τη μνήμη: όλες οι λειτουργίες με δεδομένα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν μόνο σε καταχωρητές. Ταυτόχρονα, ο επεξεργαστής δούλευε με το λεγόμενο παράθυρο μητρώου, δηλαδή μπορούσε να έχει πρόσβαση μόνο σε ένα μέρος όλων των διαθέσιμων καταχωρητών, οι οποίοι ήταν βασικά καθολικοί και η εργασία τους εξαρτιόταν από τη λειτουργία στην οποία βρισκόταν ο επεξεργαστής. Αυτό επέτρεψε στις πρώτες εκδόσεις του ARM να εγκαταλείψουν την κρυφή μνήμη.
Επιπλέον, απλοποιώντας τα σύνολα οδηγιών, οι αρχιτέκτονες μπόρεσαν να κάνουν χωρίς μια σειρά από άλλα μπλοκ. Για παράδειγμα, στο πρώτο ARM, δεν υπήρχε καθόλου μικροκώδικας, καθώς και μια μονάδα κινητής υποδιαστολής, η FPU. Ο συνολικός αριθμός των τρανζίστορ στο πρώτο ARM ήταν 30.000. Σε παρόμοιο x86, υπήρχαν αρκετές φορές, ή ακόμα και μια τάξη μεγέθους περισσότερες. Επιπρόσθετη εξοικονόμηση ενέργειας επιτυγχάνεται με την εκτέλεση εντολών υπό όρους. Δηλαδή, αυτή ή αυτή η λειτουργία θα εκτελεστεί εάν υπάρχει αντίστοιχο γεγονός στο μητρώο. Αυτό βοηθά τον επεξεργαστή να αποφύγει τις «υπερβολικές χειρονομίες». Όλες οι εντολές εκτελούνται διαδοχικά. Ως αποτέλεσμα, η ARM έχασε σε απόδοση, αλλά όχι σημαντικά, ενώ κέρδισε σημαντικά στην κατανάλωση ενέργειας.
Οι βασικές αρχές της κατασκευής της αρχιτεκτονικής παραμένουν οι ίδιες όπως και στα πρώτα ARM: εργασία με δεδομένα μόνο σε μητρώα, μειωμένο σύνολο εντολών, ελάχιστες πρόσθετες ενότητες. Όλα αυτά παρέχουν στην αρχιτεκτονική χαμηλή κατανάλωση ενέργειας σε σχετικά υψηλή απόδοση.
Για να το αυξήσει, η ARM έχει εισαγάγει πολλά πρόσθετα σετ εντολών τα τελευταία χρόνια. Μαζί με το κλασικό ARM, υπάρχουν οι Thumb, Thumb 2, Jazelle. Το τελευταίο έχει σχεδιαστεί για να επιταχύνει την εκτέλεση του κώδικα Java.
Cortex - το πιο προηγμένο ARM
Cortex - σύγχρονες αρχιτεκτονικές για κινητές συσκευές, ενσωματωμένα συστήματα και μικροελεγκτές. Αντίστοιχα, οι CPU χαρακτηρίζονται ως Cortex-A, ενσωματωμένοι - Cortex-R και οι μικροελεγκτές - Cortex-M. Όλα βασίζονται στην αρχιτεκτονική ARMv7.
Η πιο προηγμένη και ισχυρή αρχιτεκτονική στη σειρά ARM είναι το Cortex-A15. Υποτίθεται ότι στη βάση του θα παραχθούν κυρίως μοντέλα δύο ή τετραπύρηνων. Το Cortex-A15 από όλα τα προηγούμενα ARM είναι το πλησιέστερο στο x86 όσον αφορά τον αριθμό και την ποιότητα των μπλοκ.
Το Cortex-A15 βασίζεται σε πυρήνες επεξεργαστή εξοπλισμένους με FPU και ένα σύνολο οδηγιών NEON SIMD που έχουν σχεδιαστεί για να επιταχύνουν την επεξεργασία δεδομένων πολυμέσων. Οι πυρήνες έχουν αγωγό 13 σταδίων, υποστηρίζουν την εκτέλεση εντολών σε ελεύθερη σειρά, εικονικοποίηση βασισμένη σε ARM.
Το Cortex-A15 υποστηρίζει σύστημα διευθυνσιοδότησης εκτεταμένης μνήμης. Το ARM παραμένει μια αρχιτεκτονική 32-bit, αλλά οι μηχανικοί της εταιρείας έχουν μάθει πώς να μετατρέπουν 64-bit ή άλλες εκτεταμένες διευθύνσεις σε έναν κατανοητό επεξεργαστή 32-bit. Η τεχνολογία ονομάζεται Long Physical Address Extensions. Χάρη σε αυτήν, το Cortex-A15 μπορεί θεωρητικά να αντιμετωπίσει έως και 1 TB μνήμης.
Κάθε πυρήνας είναι εξοπλισμένος με μια κρυφή μνήμη πρώτου επιπέδου. Επιπλέον, υπάρχει έως και 4 MB κατανεμημένης προσωρινής μνήμης L2 χαμηλής καθυστέρησης. Ο επεξεργαστής είναι εξοπλισμένος με έναν συνεκτικό δίαυλο 128-bit που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επικοινωνία με άλλα μπλοκ και περιφερειακά.
Οι πυρήνες που βρίσκονται κάτω από το Cortex-A15 είναι μια εξέλιξη του Cortex-A9. Έχουν παρόμοια δομή.
Το Cortex-A9, σε αντίθεση με το Cortex-A15, μπορεί να παραχθεί τόσο σε εκδόσεις πολλαπλών όσο και σε μονοπύρηνες εκδόσεις. Η μέγιστη συχνότητα είναι 2,0 GHz, το Cortex-A15 προτείνει τη δυνατότητα δημιουργίας τσιπ που λειτουργούν σε συχνότητα 2,5 GHz. Τα τσιπ που θα βασίζονται σε αυτό θα κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας διαδικασίες παραγωγής 40 nm και λεπτότερες. Το Cortex-A9 είναι διαθέσιμο σε τεχνολογίες διεργασίας 65 και 40 nm.
Το Cortex-A9, όπως και το Cortex-A15, έχει σχεδιαστεί για χρήση σε smartphone και tablet υψηλής απόδοσης, αλλά είναι πολύ σκληρό για πιο σοβαρές εφαρμογές, για παράδειγμα, σε διακομιστές. Μόνο το Cortex-A15 διαθέτει εικονικοποίηση υλικού, διευθυνσιοδότηση εκτεταμένης μνήμης. Επιπλέον, το σετ εντολών NEON Advanced SIMD και το FPU στο Cortex-A9 είναι προαιρετικά στοιχεία, ενώ είναι υποχρεωτικά στο Cortex-A15.
Το Cortex-A8 θα εξαφανιστεί σταδιακά από τη σκηνή στο μέλλον, αλλά προς το παρόν αυτή η επιλογή ενός πυρήνα θα βρει χρήση σε οικονομικά smartphone. Μια λύση χαμηλού κόστους με συχνότητες από 600 MHz έως 1 GHz είναι μια ισορροπημένη αρχιτεκτονική. Διαθέτει FPU, υποστηρίζει την πρώτη έκδοση του SIMD NEON. Το Cortex-A8 προϋποθέτει μια ενιαία διαδικασία κατασκευής - 65 nm.
ARM προηγούμενες γενιές
Οι επεξεργαστές ARM11 είναι αρκετά διαδεδομένοι στην αγορά κινητής τηλεφωνίας. Βασίζονται στην αρχιτεκτονική ARMv6 και τις τροποποιήσεις της. Χαρακτηρίζεται από αγωγούς 8-9 σταδίων, υποστήριξη Jazelle, η οποία επιταχύνει την επεξεργασία του κώδικα Java, ροή οδηγιών SIMD, Thumb-2.
Οι επεξεργαστές XScale, ARM10E, ARM9E βασίζονται στην αρχιτεκτονική ARMv5 και τις τροποποιήσεις της. Το μέγιστο μήκος αγωγού είναι 6 στάδια, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP. Τα τσιπ XScale διαθέτουν κρυφή μνήμη δεύτερου επιπέδου. Επεξεργαστές χρησιμοποιήθηκαν σε smartphone από τα μέσα της δεκαετίας του 2000 και σήμερα μπορούν να βρεθούν σε ορισμένα φθηνά κινητά τηλέφωνα.
Οι ARM9TDMI, ARM8, StrongARM είναι εκπρόσωποι του ARMv4, το οποίο διαθέτει αγωγό 3-5 σταδίων, υποστηρίζει τον Thumb. Το ARMv4, για παράδειγμα, βρέθηκε στα πρώιμα κλασικά iPod.
Το ARM6 και το ARM7 είναι ARMv3. Σε αυτήν την αρχιτεκτονική, το μπλοκ FPU εμφανίστηκε για πρώτη φορά, εφαρμόστηκε διευθυνσιοδότηση μνήμης 32 bit και όχι 26 bit, όπως στα πρώτα δείγματα της αρχιτεκτονικής. Τυπικά, το ARMv2 και το ARMv1 ήταν τσιπ 32 bit, αλλά στην πραγματικότητα λειτουργούσαν ενεργά μόνο με χώρο διευθύνσεων 26 bit. Η προσωρινή μνήμη εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο ARMv2.
Το όνομά τους είναι λεγεώνα
Η Acorn δεν επρόκειτο αρχικά να γίνει παίκτης στην αγορά επεξεργαστών. Το έργο του έργου ARM ήταν η δημιουργία ενός τσιπ δικής του παραγωγής για την παραγωγή υπολογιστών - ήταν η δημιουργία ενός υπολογιστή στο Acorn που θεωρήθηκε η κύρια επιχείρησή του.
Από μια ομάδα προγραμματιστών, η ARM έγινε εταιρεία χάρη στην Apple. Το 1990, η Apple συνεργάστηκε με τις VLSI και Acorn για να αναπτύξει έναν οικονομικό επεξεργαστή για τον πρώτο φορητό υπολογιστή Newton. Για τους σκοπούς αυτούς, δημιουργήθηκε μια ξεχωριστή εταιρεία, η οποία έλαβε το όνομα του εσωτερικού έργου Acorn - ARM.
Με τη συμμετοχή της Apple, δημιουργήθηκε ο επεξεργαστής ARM6, ο οποίος είναι ο πλησιέστερος στα σύγχρονα τσιπ του Άγγλου προγραμματιστή. Ταυτόχρονα, η DEC μπόρεσε να κατοχυρώσει με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας την αρχιτεκτονική ARM6 και άρχισε να παράγει τσιπ με την επωνυμία StrongARM. Μερικά χρόνια αργότερα, η τεχνολογία μεταφέρθηκε στην Intel ως μέρος μιας άλλης διαφωνίας για διπλώματα ευρεσιτεχνίας. Ο γίγαντας των μικροεπεξεργαστών έχει δημιουργήσει το δικό του ανάλογο που βασίζεται στο ARM - τον επεξεργαστή XScale. Όμως, στα μέσα της προηγούμενης δεκαετίας, η Intel απαλλάχθηκε από αυτό το «μη βασικό στοιχείο», εστιάζοντας αποκλειστικά στο x86. Το XScale έχει αναλάβει η Marvell, η οποία έχει ήδη αδειοδοτήσει την ARM.
Η ARM που εμφανίστηκε πρόσφατα στον κόσμο στην αρχή δεν ήταν σε θέση να ασχοληθεί με την παραγωγή επεξεργαστών. Η διοίκηση της επέλεξε έναν διαφορετικό τρόπο για να βγάλει χρήματα. Η αρχιτεκτονική ARM χαρακτηριζόταν από απλότητα και ευελιξία. Αρχικά, ο πυρήνας στερήθηκε ακόμη και προσωρινής μνήμης, επομένως, στη συνέχεια, πρόσθετες μονάδες, συμπεριλαμβανομένης της FPU, οι ελεγκτές δεν ενσωματώθηκαν στενά στον επεξεργαστή, αλλά, όπως ήταν, κρεμάστηκαν στη βάση.
Αντίστοιχα, η ARM πήρε στα χέρια της έναν ευφυή σχεδιαστή που επέτρεψε στις τεχνολογικά προηγμένες εταιρείες να δημιουργήσουν επεξεργαστές ή μικροελεγκτές για τις ανάγκες τους. Αυτό γίνεται με τη βοήθεια των λεγόμενων συνεπεξεργαστών, οι οποίοι μπορούν να επεκτείνουν την τυπική λειτουργικότητα. Συνολικά, η αρχιτεκτονική υποστηρίζει έως και 16 συνεπεξεργαστές (αριθμημένοι από το 0 έως το 15), αλλά ο αριθμός 15 προορίζεται για έναν συνεπεξεργαστή που εκτελεί λειτουργίες διαχείρισης κρυφής μνήμης και μνήμης.
Τα περιφερειακά συνδέονται στο τσιπ ARM αντιστοιχίζοντας τους καταχωρητές τους στο χώρο μνήμης του επεξεργαστή ή του συνεπεξεργαστή. Για παράδειγμα, ένα τσιπ επεξεργασίας εικόνας μπορεί να αποτελείται από έναν σχετικά απλό πυρήνα που βασίζεται σε ARM7TDMI και έναν συμεπεξεργαστή που παρέχει αποκωδικοποίηση HDTV.
Η ARM έχει αρχίσει να αδειοδοτεί την αρχιτεκτονική της. Άλλες εταιρείες έχουν ήδη εμπλακεί στην υλοποίησή του σε πυρίτιο, όπως η Texas Instruments, η Marvell, η Qualcomm, η Freescale, αλλά και εντελώς μη βασικές εταιρείες όπως η Samsung, η Nokia, η Nintendo ή η Canon.
Η έλλειψη δικών εργοστασίων, καθώς και τα εντυπωσιακά δικαιώματα, επέτρεψαν στην ARM να είναι πιο ευέλικτη στην ανάπτυξη νέων εκδόσεων της αρχιτεκτονικής. Η παρέα τα έψηνε σαν ζεστά κέικ, μπαίνοντας σε νέες θέσεις. Εκτός από smartphone και tablet, η αρχιτεκτονική χρησιμοποιείται σε εξειδικευμένους επεξεργαστές, όπως πλοηγούς GPS, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και βιντεοκάμερες. Στη βάση του, δημιουργούνται βιομηχανικοί ελεγκτές και άλλα τσιπ για ενσωματωμένα συστήματα.
Το σύστημα αδειών ARM είναι μια πραγματική υπεραγορά μικροηλεκτρονικών. Η εταιρεία αδειοδοτεί όχι μόνο νέες, αλλά και απαρχαιωμένες αρχιτεκτονικές. Το τελευταίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία μικροελεγκτών ή τσιπ για συσκευές χαμηλού κόστους. Φυσικά, το επίπεδο των δικαιωμάτων εξαρτάται από τον βαθμό καινοτομίας και πολυπλοκότητας της αρχιτεκτονικής παραλλαγής που ενδιαφέρει τον κατασκευαστή. Παραδοσιακά, οι τεχνικές διαδικασίες για τις οποίες η ARM αναπτύσσει επεξεργαστές είναι 1-2 βήματα πίσω από αυτές που θεωρούνται σχετικές για το x86. Η υψηλή ενεργειακή απόδοση της αρχιτεκτονικής την καθιστά λιγότερο εξαρτημένη από τη μετάβαση σε νέα τεχνικά πρότυπα. Η Intel και η AMD προσπαθούν να φτιάξουν λεπτότερα τσιπ για να αυξήσουν τις ταχύτητες ρολογιού και τον αριθμό πυρήνων διατηρώντας παράλληλα το φυσικό μέγεθος και την κατανάλωση ενέργειας. Το ARM έχει εγγενώς χαμηλότερες απαιτήσεις ισχύος και επίσης προσφέρει μεγαλύτερη απόδοση ανά watt.
Χαρακτηριστικά των επεξεργαστών NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell
Με την αδειοδότηση της ARM δεξιά και αριστερά, οι προγραμματιστές ενίσχυσαν τη θέση της αρχιτεκτονικής τους σε βάρος των αρμοδιοτήτων των συνεργατών. Το NVIDIA Tegra μπορεί να θεωρηθεί κλασικό παράδειγμα σε αυτή την περίπτωση. Αυτή η σειρά συστημάτων-σε-τσιπ βασίζεται στην αρχιτεκτονική ARM, αλλά η NVIDIA είχε ήδη τις δικές της πολύ σοβαρές εξελίξεις στον τομέα των τρισδιάστατων γραφικών και της λογικής του συστήματος.
Η ARM δίνει στους δικαιοδόχους της ευρεία εξουσία να επανασχεδιάσουν την αρχιτεκτονική. Αντίστοιχα, οι μηχανικοί της NVIDIA μπόρεσαν να συνδυάσουν τα δυνατά σημεία του ARM (υπολογιστική CPU) και τα δικά τους προϊόντα στο Tegra - εργασία με τρισδιάστατα γραφικά κ.λπ. Ως αποτέλεσμα, το Tegra έχει την υψηλότερη απόδοση 3D στην κατηγορία του. Είναι 25-30% πιο γρήγορα από το PowerVR που χρησιμοποιείται από τη Samsung και την Texas Instruments και είναι σχεδόν διπλάσια από το Adreno της Qualcomm.
Άλλοι κατασκευαστές επεξεργαστών που βασίζονται στην αρχιτεκτονική ARM ενισχύουν ορισμένα πρόσθετα μπλοκ, βελτιώνοντας τα τσιπ προκειμένου να επιτύχουν υψηλότερες συχνότητες και απόδοση.
Για παράδειγμα, η Qualcomm δεν χρησιμοποιεί το σχέδιο αναφοράς ARM. Οι μηχανικοί της εταιρείας το επανασχεδίασαν σοβαρά και το ονόμασαν Σκορπιό - είναι αυτός που βρίσκεται κάτω από τα τσιπ Snapdragon. Εν μέρει, η σχεδίαση έχει επανασχεδιαστεί προκειμένου να κυριαρχήσει πιο λεπτές τεχνικές διαδικασίες από αυτές που προβλέπονται από το τυπικό IP ARM. Ως αποτέλεσμα, τα πρώτα Snapdragon παρήχθησαν σε πρότυπα 45 nm, τα οποία τους παρείχαν υψηλότερες συχνότητες. Και η νέα γενιά αυτών των επεξεργαστών με τα δηλωμένα 2,5 GHz μπορεί ακόμη και να γίνει η ταχύτερη μεταξύ των αναλόγων που βασίζονται στο ARM Cortex-A9. Η Qualcomm χρησιμοποιεί επίσης τον δικό της πυρήνα γραφικών Adreno, με βάση τις εξελίξεις που αποκτήθηκαν από την AMD. Έτσι, κατά κάποιο τρόπο, το Snapdragon και το Tegra είναι εχθροί σε γενετικό επίπεδο.
Η Samsung, όταν δημιούργησε το Hummingbird, πήρε επίσης τον δρόμο της βελτιστοποίησης της αρχιτεκτονικής. Οι Κορεάτες, μαζί με το Intrinsity, άλλαξαν τη λογική, η οποία μείωσε τον αριθμό των εντολών που απαιτούνται για την εκτέλεση κάποιων λειτουργιών. Έτσι ήταν δυνατό να κερδίσουμε το 5-10% της παραγωγικότητας. Επιπλέον, προστέθηκαν μια δυναμική κρυφή μνήμη δεύτερου επιπέδου και μια επέκταση πολυμέσων ARM NEON. Οι Κορεάτες χρησιμοποίησαν το PowerVR SGX540 ως μονάδα γραφικών.
Η Texas Instruments στη νέα σειρά OMAP που βασίζεται στην αρχιτεκτονική ARM Cortex-A έχει προσθέσει μια ειδική μονάδα IVA υπεύθυνη για την επιτάχυνση της επεξεργασίας εικόνας. Σας επιτρέπει να επεξεργάζεστε γρήγορα τα δεδομένα που προέρχονται από την ενσωματωμένη κάμερα με αισθητήρα. Επιπλέον, συνδέεται με τον ISP και συμβάλλει στην επιτάχυνση του βίντεο. Το OMAP χρησιμοποιεί επίσης γραφικά PowerVR.
Το Apple A4 διαθέτει μεγάλη κρυφή μνήμη 512 KB, γραφικά PowerVR και ο ίδιος ο πυρήνας ARM βασίζεται σε μια παραλλαγή της αρχιτεκτονικής που επανασχεδιάστηκε από τη Samsung.
Το dual-core Apple A5, το οποίο έκανε το ντεμπούτο του στο iPad 2 στις αρχές του 2011, βασίζεται στην αρχιτεκτονική ARM Cortex-A9, όπως ακριβώς βελτιστοποιήθηκε από τη Samsung την προηγούμενη φορά. Σε σύγκριση με το A4, το νέο τσιπ έχει διπλάσια ποσότητα cache L2 - έχει αυξηθεί στο 1 MB. Ο επεξεργαστής περιέχει ελεγκτή μνήμης RAM δύο καναλιών και έχει βελτιωμένο μπλοκ βίντεο. Ως αποτέλεσμα, η απόδοσή του σε ορισμένες εργασίες είναι διπλάσια από αυτή του Apple A4.
Η Marvell προσφέρει τσιπ που βασίζονται στη δική της αρχιτεκτονική Sheeva, η οποία μετά από προσεκτικότερη εξέταση αποδεικνύεται ότι είναι ένα υβρίδιο του XScale, που κάποτε αγοράστηκε από την Intel και την ARM. Αυτά τα τσιπ έχουν μεγάλη μνήμη cache σε σύγκριση με τα αντίστοιχα και είναι εξοπλισμένα με ειδική μονάδα πολυμέσων.
Επί του παρόντος, οι κάτοχοι άδειας ARM παράγουν μόνο τσιπ που βασίζονται στην αρχιτεκτονική ARM Cortex-A9. Ταυτόχρονα, αν και σας επιτρέπει να δημιουργείτε παραλλαγές τετραπύρηνων, η NVIDIA, η Apple, η Texas Instruments και άλλες εξακολουθούν να περιορίζονται σε μοντέλα με έναν ή δύο πυρήνες. Επιπλέον, τα τσιπ λειτουργούν σε συχνότητες έως και 1,5 GHz. Το Cortex-A9 σάς επιτρέπει να δημιουργείτε επεξεργαστές δύο GHz, αλλά και πάλι, οι κατασκευαστές δεν προσπαθούν να αυξήσουν γρήγορα τις συχνότητες - προς το παρόν, η αγορά θα έχει αρκετούς επεξεργαστές διπλού πυρήνα στα 1,5 GHz.
Οι επεξεργαστές που βασίζονται στο Cortex-A15 θα πρέπει να γίνουν πραγματικά πολυπύρηνες, αλλά αν ανακοινωθούν, τότε σε χαρτί. Η εμφάνισή τους σε πυρίτιο θα πρέπει να αναμένεται την επόμενη χρονιά.
Τρέχοντες επεξεργαστές δικαιούχου άδειας ARM που βασίζονται στο Cortex-A9:
x86 - ο κύριος αντίπαλος
Το x86 είναι αντιπροσωπευτικό των αρχιτεκτονικών CISC. Χρησιμοποιούν το πλήρες σύνολο εντολών. Μία εντολή σε αυτήν την περίπτωση εκτελεί πολλές λειτουργίες χαμηλού επιπέδου. Ο κώδικας προγράμματος, σε αντίθεση με το ARM, είναι πιο συμπαγής, αλλά δεν εκτελείται τόσο γρήγορα και απαιτεί περισσότερους πόρους. Επιπλέον, από την αρχή, τα x86 ήταν εξοπλισμένα με όλα τα απαραίτητα μπλοκ, γεγονός που υποδήλωνε τόσο την ευελιξία όσο και τη λαιμαργία τους. Ξοδεύτηκε πρόσθετη ενέργεια για την άνευ όρων, παράλληλη εκτέλεση εντολών. Αυτό σας επιτρέπει να επιτύχετε ένα πλεονέκτημα ταχύτητας, αλλά ορισμένες λειτουργίες είναι σε αδράνεια επειδή δεν πληρούν τις προηγούμενες συνθήκες.
Αυτά ήταν τα κλασικά x86, αλλά ξεκινώντας με το 80486, η Intel de facto δημιούργησε έναν εσωτερικό πυρήνα RISC που εκτελούσε εντολές CISC, που προηγουμένως είχαν αποσυντεθεί σε απλούστερες εντολές. Οι σύγχρονοι επεξεργαστές Intel και AMD έχουν τον ίδιο σχεδιασμό.
Windows 8 και ARM
Το ARM και το x86 σήμερα διαφέρουν λιγότερο από 30 χρόνια πριν, αλλά εξακολουθούν να βασίζονται σε διαφορετικές αρχές, που τα χωρίζει σε διαφορετικές θέσεις της αγοράς επεξεργαστών. Οι αρχιτεκτονικές δεν θα μπορούσαν ποτέ να διασταυρωθούν αν ο ίδιος ο υπολογιστής δεν είχε αλλάξει.
Η κινητικότητα και η αποτελεσματικότητα ήρθαν στο προσκήνιο, δόθηκε μεγαλύτερη προσοχή στα smartphone και τα tablet. Η Apple κερδίζει πολλά χρήματα από φορητές συσκευές και την υποδομή που συνδέεται με αυτά. Η Microsoft δεν θέλει να μείνει πίσω και προσπαθεί να κερδίσει έδαφος στην αγορά των tablet για δεύτερη χρονιά. Η Google τα πάει πολύ καλά.
Ο επιτραπέζιος υπολογιστής γίνεται πρώτα απ 'όλα ένα εργαλείο εργασίας, η θέση ενός οικιακού υπολογιστή καταλαμβάνεται από tablet και εξειδικευμένες συσκευές. Υπό αυτές τις συνθήκες, η Microsoft πρόκειται να κάνει ένα πρωτοφανές βήμα. . Δεν είναι απολύτως σαφές σε τι θα οδηγήσει αυτό. Θα λάβουμε δύο εκδόσεις του λειτουργικού συστήματος ή μία που θα λειτουργεί και με τις δύο αρχιτεκτονικές. Θα υποστηρίζει το x86 της Microsoft το Bury ARM ή όχι;
Υπάρχουν ελάχιστες πληροφορίες ακόμα. Η Microsoft παρουσίασε τα Windows 8 σε μια συσκευή που βασίζεται σε ARM κατά τη διάρκεια της CES 2011. Ο Steve Ballmer έδειξε ότι στην πλατφόρμα ARM, χρησιμοποιώντας τα Windows, μπορείτε να παρακολουθήσετε βίντεο, να εργαστείτε με εικόνες, να χρησιμοποιήσετε το Διαδίκτυο - ο Internet Explorer εργάστηκε ακόμη και με επιτάχυνση υλικού - συνδέστε συσκευές USB, εκτυπώστε έγγραφα. Το πιο σημαντικό σε αυτήν την επίδειξη ήταν η εκτέλεση του Microsoft Office σε ARM χωρίς εικονική μηχανή. Η παρουσίαση παρουσίασε τρία gadget βασισμένα σε επεξεργαστές Qualcomm, Texas Instruments και NVIDIA. Τα Windows είχαν ένα τυπικό κέλυφος "επτά", αλλά οι εκπρόσωποι της Microsoft ανακοίνωσαν έναν νέο, επανασχεδιασμένο πυρήνα συστήματος.
Ωστόσο, τα Windows δεν είναι μόνο ένα λειτουργικό σύστημα κατασκευασμένο από μηχανικούς της Microsoft, είναι επίσης εκατομμύρια προγράμματα. Κάποιο λογισμικό είναι κρίσιμο για άτομα σε πολλά επαγγέλματα. Για παράδειγμα, το πακέτο Adobe CS. Θα υποστηρίξει η εταιρεία την έκδοση του λογισμικού ARM-Windows ή ο νέος πυρήνας θα επιτρέψει στο Photoshop και άλλες δημοφιλείς εφαρμογές να εκτελούνται σε υπολογιστές με NVIDIA Tegra ή παρόμοια τσιπ χωρίς πρόσθετες τροποποιήσεις κώδικα;
Επιπλέον, υπάρχει μια ερώτηση με τις κάρτες βίντεο. Τώρα οι κάρτες γραφικών για φορητούς υπολογιστές κατασκευάζονται με τη βελτιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας των τσιπ γραφικών επιτραπέζιων υπολογιστών - αρχιτεκτονικά είναι ίδιες. Ταυτόχρονα, τώρα μια κάρτα βίντεο είναι κάτι σαν "υπολογιστής μέσα σε υπολογιστή" - έχει τη δική της εξαιρετικά γρήγορη μνήμη RAM και το δικό της υπολογιστικό τσιπ, το οποίο ξεπερνά σημαντικά τους συμβατικούς επεξεργαστές σε συγκεκριμένες εργασίες. Είναι αυτονόητο ότι για αυτούς έχει γίνει αντίστοιχη βελτιστοποίηση εφαρμογών που λειτουργούν με τρισδιάστατα γραφικά. Ναι, και διάφορα προγράμματα επεξεργασίας βίντεο και επεξεργαστές γραφικών (ιδίως, το Photoshop από την έκδοση CS4), και πιο πρόσφατα, τα προγράμματα περιήγησης χρησιμοποιούν επίσης επιτάχυνση υλικού GPU.
Φυσικά, σε Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS και άλλα συστήματα κινητής τηλεφωνίας, έχει γίνει η απαραίτητη βελτιστοποίηση για διάφορους κινητούς (ακριβέστερα, υπερκινητούς) επιταχυντές της αγοράς. Ωστόσο, δεν υποστηρίζονται στα Windows. Τα προγράμματα οδήγησης, φυσικά, θα είναι γραμμένα (και έχουν ήδη γραφτεί - οι επεξεργαστές της σειράς Intel Atom Z500 παρέχονται με ένα chipset, όπου είναι ενσωματωμένος ο πυρήνας γραφικών PowerVR SGX 535 "smartphone), αλλά η βελτιστοποίηση εφαρμογών για αυτούς μπορεί να καθυστερήσει, αν όχι καθόλου.
Προφανώς, το "ARM on the desktop" δεν θα ριζώσει πραγματικά. Εκτός αν σε συστήματα χαμηλής κατανάλωσης στα οποία θα έχουν πρόσβαση στο Διαδίκτυο και θα παρακολουθούν ταινίες. Σε nettops γενικά. Έτσι, η ARM προσπαθεί απλώς να κάνει μια ταλάντευση στη θέση που έχει καταλάβει η Intel Atom και όπου η AMD πιέζει τώρα ενεργά με την πλατφόρμα της Brazos. Και φαίνεται να είναι μέρος της. Εκτός κι αν και οι δύο εταιρείες επεξεργαστών «πυροβολήσουν» με κάτι πολύ ανταγωνιστικό.
Κατά τόπους, η Intel Atom και η ARM ανταγωνίζονται ήδη. Χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία αποθηκευτικών χώρων δικτύου και διακομιστών χαμηλής κατανάλωσης που μπορούν να εξυπηρετήσουν ένα μικρό γραφείο ή διαμέρισμα. Υπάρχουν επίσης αρκετά εμπορικά έργα συμπλέγματος που βασίζονται σε οικονομικά τσιπ της Intel. Τα χαρακτηριστικά των νέων επεξεργαστών που βασίζονται στον ARM Cortex-A9 τους επιτρέπουν να χρησιμοποιούνται για την υποστήριξη της υποδομής. Έτσι, σε μερικά χρόνια μπορούμε να αποκτήσουμε διακομιστές ARM ή ARM-NAS για μικρά τοπικά δίκτυα και δεν μπορεί να αποκλειστεί η εμφάνιση διακομιστών web χαμηλής ισχύος.
Πρώτο σπάρινγκ
Ο κύριος αντίπαλος της ARM από την πλευρά του x86 είναι το Intel Atom και τώρα μπορείτε να προσθέσετε το . Η σύγκριση του x86 και του ARM πραγματοποιήθηκε από τον Van Smith, ο οποίος δημιούργησε πακέτα δοκιμής OpenSourceMark, miniBench και έναν από τους συν-συγγραφείς του SiSoftware Sandra. Στον αγώνα συμμετείχαν οι Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050. Οι συχνότητες των τσιπ x86 μειώθηκαν, αλλά παρόλα αυτά είχαν ένα πλεονέκτημα λόγω της πιο προηγμένης μνήμης.
Τα αποτελέσματα ήταν πολύ ενδιαφέροντα. Το τσιπ ARM αποδείχθηκε εξίσου γρήγορο με τους ανταγωνιστές του στις λειτουργίες ακέραιων αριθμών, ενώ κατανάλωνε λιγότερη ενέργεια. Δεν υπάρχει τίποτα περίεργο εδώ. Αρχικά, η αρχιτεκτονική ήταν αρκετά γρήγορη και οικονομική. Σε λειτουργίες κινητής υποδιαστολής, το ARM έχασε το x86. Το παραδοσιακά ισχυρό μπλοκ FPU που διατίθεται για τσιπ Intel και AMD έχει επηρεάσει εδώ. Θυμηθείτε ότι εμφανίστηκε στο ARM σχετικά πρόσφατα. Οι εργασίες που εμπίπτουν στο FPU καταλαμβάνουν σημαντική θέση στη ζωή ενός σύγχρονου χρήστη - αυτά είναι παιχνίδια, κωδικοποίηση βίντεο και ήχου και άλλες λειτουργίες ροής. Φυσικά, οι δοκιμές που έκανε ο Van Smith δεν είναι πλέον τόσο επίκαιρες σήμερα. Η ARM έχει αυξήσει σημαντικά τις αδυναμίες της αρχιτεκτονικής της στις εκδόσεις του Cortex-A9 και ιδιαίτερα του Cortex-A15, οι οποίες, για παράδειγμα, μπορούν ήδη να εκτελούν εντολές άνευ όρων, παραλληλίζοντας την εκτέλεση εργασιών.
Προοπτική ARM
Λοιπόν, ποια αρχιτεκτονική πρέπει να χρησιμοποιήσετε τελικά, ARM ή x86; Το καλύτερο θα ήταν να στοιχηματίσετε και στα δύο. Σήμερα ζούμε σε συνθήκες αναδιαμόρφωσης της αγοράς υπολογιστών. Το 2008, τα netbooks προέβλεπαν ένα λαμπρό μέλλον. Οι φτηνοί μικροί φορητοί υπολογιστές θα έπρεπε να έχουν γίνει ο κύριος υπολογιστής για τους περισσότερους χρήστες, ειδικά στο πλαίσιο της παγκόσμιας κρίσης. Αλλά μετά άρχισε η οικονομική ανάκαμψη και ήρθε το iPad. Τα tablet είναι πλέον οι βασιλιάδες της αγοράς. Ωστόσο, το tablet είναι καλό ως κονσόλα ψυχαγωγίας, αλλά δεν είναι πολύ βολικό για εργασία εξαρχής λόγω της εισαγωγής αφής - η σύνταξη αυτού του άρθρου στο iPad θα ήταν πολύ δύσκολη και μακρά. Θα αντέξουν τα tablet στη δοκιμασία του χρόνου; Ίσως σε μερικά χρόνια θα έχουμε ένα νέο παιχνίδι.
Ωστόσο, στο τμήμα των κινητών, όπου δεν απαιτείται υψηλή απόδοση και η δραστηριότητα των χρηστών περιορίζεται κυρίως στην ψυχαγωγία και δεν σχετίζεται με την εργασία, το ARM φαίνεται προτιμότερο από το x86. Παρέχουν ένα αποδεκτό επίπεδο απόδοσης, καθώς και μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Οι προσπάθειες της Intel να φέρει στο μυαλό της την Atom ήταν μέχρι στιγμής ανεπιτυχείς. Το ARM θέτει μια νέα μπάρα για απόδοση ανά watt. Πιθανότατα, η ARM θα είναι επιτυχημένη σε μικρού μεγέθους φορητές συσκευές. Στην αγορά netbook, μπορούν επίσης να γίνουν ηγέτες, αλλά εδώ όλα εξαρτώνται όχι τόσο από τους προγραμματιστές επεξεργαστών, αλλά από τη Microsoft και την Google. Εάν το πρώτο υλοποιεί κανονική υποστήριξη ARM στα Windows 8, και το δεύτερο θα φέρει στο μυαλό το Chrome OS. Μέχρι στιγμής, τα smartbook που προσφέρει η Qualcomm δεν έχουν κάνει αγορά. Τα netbook βασισμένα στο x86 επέζησαν.
Μια σημαντική πρόοδος προς αυτή την κατεύθυνση, όπως σχεδιάζει η ARM, θα πρέπει να γίνει από την αρχιτεκτονική Cortex-A15. Η εταιρεία προτείνει επεξεργαστές διπλού και τετραπύρηνου βασισμένου σε αυτό με συχνότητα 1,0-2,0 GHz για συστήματα οικιακής ψυχαγωγίας που θα συνδυάζουν media player, 3D τηλεόραση και τερματικό Internet. Τετραπύρηνα τσιπ με συχνότητα 1,5-2,5 GHz μπορούν να γίνουν η βάση των οικιακών και web servers. Τέλος, η πιο φιλόδοξη περίπτωση χρήσης του Cortex-A15 είναι η ασύρματη υποδομή. Μπορεί να χρησιμοποιήσει τσιπ με τέσσερις ή περισσότερους πυρήνες, με συχνότητα 1,5-2,5 GHz.
Αλλά προς το παρόν, αυτά είναι απλώς σχέδια. Το Cortex-A15 παρουσιάστηκε στην ARM τον Σεπτέμβριο του περασμένου έτους. Το Cortex-A9 παρουσιάστηκε από την εταιρεία τον Οκτώβριο του 2007, δύο χρόνια αργότερα η εταιρεία παρουσίασε την έκδοση A9 με δυνατότητα αύξησης της συχνότητας των τσιπ έως και 2,0 GHz. Για σύγκριση, το NVIDIA Tegra 2 - μια από τις πιο δημοφιλείς λύσεις που βασίζεται στο Cortex-A9 - κυκλοφόρησε μόλις τον περασμένο Ιανουάριο. Λοιπόν, τα πρώτα gadget που βασίστηκαν σε αυτό, οι χρήστες μπόρεσαν να αισθανθούν μετά από άλλους έξι μήνες.
Το τμήμα των λειτουργικών υπολογιστών και των λύσεων υψηλής απόδοσης θα παραμείνει για το x86. Αυτό δεν θα σημαίνει τον θάνατο της αρχιτεκτονικής, αλλά σε νομισματικούς όρους, η Intel και η AMD θα πρέπει να προετοιμαστούν για την απώλεια μέρους του εισοδήματος που θα πάει στους κατασκευαστές επεξεργαστών ARM.
Σίγουρα ο καθένας από εσάς αναρωτήθηκε: τι είναι το ARM; Μπορείτε συχνά να ακούσετε αυτήν τη συντομογραφία όταν πρόκειται για τον επεξεργαστή της συσκευής. Και μερικές φορές δεν είναι όλοι απολύτως ξεκάθαροι για την ουσία του.
Ας πούμε αμέσως ότι η ARM είναι μια εταιρεία, αλλά η ARM είναι επίσης μια αρχιτεκτονική επεξεργαστή που ανέπτυξε η ARM.
Ένας επεξεργαστής ARM είναι μια CPU που βασίζεται στην αρχιτεκτονική RISC που αναπτύχθηκε από την Acorn Computers τη δεκαετία του 1980 και αναπτύσσεται επί του παρόντος από την Advanced RISC Machines, εξ ου και η συντομογραφία "ARM". Ταυτόχρονα, η συντομογραφία ARM σε σχέση άμεσα με την αρχιτεκτονική του επεξεργαστή σημαίνει Acorn RISC Machine. Με άλλα λόγια, υπάρχουν δύο έννοιες για τη συντομογραφία ARM.
Η Advanced RISC Machines είναι μια εταιρεία με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο που αναπτύσσει, σχεδιάζει και αδειοδοτεί την αρχιτεκτονική του επεξεργαστή ARM. Η ARM αναπτύσσει μια μέθοδο για την κατασκευή επεξεργαστών ARM και εταιρείες όπως η Apple και η Samsung σχεδιάζουν τους επεξεργαστές τους με βάση το ARM. Επί του παρόντος, σχεδόν όλες οι συσκευές με μικρές διαστάσεις και εξοπλισμένες με μπαταρία διαθέτουν επεξεργαστές βασισμένους στην αρχιτεκτονική ARM.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι αρχιτεκτονικής επεξεργαστή: CISC, RISC, MISC. Το πρώτο διακρίνεται από ένα μεγάλο σύνολο οδηγιών, δηλαδή το CISC έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί με πολύπλοκες εντολές άνισου μήκους. Το RISC, από την άλλη πλευρά, έχει ένα μειωμένο σύνολο εντολών που έχουν μια ενιαία μορφή και διακρίνονται από μια απλή κωδικοποίηση.
Για να καταλάβετε τη διαφορά, φανταστείτε ότι ο προσωπικός σας υπολογιστής διαθέτει επεξεργαστή από την AMD ή την Intel με αρχιτεκτονική CISC. Οι επεξεργαστές CISC παράγουν περισσότερα από MIPS (εκατομμύρια εντολές ανά δευτερόλεπτο, δηλαδή ο αριθμός ορισμένων εντολών που εκτελούνται από τον επεξεργαστή σε ένα δευτερόλεπτο).
Οι επεξεργαστές RICS έχουν λιγότερα τρανζίστορ, επιτρέποντάς τους να καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια. Ο μειωμένος αριθμός οδηγιών επιτρέπει τον σχεδιασμό απλοποιημένων μικροκυκλωμάτων. Το μειωμένο μέγεθος τσιπ έχει ως αποτέλεσμα μικρότερο μέγεθος καλουπιού, το οποίο επιτρέπει την τοποθέτηση περισσότερων εξαρτημάτων στον επεξεργαστή, καθιστώντας τους επεξεργαστές ARM μικρότερους και πολύ πιο αποδοτικούς σε ενέργεια.
Η αρχιτεκτονική ARM είναι εξαιρετική για smartphone, για τα οποία το κύριο πράγμα είναι η κατανάλωση ενέργειας, ενώ όσον αφορά την απόδοση, οι επεξεργαστές ARM, φυσικά, είναι σημαντικά κατώτεροι από τις κορυφαίες λύσεις της Intel και της AMD. Ταυτόχρονα, οι επεξεργαστές ARM δεν μπορούν να χαρακτηριστούν αδύναμοι. Το ARM υποστηρίζει αρχιτεκτονικές τόσο 32-bit όσο και 64-bit, υπάρχει επίσης υποστήριξη για εικονικοποίηση υλικού, προηγμένη διαχείριση ενέργειας.
Η κύρια παράμετρος κατά την αξιολόγηση των επεξεργαστών ARM είναι ο λόγος της απόδοσης προς την κατανάλωση ενέργειας, εδώ οι επεξεργαστές ARM αποδίδουν καλύτερα από, για παράδειγμα, έναν επεξεργαστή x86 της Intel που βασίζεται στην αρχιτεκτονική CISC.
Έτσι, στην περίπτωση των υπερυπολογιστών, θα είναι πιο ελκυστικό να χρησιμοποιείτε ένα εκατομμύριο επεξεργαστές ARM αντί για χίλιους επεξεργαστές x86.
Σύμφωνα με το androidcentral
Φόρτωση...