Debido al número cada vez mayor de aplicaciones que imponen mayores demandas en el rendimiento del procesamiento de datos, existe una tendencia hacia una mayor demanda de 32 bits. microcontroladores Esta conclusión fue hecha por la empresa de marketing Semico, que predice un doble predominio de la capacidad del mercado de 32 bits. Microcontroladores de más de 8 y 16 bits. en 2007 . En este sentido, el propósito de este artículo es presentar las tendencias generales de desarrollo de uno de los 32 bits más comunes. Núcleos ARM y ofrece una evaluación comparativa de los microcontroladores basados en ellos de los fabricantes más asequibles en los mercados de la CEI.
Descripción general de la arquitectura ARM
El núcleo del microcontrolador ARM fue desarrollado por la empresa inglesa del mismo nombre, organizada en 1990. El nombre ARM proviene de "Máquinas RISC avanzadas". Cabe señalar que la empresa se especializa exclusivamente en el desarrollo de núcleos de microprocesadores y unidades periféricas, mientras que no cuenta con instalaciones de producción para la producción de microcontroladores. ARM entrega sus diseños en formato electrónico, sobre la base de los cuales los clientes diseñan sus propios microcontroladores. Los clientes de la empresa son más de 60 empresas de fabricación de semiconductores, entre las que se encuentran fabricantes tan populares en el mercado de semiconductores de la CEI como Altera, Analog Devices, Atmel, Cirrus Logic, Fujitsu, MagnaChip (Hynix), Intel, Motorola, National Semiconductor, Philips, ST Microelectronics y Texas Instruments.
Actualmente, la arquitectura ARM está a la cabeza y cubre el 75% del mercado de 32 bits. microprocesadores RISC integrados. La prevalencia de este núcleo se explica por su naturaleza estándar, que permite al desarrollador utilizar con mayor flexibilidad los desarrollos de software propios y de terceros, tanto al cambiar a un nuevo núcleo de procesador ARM como al migrar entre diferentes tipos de microcontroladores ARM.
Actualmente, se han desarrollado seis familias principales (consulte la Figura 1): ARM7™, ARM9™, ARM9E™, ARM10™, ARM11™ y SecurCore™. Las familias XScale™ y StrongARM® también se han desarrollado con Intel.
Como complemento a la arquitectura ARM, se pueden integrar varias extensiones:
- Thumb® - 16 bits un conjunto de instrucciones que mejora la eficiencia de la memoria del programa;
- DSP: un conjunto de instrucciones aritméticas para el procesamiento de señales digitales;
- Jazelle™: extensión para ejecución directa de hardware de instrucciones Java;
- Medios: una extensión para 2-4 veces la velocidad de procesamiento de señales de audio y video.
Figura 1. Núcleos de procesador ARM
Los niveles récord que ha superado la arquitectura ARM son la velocidad por encima de 1 GHz y el consumo específico de 1 μW/MHz. Según el propósito, los procesadores ARM se dividen en tres grupos (consulte la Figura 2):
- Procesadores para sistemas operativos de plataforma abierta en comunicaciones inalámbricas, imágenes y aplicaciones de electrónica de consumo.
- Procesadores para sistemas operativos integrados en tiempo real para almacenamiento masivo, aplicaciones industriales, automotrices y de red.
- Sistema de protección de datos para tarjetas inteligentes y tarjetas SIM.
| 0,18 µm (0,13 µm) | ||||
| Centro | Cache | Área, mm 2 | Consumo específico mW/MHz | Frecuencia, MHz |
| ARM7TDMI | - | 0,53 (0,26) | 0.24 (0,06) | 100 (133) |
| ARM7TDMI-S | - | 0,62 (0,32) | 0,39 (0,11) | 80-100 (100-133) |
| SC100 | - | 0,50 | 0.21 | 80 |
| SC200 | - | 0,70 | 0.30 | 110 |
| ARM7EJ-S | - | 1,25 (0,65) | 0,45 (0,16) | 80-100 (100-133) |
| ARM946E-S | 8k + 8k | 5,8 (3,25) | 0,9 (0,45) | 150-170 (180-210) |
| ARM966E-S | 16k+16k TCM | 4,0 (2,25) | 0,65 (0,4) | 180-200 (220-250) |
| ARM1026EJ-S | 8k + 8k | 7,5 (4,2) | 1,15 (0,5) | 190-210 (266-325) |
| BRAZO1136J(F)-S | 16k/16k+ 16/16k TCM | - (8,2; 9,6) | 1,30 (0,4) | 250-270 (333-400) |
Figura 2. Datos técnicos de los núcleos del procesador
ISE: emulador en circuito, RT: tiempo real, DSP: procesador de señal digital, SIMD: datos múltiples en una sola instrucción, TCM: memoria estrechamente acoplada (caché), ETM: macroceldas de seguimiento integradas, VIC: controlador de interrupción vectorizado, ASB , AHB - tipos de neumáticos internos
La promesa del núcleo ARM se hace evidente después del anuncio revolucionario de Atmel en la conferencia de desarrolladores de microcontroladores ARM celebrada en Santa Clara (EE. UU.) en octubre de 2004. La esencia del anuncio fue la intención de Atmel de lanzar 32 bits. Microcontroladores AT91SAM7S al precio de 8 bits, dirigidos a 8 bits. aplicaciones para expandir la funcionalidad del procesamiento de la información, manteniendo su costo competitivo al mismo nivel.
Conjunto de instrucciones de pulgar
32 bits Los procesadores ARM admiten los 16 bits anteriores. desarrollo apoyando el conjunto de instrucciones Thumb. Usando 16 bits Las instrucciones pueden ahorrar hasta un 35 % de memoria en comparación con el equivalente de 32 bits. código, conservando todos los beneficios de 32 bits. sistema, por ejemplo, accediendo a la memoria con 32 bits. espacio de dirección.
tecnología SIMD
La tecnología SIMD (múltiples datos en una instrucción) se utiliza en la expansión de medios y tiene como objetivo aumentar la velocidad de procesamiento de datos en aplicaciones donde se requiere un bajo consumo de energía. Las extensiones SIMD están optimizadas para una amplia gama de software, incl. códecs de audio/video, donde te permiten aumentar la velocidad de procesamiento en 4 veces.
Conjunto de instrucciones DSP (DSP)
Muchas aplicaciones imponen grandes exigencias a la velocidad del procesamiento de señales en tiempo real. Tradicionalmente, en tales situaciones, los desarrolladores recurren al uso de un procesador de señal digital (DSP), lo que aumenta el consumo de energía y el costo tanto del desarrollo como del dispositivo final. Para eliminar estas deficiencias, varios procesadores ARM tienen instrucciones DSP integradas que ejecutan 16 bits. y 32 bits. operaciones aritmeticas.
Tecnología Jazelle®
La tecnología ARM Jazelle está dirigida a aplicaciones que admiten el lenguaje de programación Java. Ofrece una combinación única de alto rendimiento, bajo costo del sistema y bajos requisitos de energía que no se puede lograr de manera simultánea usando un coprocesador o un procesador Java dedicado.
La tecnología ARM Jazelle es una extensión de 32 bits. Una arquitectura RISC que permite que un procesador ARM ejecute código Java en hardware. Al mismo tiempo, se logra un rendimiento insuperable de la ejecución de código Java utilizando la arquitectura ARM. Por lo tanto, los desarrolladores tienen la oportunidad de implementar libremente aplicaciones Java, incl. sistemas operativos y código de aplicación, en el mismo procesador.
La tecnología Jazelle está actualmente integrada en los siguientes procesadores ARM: ARM1176JZ(F)-S, ARM1136J(F)-S, ARM1026EJ-S, ARM926EJ-S y ARM7EJ-S.
Los procesadores ARM tradicionales admiten 2 conjuntos de instrucciones: en modo ARM, instrucciones de 32 bits y en modo Thumb, las instrucciones más populares se comprimen a 16 bits. formato. La tecnología Jazelle amplía este concepto al agregar un tercer conjunto de instrucciones Java que se invoca en el nuevo modo Java.
Tecnología inteligente de gestión de energía
Uno de los principales desafíos que enfrentan los desarrolladores de dispositivos portátiles (como teléfonos inteligentes, asistentes digitales personales y reproductores de audio/video) es optimizar el consumo de energía, lo que puede mejorar características de presentación dispositivo terminado extendiendo la duración de la batería o reduciendo el tamaño del dispositivo.
El método tradicional para reducir el consumo de energía es el uso de modos de operación económicos, como inactivo (inactivo) o dormir (dormir), que difieren en la profundidad de desactivación de los elementos internos. Por regla general, el modo de funcionamiento activo de un sistema de este tipo está diseñado para las peores condiciones de funcionamiento y se caracteriza por una carga máxima, lo que reduce innecesariamente la vida útil de la batería. Por lo tanto, para optimizar aún más el consumo de batería, los desarrolladores prestan especial atención a la gestión de energía en modo activo.
Para facilitar este proceso, se ha desarrollado la tecnología Intelligent Energy Manager (IEM) para los procesadores ARM. Esta tecnología es una combinación de componentes de hardware y software que trabajan juntos para realizar escalado dinámico de energía.
La esencia del método de control dinámico de la tensión de alimentación se basa en la expresión del consumo de energía de los procesadores CMOS:
donde P es el consumo total de energía, C es la capacitancia conmutada, fc es la frecuencia del procesador, es la tensión de alimentación, es la corriente de fuga en modo estático. De la expresión se deduce que la frecuencia y la tensión de alimentación se pueden variar para ajustar el consumo de energía.
La reducción de frecuencia para reducir el consumo de energía se usa ampliamente en microcontroladores y sistemas en chips (PSoC), pero la desventaja de este método no es la reducción en el rendimiento. El método de control dinámico de la tensión de alimentación se basa en variar la tensión de alimentación, sin embargo, si se agotan las posibilidades de ajuste, se utiliza como método adicional el método de ajuste de la frecuencia del procesador.
Microcontroladores basados en arquitectura ARM
La Tabla 1 presenta la general Características comparativas Microcontroladores ARM de los fabricantes más conocidos y asequibles: Analog Device, Atmel, Philips Semiconductors y Texas Instruments, y la Tabla 2 presenta sus datos técnicos con más detalle.
Tabla 1. Comparación de microcontroladores ARM de diferentes fabricantes por características clave
| TMS 470 (instrumentos de Texas) | AT91 (Atmel) | Micro convertidor (AD) | LPC2000 (Philips) |
| sistémico: | |||
| Memoria: | |||
| Periféricos analógicos: | |||
| Periféricos digitales: | |||
| Interfaces: | |||
Tabla 2. Datos técnicos para microcontroladores ARM de Atmel, Analog Device, Texas Instruments, Philips Semiconductors
| Nombre | Centro | Marco | Memoria | Periféricos | E/S | máx. h-ta, MHz | ||||||
| Destello, KB | RAM, KB | Temporizador | ADC, canales/res. | SPI/U(S)APLICACIÓN/ I2C | Dispositivo/anfitrión USB | LATA | Otro | |||||
| Microcontroladores de la familia TMS470 de Texas Instruments | ||||||||||||
| TMS470R1A64 | ARM7TDMI | 80 LQFP | 64 | 4 | 13 | 8/10 | 2/2/- | - | 2 | C2SI | 40 | 48 |
| ARM7TDMI | 100 LQFP | 128 | 8 | 16 | 16/10 | 2/2/- | - | 1 | C2SI | 50 | 48 | |
| ARM7TDMI | 100 LQFP | 256 | 12 | 16 | 16/10 | 2/2/- | - | 1 | C2SI | 50 | 48 | |
| ARM7TDMI | 100/144LQFP | 288 | 16 | 12 | 12/10 | 2/2/1 | - | 2 | C2SI, RAP, EBM, MSM | 93 | 48 | |
| ARM7TDMI | 144 LQFP | 512 | 32 | 32 | 16/10 | 2/2/- | - | 2 | RAP | 87 | 60 | |
| ARM7TDMI | 144 LQFP | 768 | 48 | 32 | 16/10 | 5/2/- | - | 3 | RAP | 87 | 60 | |
| TMS470R1A1024 | ARM7TDMI | 144 LQFP | 1024 | 64 | 12 | 12/10 | 5/2/1 | - | 2 | DMA, EBM, MSM | 93 | 60 |
| Familia de pulgares AT91 ARM de Atmel | ||||||||||||
| ARM7TDMI | QFP100 | - | 8 | 3 | -/2/- | EBI | 32 | 40 | ||||
| ARM7TDMI | QFP100 | - | 256 | 3 | -/2/- | EBI | 32 | 70 | ||||
| ARM7TDMI | BGA121 | 512 | 256 | 3 | -/2/- | EBI | 32 | 70 | ||||
| ARM7TDMI | BGA121 | 2048 | 256 | 3 | -/2/- | EBI | 32 | 70 | ||||
| ARM7TDMI | QFP144 BGA144 |
- | 8 | 6 | 2/2/- | EBI, HOYO, RTT | 54 | 33 | ||||
| ARM7TDMI | QFP176 BGA176 |
- | 8 | 6 | 8/10 | 1/3/- | EBI, RTC, 2x10 rublos CAD | 58 | 33 | |||
| ARM7TDMI | QFP100 | 256 | 96 | 6 | 1/4/1 | 1/- | SSC, hoyo, RTC, RTT | 63 | 66 | |||
| ARM7TDMI | BGA256 | 1 | 16 | 3 | 1/2/- | EBI, int. SDRAM, 2xEthernet | 48 | 36 | ||||
| ARM7TDMI | QFP144 | - | 4 | 9 | 8/10 | 1/3/- | EBI, 4 PWM, PUEDE | 49 | 40 | |||
| ARM7TDMI | QFP176 | - | 16 | 10 | 16/10 | 1/2/- | 4 | EBI | 57 | 30 | ||
| ARM7TDMI | QFP100 | 256 | 32 | 9 | 16/10 | 2/4/1 | 1/- | 1 | 8 PWM, RTT, PIT, generación RC, SSC, MCI | 62 | 60 | |
| ARM7TDMI | QFP48 | 32 | 8 | 3 | 8/10 | 1/1/1 | 21 | 55 | ||||
| ARM7TDMI | QFP64 | 64 | 16 | 3 | 8/10 | 1/2/1 | 1/- | 4 PWM, RTT, PIT, generación RC, SSC | 32 | 55 | ||
| ARM7TDMI | QFP64 | 128 | 32 | 3 | 8/10 | 1/2/1 | 1/- | 4 PWM, RTT, PIT, generación RC, SSC | 32 | 55 | ||
| ARM7TDMI | QFP64 | 256 | 64 | 3 | 8/10 | 1/2/1 | 1/- | 4 PWM, RTT, PIT, generación RC, SSC | 32 | 55 | ||
| ARM7TDMI | QFP100 | 128 | 32 | 3 | 8/10 | 1/2/1 | 1/- | 1 | 4 PWM, RTT, PIT, Generación RC, SSC, Ethernet | 60 | 55 | |
| ARM920T | QFP208 BGA256 |
128 | 16 | 6 | 1/4/1 | 1/2 | EBI, RTC, RTT, PIT, SDRAM, 3xSSC, MCI, Ethernet | 94 | 180 | |||
| AT91SAM9261 | ARM7TDMI | BGA217 | 32 | 160 | 3 | 3/3/1 | 1/2 | EBI, RTT, PIT, SDRAM interna, 3xSSC, MCI | 96 | 200 | ||
| Microcontroladores de la familia MicroConverter de Analog Device | ||||||||||||
| ARM7TDMI | CP-40 | 62 | 8 | 5/12 | 1/1/2 | 4 x 12r DAC, K, PLM | 14 | 45 | ||||
| ARM7TDMI | CP-40 | 62 | 8 | 8/12 | 1/1/2 | 2 x 12r DAC, K, PLM | 13 | 45 | ||||
| ARM7TDMI | CP-40 | 62 | 8 | 10/12 | 1/1/2 | K, PLM | 13 | 45 | ||||
| ARM7TDMI | CP-64 | 62 | 8 | 10/12 | 1/1/2 | 2 x 12p.DAC, 3ph. PWM, K, PLM | 30 | 45 | ||||
| ARM7TDMI | CP-64 | 62 | 8 | 12/12 | 1/1/2 | 3f. PWM, K, PLM | 30 | 45 | ||||
| ARM7TDMI | ST-80 | 62 | 8 | 12/12 | 1/1/2 | 4 x 12p.DAC, PWM trifásico, K, PLM | 40 | 45 | ||||
| ARM7TDMI | ST-80 | 62 | 8 | 16/12 | 1/1/2 | 3f. PWM, K, PLM | 40 | 45 | ||||
| Microcontroladores de la familia LPC2000 de Philips Semiconductors | ||||||||||||
| ARM7TDMI-S | LQFP48 | 128 | 16 | 4 | 1/2/1 | 6 canales PWM | 32 | 60 | ||||
| ARM7TDMI-S | LQFP48 | 128 | 32 | 4 | 1/2/1 | 6 canales PWM | 32 | 60 | ||||
| ARM7TDMI-S | LQFP48 | 128 | 64 | 4 | 1/2/1 | 6 canales PWM | 32 | 60 | ||||
| ARM7TDMI-S | LQFP64 | 128 | 16 | 4 | 4/10 | 2/2/1 | 6 canales PWM | 46 | 60 | |||
| ARM7TDMI-S | LQFP64 | 128 | 16 | 4 | 4/10 | 2/2/1 | 6 canales PWM | 46 | 60 | |||
| ARM7TDMI-S | LQFP64 | 256 | 16 | 4 | 4/10 | 2/2/1 | 6 canales PWM | 46 | 60 | |||
| ARM7TDMI-S | LQFP64 | 256 | 16 | 4 | 4/10 | 2/2/1 | 6 canales PWM | 46 | 60 | |||
| 2/2/1 | 6 canales PWM | 112 | 60 | |||||||||
| ARM7TDMI-S | LQFP144 | 256 | 16 | 4 | 8/10 | 2/2/1 | 2 | 6 canales PWM | 112 | 60 | ||
| ARM7TDMI-S | LQFP144 | 256 | 16 | 4 | 8/10 | 2/2/1 | 4 | 6 canales PWM | 112 | 60 | ||
A pesar del uso del núcleo ARM7TDMI común en la mayoría de los microcontroladores, los microcontroladores de diferentes fabricantes tienen un retrato bastante claro. Analog Device es el líder indiscutible en periféricos analógicos de 12 bits. ADC y DAC clase 1MHz. En este sentido, se queda notablemente atrás Atmel, que en su desarrollo de ADC individuales ya ha cogido la barrera de los 2GHz, pero para integrar un ADC decente en 32 bits. microcontrolador, y no pudo. Sin embargo, este inconveniente de los microcontroladores Atmel supera su "amigable" (cuando se usa el generador RC y el estabilizador incorporados, solo se requiere un voltaje de suministro para iniciar el microcontrolador), la eficiencia y, lo que es más importante, el bajo costo. Entre los microcontroladores en cuestión, los microcontroladores Atmel son los únicos que contienen una interfaz USB. Los microcontroladores TI se caracterizan por una excesiva representatividad a un coste moderado. Al trabajar con microcontroladores TMS470, puede estar seguro de que los recursos periféricos son suficientes. Los microcontroladores LPC2000 (Philips) se pueden llamar la media dorada según los criterios considerados. Se distinguen por la presencia de un UART hecho en la tradición de Philips y que es compatible con el UART estándar 16C550, y también tiene una interfaz de módem y un modo de control de comunicación de hardware con almacenamiento en búfer FIFO. Entre los microcontroladores ARM de Philips, puede encontrar representantes para un rango de temperatura ampliado de -40…+105 °C.
32 bits microcontroladores con núcleos alternativos
Cuando se trata de 32 bits. microcontroladores, sería injusto no mencionar otros de 32 bits. alternativas al núcleo ARM. En este sentido, cabe destacar el núcleo FR de Fujitsu y M68000/M68300 de Motorola.
El núcleo FR se usa en una gran cantidad de microcontroladores (más de 40) que forman varias familias y tiene un modo de conjunto de instrucciones de 16 bits para optimizar el uso de la memoria del programa con una degradación mínima del rendimiento, que es idéntico al núcleo ARM. El tamaño de la ROM y la RAM alcanza hasta 512 kB, según el tipo, se admiten una variedad de periféricos estándar, incl. 10 bits ADC, 12 bits PWM, interfaz CAN, UART, etc. Al igual que en el caso de los microcontroladores ARM, los microcontroladores basados en el núcleo FR se distinguen por tradiciones comunes que establece el desarrollador y que son reconocibles en toda la línea de microcontroladores. En el caso de Fujitsu, esto es soporte de hardware para endianismo, una función de búsqueda de bits de hardware, muchos canales del mismo tipo de dispositivos periféricos y una entrada de interrupción no enmascarable. Un 10-bit bastante decente está integrado en muchos microcontroladores. ADC (tiempo de conversión 1,7 µs) y DAC (0,9 µs). En la familia FRLite se ha establecido un récord de consumo de energía específico de 1mA/MHz. La familia FR 65E tiene la velocidad máxima, en la que la frecuencia de reloj alcanza los 66 MHz.
32 bits Los microcontroladores de Motorola se caracterizan por la implementación a partir de un conjunto de módulos funcionales estándar. Los microcontroladores de la familia 68300 incluyen: procesador de 32 bits (CPU32), módulos de memoria interna, módulo de interfaz de integración del sistema (SIM), módulo de interfaz serie (QSM), procesador de temporizador (TPU) o módulo de temporizador (GPT), convertidor analógico digital (ADC) y un número de otros. Los módulos están conectados entre sí por medio de un bus intermódulo. El procesador CPU32 utilizado en los microcontroladores de la familia 68300 es similar en sus funciones principales al microprocesador de 32 bits MC68020 de la familia 68000. Para su uso en sistemas de comunicación, se producen microcontroladores que contienen un módulo de procesador RISC de comunicación que tiene un conjunto de herramientas para el intercambio de datos. Dichos controladores de comunicación (68360, 68302, 68356) también forman parte de la familia 68300. De la familia 68000 está la división de sus recursos y capacidades dependiendo de la clase de tareas a resolver. Esto implica la implementación de dos clases de tareas: control de la operación del propio sistema microprocesador con la ayuda del software del sistema (sistema operativo - supervisor) y solución de tareas de usuario aplicadas. Esto da lugar a modos de funcionamiento: modo supervisor o modo usuario. Dependiendo del modo, cuando se ejecutan los programas, se permite el acceso a todos o parte de los recursos del microcontrolador. El modo supervisor permite la ejecución de cualquier instrucción implementada por el procesador y el acceso a todos los registros. En el modo de usuario, se prohíbe la ejecución de una serie de instrucciones y el acceso a ciertos registros para limitar la posibilidad de cambios en el estado del sistema que puedan interferir con la ejecución de otros programas o violar el modo de funcionamiento del procesador. establecido por el supervisor. Un fuerte argumento a favor de elegir los microcontroladores de Motorola es la gran popularidad de la familia M68000 en su época y la compatibilidad de software de los microcontroladores M68000 y más modernos M68300, lo que permite utilizar los desarrollos de software existentes en nuevos desarrollos, lo que reduce el tiempo de diseño.
- La ventaja indudable del núcleo ARM es su estandarización, que le permite usar software de otros microcontroladores compatibles, tener un acceso más amplio a las herramientas de diseño o migrar más fácilmente entre microcontroladores.
- A pesar del uso del mismo núcleo ARM en microcontroladores de diferentes fabricantes, sin embargo, cada uno de ellos tiene su propia cara, lo que se logra con la "receta" original de los dispositivos periféricos y ocupando posiciones de liderazgo en algunos tipos de dispositivos periféricos, por ejemplo, para el dispositivo analógico, se trata de un convertidor digital-analógico.
- Los núcleos ARM tienen una nomenclatura y una dinámica de desarrollo representativas; sin embargo, de la comparación se deduce que los microcontroladores basados en el núcleo ARM7TDMI están disponibles principalmente para el público en general. Esto puede explicarse, por ejemplo, por el hecho de que la principal área de consumo de microcontroladores ARM son los dispositivos y equipos electrónicos domésticos, de oficina y de usuario, que, lamentablemente, son producidos principalmente por OEM extranjeros.
- El mercado de microcontroladores de 32 bits tiene una alta capacidad, que crecerá dinámicamente en los próximos años, por lo tanto, solo tenemos que seguir la lucha de los fabricantes de microcontroladores por la participación en este mercado, seguir los anuncios y tener tiempo para dominar las nuevas tecnologías. .
Literatura
- J. Wilbrink. Facilitación de la Migración de Microcontroladores de 8 bits a 32 bits/Atmel Corporation -2004.
- "Atmel presenta el primer microcontrolador flash ARM7 de menos de $3 del mundo", noticias de Atmel del 19/10/04, www.atmel.com.
- Folleto de núcleos de procesador//Ref: ARM DOI 0111-4/05.03, emitido: mayo de 2003.
- materiales del sitio
www.brazo.com
El nombre ARM ciertamente ha sido escuchado por todos los interesados en la tecnología móvil. Muchos entienden esta abreviatura como un tipo de procesador para smartphones y tablets, mientras que otros especifican que no se trata en absoluto de un procesador, sino de su arquitectura. Y ciertamente pocas personas profundizaron en la historia del surgimiento de ARM. En este artículo, intentaremos comprender todos estos matices y le diremos por qué los dispositivos modernos necesitan procesadores ARM.
Una breve excursión a la historia.
Cuando se le pregunta por "ARM", Wikipedia da dos significados para esta abreviatura: Acorn RISC Machine y Advanced RISC Machines. Comencemos en orden. En la década de 1980, se fundó Acorn Computers en el Reino Unido, que inició sus actividades creando computadoras personales. En ese momento, Acorn también se llamaba la "manzana británica". Un período decisivo para la empresa llegó a fines de la década de 1980, cuando su ingeniero jefe aprovechó la decisión de dos graduados universitarios locales para idear un nuevo tipo de arquitectura de procesador de conjunto de instrucciones reducido (RISC). Así apareció la primera computadora basada en el procesador Acorn Risc Machine. El éxito no se hizo esperar. En 1990, los británicos llegaron a un acuerdo con Apple y pronto comenzaron a trabajar en una nueva versión del conjunto de chips. Como resultado, el equipo de desarrollo formó una empresa llamada Advanced RISC Machines, similar al procesador. Los chips con la nueva arquitectura también se conocieron como Advanced Risc Machine, o ARM para abreviar.Desde 1998, Advanced Risc Machine se conoce como ARM Limited. Por el momento, la empresa no se dedica a la producción y venta de sus propios procesadores. La principal y única actividad de ARM Limited es el desarrollo de tecnologías y la venta de licencias a diversas empresas para utilizar la arquitectura ARM. Algunos fabricantes compran una licencia para núcleos listos para usar, otros la llamada "licencia arquitectónica" para producir procesadores con sus propios núcleos. Estas empresas incluyen Apple, Samsung, Qualcomm, nVidia, HiSilicon y otras. Según algunos informes, ARM Limited gana $ 0.067 en cada uno de estos procesadores. Esta cifra es promedio y también está desactualizada. Cada año hay más y más núcleos en los conjuntos de chips, y los nuevos procesadores multinúcleo superan a las muestras obsoletas en términos de costo.
Características técnicas de los chips ARM
Hay dos tipos de arquitecturas de procesador modernas: CISC(Computación de conjuntos de instrucciones complejas) y RISC(Computación de conjunto de instrucciones reducido). La arquitectura CISC se refiere a la familia de procesadores x86 (Intel y AMD), mientras que la arquitectura RISC se refiere a la familia ARM. La principal diferencia formal entre RISC y CISC y, en consecuencia, x86 y ARM es el conjunto de instrucciones reducido utilizado en los procesadores RISC. Así, por ejemplo, cada instrucción de la arquitectura CISC se transforma en varias instrucciones RISC. Además, los procesadores RISC usan menos transistores y, por lo tanto, consumen menos energía.La principal prioridad de los procesadores ARM es la relación entre el rendimiento y el consumo de energía. ARM tiene una relación de rendimiento por vatio más alta que x86. Puede obtener la potencia que necesita de 24 núcleos x86 o de cientos de núcleos ARM pequeños y de bajo consumo. Por supuesto, incluso el procesador más potente de la arquitectura ARM nunca será comparable en potencia al Intel Core i7. Pero el mismo Intel Core i7 necesita un sistema de enfriamiento activo y nunca cabrá en la carcasa de un teléfono. Aquí ARM está fuera de competencia. Por un lado, parece una opción atractiva para construir una supercomputadora utilizando un millón de procesadores ARM en lugar de mil procesadores x86. Por otro lado, las dos arquitecturas no pueden compararse sin ambigüedades. De alguna manera, la ventaja será para ARM y, de alguna manera, para x86.
Sin embargo, llamar procesadores a chips de arquitectura ARM no es del todo correcto. Además de varios núcleos de procesador, también incluyen otros componentes. El término más apropiado sería "sistema de un solo chip" o "sistema en un chip" (SoC). Los sistemas modernos de un solo chip para dispositivos móviles incluyen un controlador de RAM, un acelerador de gráficos, un decodificador de video, un códec de audio y módulos de comunicación inalámbrica. Como se mencionó anteriormente, los componentes individuales del conjunto de chips pueden ser desarrollados por terceros. El ejemplo más llamativo de esto son los núcleos gráficos, que están siendo desarrollados además de ARM Limited (Mali Graphics), por Qualcomm (Adreno), NVIDIA (GeForce ULP) e Imagination Technologies (PowerVR).
En la práctica, se ve así. La mayoría de los dispositivos móviles Android económicos vienen con conjuntos de chips fabricados por la empresa. MediaTek, que casi invariablemente sigue las instrucciones de ARM Limited y las completa con núcleos Cortex-A y gráficos Mali (con menos frecuencia PowerVR).
Las marcas A para sus dispositivos insignia a menudo usan conjuntos de chips fabricados por Qualcomm. Por cierto, los últimos chips Qualcomm Snapdragon (,) están equipados con núcleos Kryo totalmente personalizados para el procesador central y Adreno para el acelerador de gráficos.
Sobre manzana, luego, para el iPhone y el iPad, la empresa utiliza sus propios chips de la serie A con acelerador de gráficos PowerVR, que son producidos por empresas de terceros. Por lo tanto, se instalan un procesador A10 Fusion de cuatro núcleos de 64 bits y un procesador de gráficos PowerVR GT7600.
La arquitectura de procesadores de la familia se considera relevante al momento de escribir el artículo. ARMv8. Fue el primero en utilizar un conjunto de instrucciones de 64 bits y admitir más de 4 GB de RAM. La arquitectura ARMv8 es retrocompatible con aplicaciones de 32 bits. El núcleo de procesador más eficiente y potente desarrollado por ARM Limited hasta el momento es Corteza-A73, y la mayoría de los fabricantes de SoC lo usan sin cambios.
Cortex-A73 ofrece un rendimiento un 30 % más rápido que Cortex-A72 y es compatible con el conjunto completo de arquitecturas ARMv8. La frecuencia máxima del núcleo del procesador es de 2,8 GHz.
Alcance del uso de ARM
La mayor gloria de ARM trajo el desarrollo de dispositivos móviles. En previsión de la producción en masa de teléfonos inteligentes y otros equipos portátiles, los procesadores energéticamente eficientes resultaron útiles. La culminación del desarrollo de ARM Limited fue en 2007, cuando la compañía británica renovó su alianza con Apple, y tiempo después, la compañía de Cupertino presentó su primer iPhone con un procesador de arquitectura ARM. Posteriormente, el sistema de chip único basado en la arquitectura ARM se ha convertido en un componente invariable de casi todos los teléfonos inteligentes del mercado.
La cartera de ARM Limited no se limita a la familia de núcleos Cortex-A. De hecho, bajo la marca Cortex, hay tres series de núcleos de procesador, que se indican con las letras A, R, M. Familia de núcleos Corteza-A, como ya sabemos, es el más poderoso. Se utilizan principalmente en teléfonos inteligentes, tabletas, decodificadores, receptores de satélite, sistemas de automoción, robótica. Núcleos de procesador Cortex-R están optimizados para realizar tareas de alto rendimiento en tiempo real, por lo que dichos chips se encuentran en equipos médicos, sistemas de seguridad autónomos y medios de almacenamiento. La tarea principal de la familia. Cortex-M es simplicidad y bajo costo. Técnicamente, estos son los núcleos de procesador más débiles con el menor consumo de energía. Los procesadores basados en tales núcleos se utilizan en casi todas partes donde el dispositivo requiere una potencia mínima y un bajo costo: sensores, controladores, alarmas, pantallas, relojes inteligentes y otros equipos.
En general, la mayoría de los dispositivos actuales, de pequeños a grandes, que requieren una CPU utilizan chips ARM. Una gran ventaja es el hecho de que la arquitectura ARM es compatible con muchos sistemas operativos basados en Linux (incluidos Android y Chrome OS), iOS y Windows (Windows Phone).
Competencia en el mercado y perspectivas de futuro
Es cierto que, por el momento, ARM no tiene competidores serios. Y, en general, esto se debe al hecho de que ARM Limited tomó la decisión correcta en un momento determinado. Pero al comienzo de su viaje, la empresa producía procesadores para PC e incluso intentó competir con Intel. Después de que ARM Limited cambiara la dirección de sus actividades, tampoco fue fácil para ella. Luego, el monopolista de software representado por Microsoft, que firmó un acuerdo de asociación con Intel, no dejó ninguna posibilidad para otros fabricantes, incluido ARM Limited: Windows simplemente no funcionó en sistemas con procesadores ARM. No importa lo paradójico que parezca, pero ahora la situación puede cambiar drásticamente y Windows ya está listo para soportar procesadores basados en esta arquitectura.
Tras el éxito de los chips ARM, Intel intentó crear un procesador competitivo e ingresó al mercado con un chip Átomo de Intel. Para hacer esto, le tomó mucho más tiempo que ARM Limited. El chipset entró en producción en 2011, pero, como dicen, el tren ya se fue. El Intel Atom es un procesador x86 CISC. Los ingenieros de la compañía han logrado un consumo de energía más bajo que ARM, pero actualmente una variedad de software móvil tiene poca adaptación a la arquitectura x86.
El año pasado, Intel abandonó varias decisiones clave en el desarrollo posterior de los sistemas móviles. En realidad, una empresa de dispositivos móviles, ya que se han vuelto poco rentables. El único fabricante importante que incluyó en sus teléfonos inteligentes conjuntos de chips Intel Atom fue ASUS. Sin embargo, Intel Atom todavía recibió un uso masivo en netbooks, nettops y otros dispositivos portátiles.
La posición de ARM Limited en el mercado es única. Por el momento, casi todos los fabricantes utilizan sus desarrollos. Al mismo tiempo, la empresa no tiene fábricas propias. Esto no le impide estar a la altura de Intel y AMD. La historia de ARM incluye otro dato curioso. Es posible que ahora la tecnología ARM pueda pertenecer a Apple, que estuvo en el corazón de la formación de ARM Limited. Irónicamente, en 1998, los de Cupertino, atravesando tiempos de crisis, vendieron su participación. Ahora Apple se ve obligada, junto con otras empresas, a comprar una licencia para los procesadores ARM que se usan en el iPhone y el iPad.
Ahora los procesadores ARM son capaces de realizar tareas serias. A corto plazo, se utilizarán en servidores, en particular, los centros de datos de Facebook y PayPal ya cuentan con este tipo de soluciones. En la era del Internet de las cosas (IoT) y los dispositivos domésticos inteligentes, los chips ARM tienen una demanda aún mayor. Así que lo más interesante para ARM está por llegar.
La gran mayoría de los dispositivos modernos utilizan procesadores basados en la arquitectura ARM, que está siendo desarrollada por la empresa ARM Limited del mismo nombre. Curiosamente, la empresa en sí no produce procesadores, sino que solo otorga licencias de sus tecnologías a fabricantes de chips de terceros. Además, la compañía también desarrolla núcleos de procesador Cortex y aceleradores de gráficos Mali, que definitivamente mencionaremos en este material.
BRAZO limitado
La empresa ARM, de hecho, es un monopolio en su campo, y la gran mayoría de los teléfonos inteligentes y tabletas modernos en varios sistemas operativos móviles utilizan procesadores basados en la arquitectura ARM. Los fabricantes de chips otorgan licencias de núcleos individuales, conjuntos de instrucciones y tecnologías relacionadas de ARM, y el costo de las licencias varía significativamente según el tipo de núcleos de procesador (desde soluciones económicas de bajo consumo hasta chips de cuatro núcleos e incluso de ocho núcleos de última generación) y componentes El estado de resultados anual de 2006 de ARM Limited mostró ingresos de 161 millones de dólares por la concesión de licencias a unos 2500 millones de procesadores (frente a los 7900 millones de dólares de 2011), lo que se traduce en aproximadamente 0,067 dólares por chip. Sin embargo, por la razón expuesta anteriormente, esta es una cifra muy promedio debido a la diferencia de precios de varias licencias, y desde entonces las ganancias de la empresa deberían haber crecido muchas veces.
Actualmente, los procesadores ARM están muy extendidos. Los chips en esta arquitectura se usan en todas partes, incluso en servidores, pero la mayoría de las veces ARM se puede encontrar en sistemas integrados y móviles, desde controladores de disco duro hasta teléfonos inteligentes, tabletas y otros dispositivos modernos.
Núcleos de corteza
ARM desarrolla varias familias de núcleos que se utilizan para diversas tareas. Por ejemplo, los procesadores basados en Cortex-Mx y Cortex-Rx (donde "x" es un dígito o un número que indica el número de núcleo exacto) se utilizan en sistemas integrados e incluso en dispositivos de consumo como enrutadores o impresoras.
No nos detendremos en ellos en detalle, porque estamos interesados principalmente en la familia Cortex-Ax: los chips con tales núcleos se usan en los dispositivos más productivos, incluidos teléfonos inteligentes, tabletas y consolas de juegos. ARM trabaja constantemente en nuevos núcleos de la línea Cortex-Ax, pero al momento de escribir este artículo, los teléfonos inteligentes usan los siguientes:
Cuanto mayor sea el número, mayor será el rendimiento del procesador y, en consecuencia, más cara la clase de dispositivos en los que se utiliza. Sin embargo, vale la pena señalar que esta regla no siempre se cumple: por ejemplo, los chips basados en núcleos Cortex-A7 tienen un mayor rendimiento que los basados en Cortex-A8. Sin embargo, si los procesadores Cortex-A5 ya se consideran casi obsoletos y casi nunca se usan en dispositivos modernos, los procesadores Cortex-A15 se pueden encontrar en comunicadores y tabletas insignia. No hace mucho tiempo, ARM anunció oficialmente el desarrollo de nuevos núcleos Cortex-A53 y Cortex-A57, más potentes y, al mismo tiempo, energéticamente eficientes, que se combinarán en un solo chip utilizando la tecnología y el soporte ARM big.LITTLE. el conjunto de instrucciones ARMv8 ("versión de arquitectura"), pero actualmente no se utilizan en dispositivos de consumo masivo. La mayoría de los chips con núcleos Cortex pueden ser de varios núcleos, y los procesadores de cuatro núcleos son omnipresentes en los teléfonos inteligentes modernos de gama alta.
Los grandes fabricantes de smartphones y tablets suelen utilizar procesadores de conocidos fabricantes de chips como Qualcomm o soluciones propias que ya se han vuelto bastante populares (por ejemplo, Samsung y su familia de chipsets Exynos), pero entre las características técnicas de los gadgets de la mayoría de las pequeñas empresas , a menudo puede encontrar descripciones como "procesador basado en Cortex-A7 @ 1 GHz" o "Dual Core Cortex-A7 @ 1 GHz", que no le dirán nada al usuario promedio. Para comprender cuáles son las diferencias entre tales núcleos, centrémonos en los principales.
El núcleo Cortex-A5 se usa en procesadores económicos para la mayoría de los dispositivos económicos. Dichos dispositivos están diseñados solo para realizar una gama limitada de tareas y ejecutar aplicaciones simples, pero no están diseñados para programas que consumen muchos recursos y, especialmente, juegos. Un ejemplo de un dispositivo con un procesador Cortex-A5 es Highscreen Blast, que recibió un chip Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 que contiene dos núcleos Cortex-A5 a 1,2 GHz.
Los procesadores Cortex-A7 son más potentes que los chips Cortex-A5 y son más comunes. Dichos chips se fabrican con una tecnología de proceso de 28 nanómetros y tienen una gran caché de segundo nivel de hasta 4 megabytes. Los núcleos Cortex-A7 se encuentran principalmente en teléfonos inteligentes económicos y dispositivos de gama media de bajo costo como el iconBIT Mercury Quad y, como excepción, en el Samsung Galaxy S IV GT-i9500 con un procesador Exynos 5 Octa: este chipset utiliza un Procesador quad-core de ahorro de energía en Cortex-A7.
El núcleo Cortex-A8 no es tan común como sus "vecinos", Cortex-A7 y Cortex-A9, pero aún se usa en varios dispositivos básicos. La frecuencia de reloj operativa de los chips Cortex-A8 puede oscilar entre 600 MHz y 1 GHz, pero a veces los fabricantes hacen overclocking de los procesadores a frecuencias más altas. Una característica del núcleo Cortex-A8 es la falta de soporte para configuraciones de múltiples núcleos (es decir, los procesadores en estos núcleos solo pueden ser de un solo núcleo), y se ejecutan en una tecnología de proceso de 65 nanómetros, que ya se considera obsoleto.
Corteza-A9
Hace un par de años, los núcleos Cortex-A9 se consideraban la mejor solución y se usaban tanto en chips tradicionales de un solo núcleo como en chips de doble núcleo más potentes, como Nvidia Tegra 2 y Texas Instruments OMAP4. Actualmente, los procesadores basados en Cortex-A9, fabricados según la tecnología de proceso de 40 nanómetros, no pierden popularidad y se utilizan en muchos smartphones de gama media. La frecuencia de funcionamiento de dichos procesadores puede ser de 1 a 2 o más gigahercios, pero normalmente está limitada a 1,2-1,5 GHz.
En junio de 2013, ARM presentó oficialmente el núcleo Cortex-A12, que se basa en una nueva tecnología de proceso de 28 nm y está diseñado para reemplazar los núcleos Cortex-A9 en los teléfonos inteligentes de gama media. El desarrollador promete un aumento del 40% en el rendimiento en comparación con Cortex-A9 y, además, los núcleos Cortex-A12 podrán participar en la arquitectura ARM big.LITTLE como productivos junto con el ahorro de energía Cortex-A7, que permitirá fabricantes para crear chips económicos de ocho núcleos. Es cierto que en el momento de escribir este artículo, todo esto está solo en los planes, y aún no se ha establecido la producción en masa de chips Cortex-A12, aunque RockChip ya ha anunciado su intención de lanzar un procesador Cortex-A12 de cuatro núcleos con un frecuencia de 1,8 GHz.
Para 2013, el núcleo Cortex-A15 y sus derivados son la mejor solución y se utilizan en chips de comunicación insignia de varios fabricantes. Entre los nuevos procesadores fabricados según la tecnología de proceso de 28 nm y basados en Cortex-A15 se encuentran Samsung Exynos 5 Octa y Nvidia Tegra 4, y este núcleo a menudo actúa como plataforma para modificaciones de otros fabricantes. Por ejemplo, el último procesador A6X de Apple utiliza núcleos Swift, que son una modificación del Cortex-A15. Los chips de Cortex-A15 son capaces de funcionar a una frecuencia de 1,5 a 2,5 GHz, y la compatibilidad con muchos estándares de terceros y la capacidad de abordar hasta 1 TB de memoria física hacen posible el uso de dichos procesadores en computadoras (¿cómo se puede uno no recuerda una mini computadora del tamaño de una tarjeta bancaria Raspberry Pi).
Serie Cortex-A50
En la primera mitad de 2013, ARM presentó una nueva línea de chips denominada serie Cortex-A50. Los núcleos de esta línea se fabricarán de acuerdo con la nueva versión de la arquitectura, ARMv8, y admitirán nuevos conjuntos de instrucciones, y también pasarán a ser de 64 bits. La transición a una nueva profundidad de bits requerirá la optimización de los sistemas operativos y aplicaciones móviles, pero, por supuesto, se mantendrá el soporte para decenas de miles de aplicaciones de 32 bits. Apple fue el primero en cambiar a la arquitectura de 64 bits. Los últimos dispositivos de la compañía, como el iPhone 5S, funcionan con un procesador Apple A7 ARM. Cabe destacar que no utiliza núcleos Cortex: se reemplazan con los propios núcleos del fabricante llamados Swift. Una de las razones obvias de la necesidad de cambiar a procesadores de 64 bits es el soporte para más de 4 GB de RAM y, además, la capacidad de operar con números mucho más grandes al calcular. Por supuesto, si bien esto es relevante, en primer lugar, para servidores y PC, no nos sorprenderá si los teléfonos inteligentes y las tabletas con esta cantidad de RAM aparecen en el mercado dentro de unos años. Hasta la fecha, no se sabe nada sobre los planes para lanzar chips en una nueva arquitectura y los teléfonos inteligentes que los usan, pero es probable que dichos procesadores reciban los buques insignia en 2014, como ya anunció Samsung.
El núcleo Cortex-A53 abre la serie, que será el “sucesor” directo del Cortex-A9. Los procesadores basados en Cortex-A53 son notablemente superiores a los chips basados en Cortex-A9 en rendimiento, pero al mismo tiempo se mantiene un bajo consumo de energía. Dichos procesadores se pueden usar tanto individualmente como en la configuración ARM big.LITTLE, combinándose en el mismo chipset con un procesador Cortex-A57
Rendimiento Cortex-A53, Cortex-A57
Los procesadores en Cortex-A57, que se fabricarán con una tecnología de proceso de 20 nanómetros, deberían convertirse en los procesadores ARM más potentes en un futuro próximo. El nuevo núcleo supera significativamente a su predecesor, Cortex-A15, en varias métricas de rendimiento (puede ver la comparación anterior) y, según ARM, que apunta seriamente al mercado de las PC, será una solución rentable para las computadoras convencionales (incluidas las portátiles). , no solo dispositivos móviles.
BRAZO grande.PEQUEÑO
Como una solución de alta tecnología al problema del consumo de energía de los procesadores modernos, ARM ofrece la tecnología big.LITTLE, cuya esencia es combinar diferentes tipos de núcleos en un chip, generalmente la misma cantidad de ahorro de energía y alto rendimiento. núcleos de rendimiento.
Existen tres esquemas para el funcionamiento de diferentes tipos de núcleos en un solo chip: big.LITTLE (migración entre clústeres), big.LITTLE IKS (migración entre núcleos) y big.LITTLE MP (multiprocesamiento heterogéneo).
big.LITTLE (migración entre clústeres)
El primer conjunto de chips basado en la arquitectura ARM big.LITTLE fue el procesador Samsung Exynos 5 Octa. Utiliza el esquema original big.LITTLE "4+4", lo que significa dos clústeres (de ahí el nombre del esquema) en un chip de cuatro núcleos Cortex-A15 de alto rendimiento para aplicaciones y juegos que consumen muchos recursos y cuatro de ahorro de energía. Núcleos Cortex-A7 para el trabajo diario con la mayoría de los programas y, en un momento dado, solo puede funcionar un tipo de kernel. El cambio entre grupos de núcleos se produce de forma casi instantánea e imperceptible para el usuario en un modo totalmente automático.
big.LITTLE IKS (migración entre núcleos)
Una implementación más compleja de la arquitectura big.LITTLE es la combinación de varios núcleos reales (generalmente dos) en uno virtual, controlado por el kernel del sistema operativo, que decide qué núcleos usar: eficientes energéticamente o productivos. Por supuesto, también hay varios núcleos virtuales: la ilustración muestra un ejemplo de un esquema IKS, donde cada uno de los cuatro núcleos virtuales contiene un núcleo Cortex-A7 y Cortex-A15.
big.LITTLE MP (multiprocesamiento heterogéneo)
El esquema big.LITTLE MP es el más "avanzado": en él, cada núcleo es independiente y el núcleo del sistema operativo puede activarlo según sea necesario. Esto significa que si se utilizan cuatro núcleos Cortex-A7 y la misma cantidad de núcleos Cortex-A15, en un conjunto de chips basado en la arquitectura ARM big.LITTLE MP, los 8 núcleos podrán funcionar simultáneamente, aunque sean de diferente tipos Uno de los primeros procesadores de este tipo fue el chip de ocho núcleos de Mediatek, el MT6592, que puede operar a una frecuencia de reloj de 2 GHz, así como grabar y reproducir videos en resolución UltraHD.
Futuro
Según la información actualmente disponible, en un futuro cercano, ARM, junto con otras compañías, planea lanzar el lanzamiento de chips big.LITTLE de próxima generación que utilizarán los nuevos núcleos Cortex-A53 y Cortex-A57. Además, el fabricante chino MediaTek lanzará procesadores económicos en ARM big.LITTLE, que funcionarán según el esquema "2 + 2", es decir, utilizarán dos grupos de dos núcleos.
Aceleradores de gráficos de Malí
Además de procesadores, ARM también desarrolla aceleradores gráficos de la familia Mali. Al igual que los procesadores, los aceleradores de gráficos se caracterizan por muchos parámetros, como el nivel de anti-aliasing, la interfaz del bus, el caché (memoria ultrarrápida utilizada para aumentar la velocidad) y la cantidad de "núcleos de gráficos" (aunque, como escribimos en un artículo anterior, este indicador, a pesar de la similitud con el término utilizado para describir la CPU, tiene poco o ningún efecto sobre el rendimiento cuando se comparan dos GPU).
El primer acelerador de gráficos ARM fue el Mali 55, ahora en desuso, que se usó en el teléfono táctil LG Renoir (sí, el teléfono celular más común). La GPU no se usó en los juegos, solo para dibujar la interfaz, y tenía características primitivas para los estándares actuales, pero fue él quien se convirtió en el "ancestro" de la serie Mali.
Desde entonces, el progreso ha recorrido un largo camino, y ahora las API compatibles y los estándares de juego no son de poca importancia. Por ejemplo, el soporte para OpenGL ES 3.0 ahora se anuncia solo en los procesadores más potentes como Qualcomm Snapdragon 600 y 800 y, si hablamos de productos ARM, el estándar es compatible con aceleradores como el Mali-T604 (fue él). que se convirtió en la primera GPU ARM fabricada con la nueva microarquitectura Midgard), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 y algunos otros chips de características similares. Una u otra GPU, por regla general, está estrechamente relacionada con el núcleo, pero, sin embargo, se indica por separado, lo que significa que si la calidad de los gráficos en los juegos es importante para usted, entonces tiene sentido mirar el nombre de la acelerador en las especificaciones de un teléfono inteligente o tableta.
ARM también tiene aceleradores de gráficos para teléfonos inteligentes de gama media, los más comunes son Mali-400 MP y Mali-450 MP, que difieren de sus hermanos mayores en un rendimiento relativamente bajo y un conjunto limitado de API y estándares compatibles. A pesar de esto, estas GPU continúan usándose en nuevos teléfonos inteligentes, por ejemplo, el Zopo ZP998, que recibió el acelerador de gráficos Mali-450 MP4 (una modificación mejorada del Mali-450 MP) además del procesador de ocho núcleos MTK6592.
Presumiblemente, a fines de 2014, deberían aparecer teléfonos inteligentes con los últimos aceleradores de gráficos ARM: Mali-T720, Mali-T760 y Mali-T760 MP, que se introdujeron en octubre de 2013. Mali-T720 debería ser la nueva GPU para teléfonos inteligentes de gama baja y la primera GPU en este segmento compatible con Open GL ES 3.0. Mali-T760, a su vez, se convertirá en uno de los aceleradores de gráficos móviles más potentes: según las características declaradas, la GPU tiene 16 núcleos de procesamiento y tiene una potencia de procesamiento realmente enorme, 326 Gflops, pero al mismo tiempo, cuatro veces menos. Consumo de energía que Mali-T604 mencionado anteriormente.
El papel de la CPU y la GPU de ARM en el mercado
A pesar de que ARM es el autor y desarrollador de la arquitectura del mismo nombre que, repetimos, ahora se usa en la gran mayoría de los procesadores móviles, sus soluciones en forma de núcleos y aceleradores gráficos no son populares entre los principales teléfonos inteligentes. fabricantes Por ejemplo, se cree con razón que los comunicadores insignia en el sistema operativo Android deben tener un procesador Snapdragon con núcleos Krait y un acelerador de gráficos Adreno de Qualcomm, los conjuntos de chips de la misma compañía se usan en los teléfonos inteligentes con Windows Phone y algunos fabricantes de dispositivos, por ejemplo, Apple , desarrollan sus propios núcleos. ¿Por qué es esta la situación actual?
Quizás algunas de las razones sean más profundas, pero una de ellas es la falta de un posicionamiento claro de la CPU y la GPU de ARM entre los productos de otras empresas, por lo que los desarrollos de la empresa se perciben como componentes básicos para su uso en Dispositivos de marca B, smartphones de bajo coste y creando en base a ellos decisiones más maduras. Por ejemplo, Qualcomm repite en casi todas las presentaciones que uno de sus principales objetivos al crear nuevos procesadores es reducir el consumo de energía, y sus núcleos Krait, al ser modificados por núcleos Cortex, muestran constantemente resultados de mayor rendimiento. Una afirmación similar es cierta para los chipsets de Nvidia, que están enfocados en los juegos, pero en cuanto a los procesadores Exynos de Samsung y la serie A de Apple, tienen su propio mercado debido a la instalación en los teléfonos inteligentes de las mismas compañías.
Lo anterior no significa en absoluto que los desarrollos ARM sean significativamente peores que los procesadores y núcleos de terceros, pero la competencia en el mercado en última instancia solo beneficia a los compradores de teléfonos inteligentes. Podemos decir que ARM ofrece algunos espacios en blanco, mediante la compra de una licencia para la cual, los fabricantes ya pueden modificarlos por su cuenta.
Conclusión
Los microprocesadores de arquitectura ARM han conquistado con éxito el mercado de dispositivos móviles debido a su bajo consumo de energía y su poder de procesamiento relativamente grande. Anteriormente, otras arquitecturas RISC, como MIPS, competían con ARM, pero ahora solo le queda un competidor serio: Intel con la arquitectura x86, que, por cierto, aunque lucha activamente por su participación en el mercado, aún no es percibido por ninguno de los dos. los consumidores o la mayoría de los fabricantes en serio, especialmente cuando en realidad no hay buques insignia (Lenovo K900 ya no puede competir con los últimos teléfonos inteligentes de gama alta con procesadores ARM).
¿Qué piensas, alguien podrá impulsar ARM y cómo se desarrollará aún más el destino de esta empresa y su arquitectura?
Como es el procesador. ¿Por qué ARM es el futuro?El consumidor moderno de productos electrónicos es muy difícil de sorprender. Ya estamos acostumbrados al hecho de que nuestro bolsillo está legítimamente ocupado por un teléfono inteligente, una computadora portátil está en una bolsa, un reloj "inteligente" cuenta obedientemente los pasos en la mano y los auriculares con un sistema activo de reducción de ruido acarician nuestros oídos.
Es curioso, pero estamos acostumbrados a llevar no uno, sino dos, tres o más ordenadores a la vez. Después de todo, así es como puedes llamar a un dispositivo que tiene un procesador. Y no importa cómo se vea un dispositivo en particular. Un chip en miniatura es responsable de su trabajo, habiendo superado un camino de desarrollo turbulento y rápido.
¿Por qué sacamos el tema de los procesadores? Todo es simple. En los últimos diez años, se ha producido una auténtica revolución en el mundo de los dispositivos móviles.
Solo hay 10 años de diferencia entre estos dispositivos. Pero el Nokia N95 nos parecía entonces un dispositivo espacial, y hoy miramos a ARKit con cierta desconfianza
Pero todo podría haber resultado diferente, y el maltrecho Pentium IV habría seguido siendo el último sueño de un comprador común.
Intentamos prescindir de términos técnicos complicados y decir cómo funciona el procesador y descubrir qué arquitectura es el futuro.
1. Cómo empezó todo
Los primeros procesadores eran completamente diferentes de lo que puede ver cuando abre la tapa de la unidad del sistema de su PC.
En lugar de microcircuitos en los años 40 del siglo XX, se utilizaron relés electromecánicos, complementados con tubos de vacío. Las lámparas actuaban como un diodo, cuyo estado podía regularse bajando o aumentando el voltaje en el circuito. Las estructuras se veían así:
Para el funcionamiento de una computadora gigantesca, se necesitaban cientos, a veces miles de procesadores. Pero, al mismo tiempo, no podría ejecutar ni siquiera un editor simple como NotePad o TestEdit desde el conjunto estándar de Windows y macOS en una computadora de este tipo. La computadora simplemente no tendría suficiente energía.
2. El advenimiento de los transistores
Los primeros transistores de efecto de campo aparecieron en 1928. Pero el mundo cambió solo después de la aparición de los llamados transistores bipolares, descubiertos en 1947.
A fines de la década de 1940, el físico experimental Walter Brattain y el teórico John Bardeen desarrollaron el primer transistor de punto. En 1950, fue reemplazado por el primer transistor de unión, y en 1954, el conocido fabricante Texas Instruments anunció un transistor de silicio.
Pero la verdadera revolución llegó en 1959, cuando el científico Jean Henri desarrolló el primer transistor plano (plano) de silicio, que se convirtió en la base de los circuitos integrados monolíticos.
Sí, es un poco complicado, así que profundicemos un poco más y tratemos la parte teórica.
3. Cómo funciona un transistor
Entonces, la tarea de un componente eléctrico como un transistor es controlar la corriente. En pocas palabras, este pequeño y complicado interruptor controla el flujo de electricidad.
La principal ventaja de un transistor frente a un interruptor convencional es que no requiere la presencia de una persona. Esos. tal elemento es capaz de controlar independientemente la corriente. Además, funciona mucho más rápido de lo que usted mismo encendería o apagaría el circuito eléctrico.
La tarea de la computadora es representar la corriente eléctrica en forma de números.
Y si antes la tarea de cambiar de estado la realizaban torpes, engorrosos e ineficientes relés eléctricos, ahora el transistor se ha hecho cargo de este trabajo rutinario.
Desde principios de los años 60, los transistores comenzaron a fabricarse con silicio, lo que permitió no solo hacer que los procesadores fueran más compactos, sino también aumentar significativamente su confiabilidad.
Pero primero, tratemos con el diodo.
El silicio (también conocido como Si - "silicio" en la tabla periódica) pertenece a la categoría de semiconductores, lo que significa que, por un lado, transmite mejor la corriente que un dieléctrico, por otro lado, lo hace peor que el metal.
Nos guste o no, pero para comprender el trabajo y la historia posterior del desarrollo de los procesadores, tendremos que sumergirnos en la estructura de un átomo de silicio. No tengas miedo, hagámoslo breve y muy claro.
La tarea del transistor es amplificar una señal débil debido a una fuente de alimentación adicional.
El átomo de silicio tiene cuatro electrones, gracias a los cuales forma enlaces (y para ser precisos, enlaces covalentes) con los mismos tres átomos cercanos, formando una red cristalina. Si bien la mayoría de los electrones están enlazados, una pequeña parte de ellos puede moverse a través de la red cristalina. Debido a esta transferencia parcial de electrones, el silicio se clasificó como semiconductor.
Pero un movimiento de electrones tan débil no permitiría el uso de un transistor en la práctica, por lo que los científicos decidieron aumentar el rendimiento de los transistores dopando o, más simplemente, agregando átomos a la red cristalina de silicio con una disposición característica de electrones.
Entonces comenzaron a usar una impureza de fósforo de 5 valentes, por lo que se obtuvieron transistores de tipo n. La presencia de un electrón adicional hizo posible acelerar su movimiento, aumentando el flujo de corriente.
Al dopar transistores de tipo p, el boro, que incluye tres electrones, se convirtió en un catalizador de este tipo. Debido a la ausencia de un electrón, aparecen agujeros en la red cristalina (desempeñan el papel de una carga positiva), pero debido al hecho de que los electrones pueden llenar estos agujeros, la conductividad del silicio aumenta significativamente.
Supongamos que tomamos una oblea de silicio y dopamos una parte con una impureza de tipo p y la otra con una impureza de tipo n. Entonces obtuvimos un diodo, el elemento básico de un transistor.
Ahora los electrones ubicados en la parte n tenderán a ir a los huecos ubicados en la parte p. En este caso, el lado n tendrá una ligera carga negativa y el lado p tendrá una carga positiva. El campo eléctrico formado como resultado de esta "gravedad" - la barrera - impedirá el movimiento adicional de electrones.
Si conecta una fuente de alimentación al diodo de tal manera que "-" toque el lado p de la placa y "+" toque el lado n, el flujo de corriente no será posible debido al hecho de que los agujeros ser atraído por el contacto negativo de la fuente de energía y los electrones por el positivo, y el enlace entre los electrones p y n se perderá debido a la expansión de la capa combinada.
Pero si conecta la fuente de alimentación con suficiente voltaje al revés, es decir, "+" de la fuente al lado p y "-" al lado n, los electrones colocados en el lado n serán repelidos por el polo negativo y empujados hacia el lado p, ocupando huecos en el lado p. región.
Pero ahora los electrones son atraídos por el polo positivo de la fuente de energía y continúan moviéndose a través de los agujeros p. Este fenómeno se denomina polarización directa del diodo.
diodo + diodo = transistor
Por sí mismo, el transistor puede considerarse como dos diodos acoplados entre sí. En este caso, la región p (aquella donde se encuentran los agujeros) se vuelve común para ellos y se llama la "base".
El transistor N-P-N tiene dos regiones n con electrones adicionales: también son el "emisor" y el "colector" y una región débil con agujeros: la región p, llamada "base".
Si conecta una fuente de alimentación (llamémosla V1) a n regiones del transistor (independientemente del polo), un diodo tendrá polarización inversa y el transistor estará apagado.
Pero, tan pronto como conectemos otra fuente de alimentación (llamémosla V2), configurando el contacto "+" en la región p "central" (base) y el contacto "-" en la región n (emisor), algunos de los electrones fluirán a través de la cadena nuevamente formada (V2), y la parte será atraída por la región n positiva. Como resultado, los electrones fluirán hacia la región del colector y se amplificará una corriente eléctrica débil.
¡Exhalar!
4. Entonces, ¿cómo funciona realmente una computadora?
Y ahora lo más importante.
Dependiendo del voltaje aplicado, el transistor puede estar abierto o cerrado. Si el voltaje es insuficiente para superar la barrera de potencial (la misma en la unión de las placas p y n) - el transistor estará en estado cerrado - en el estado "apagado" o, en el lenguaje del sistema binario, " 0”.
Con suficiente voltaje, el transistor se enciende y obtenemos el valor "encendido" o "1" en binario.
Este estado, 0 o 1, se denomina "bit" en la industria informática.
Esos. ¡obtenemos la propiedad principal del mismo interruptor que abrió el camino a las computadoras para la humanidad!
En la primera computadora digital electrónica ENIAC, o, más simplemente, la primera computadora, se utilizaron alrededor de 18 mil lámparas de triodo. El tamaño de la computadora era comparable a una cancha de tenis y su peso era de 30 toneladas.
Para entender cómo funciona el procesador, hay dos puntos clave más para entender.
Momento 1. Entonces, hemos decidido qué es un bit. Pero con su ayuda, solo podemos obtener dos características de algo: "sí" o "no". Para que la computadora aprendiera a entendernos mejor, idearon una combinación de 8 bits (0 o 1), a la que llamaron byte.
Usando un byte, puede codificar un número de cero a 255. Usando estos 255 números, combinaciones de ceros y unos, puede codificar cualquier cosa.
Momento 2. La presencia de números y letras sin ninguna lógica no nos daría nada. Por eso apareció el concepto de operadores lógicos.
Al conectar solo dos transistores de cierta manera, puede lograr varias acciones lógicas a la vez: "y", "o". La combinación de la cantidad de voltaje en cada transistor y el tipo de su conexión le permite obtener diferentes combinaciones de ceros y unos.
Gracias a los esfuerzos de los programadores, los valores de ceros y unos, el sistema binario, comenzó a traducirse a decimal para que pudiéramos entender qué es exactamente lo que "dice" la computadora. Y para ingresar comandos, nuestras acciones habituales, como ingresar letras desde el teclado, se representan como una cadena binaria de comandos.
En pocas palabras, imagina que hay una tabla de correspondencia, digamos ASCII, en la que cada letra corresponde a una combinación de 0 y 1. Presionaste un botón en el teclado, y en ese momento en el procesador, gracias al programa, el transistores conmutados de tal manera que en la pantalla aparecía lo siguiente: la letra más escrita en la tecla.
5. Y comenzó la carrera de transistores
Después de que el ingeniero de radio británico Geoffrey Dahmer propusiera en 1952 colocar los componentes electrónicos más simples en un cristal semiconductor monolítico, la industria informática dio un salto adelante.
De los circuitos integrados propuestos por Dahmer, los ingenieros cambiaron rápidamente a los microchips, que se basaban en transistores. A su vez, varios de estos chips ya formaban el propio procesador.
Por supuesto, las dimensiones de tales procesadores no son muy similares a las modernas. Además, hasta 1964, todos los procesadores tenían un problema. Requerían un enfoque individual: su propio lenguaje de programación para cada procesador.
1964 Sistema IBM/360. Computadora compatible con el código de programación universal. Un conjunto de instrucciones para un modelo de procesador podría usarse para otro.
años 70 La aparición de los primeros microprocesadores. Procesador de un solo chip de Intel. Intel 4004: TPU de 10 µm, 2300 transistores, 740 kHz.
Intel 4040 e Intel 8008 de 1973. 3.000 transistores a 740 kHz para el Intel 4040 y 3.500 transistores a 500 kHz para el Intel 8008.
Intel 8080 de 1974. TPU de 6 µm y 6000 transistores. La frecuencia del reloj es de unos 5.000 kHz. Fue este procesador el que se usó en la computadora Altair-8800. La copia doméstica del Intel 8080 es el procesador KR580VM80A, desarrollado por el Instituto de Investigación de Microdispositivos de Kiev. 8 bits
Intel 8080 de 1976. TPU de 3 µm y 6500 transistores. Frecuencia de reloj 6 MHz. 8 bits
1976 Zilog Z80. TPU de 3 micras y 8500 transistores. Frecuencia de reloj de hasta 8 MHz. 8 bits
Intel 8086 de 1978. TPU de 3 µm y 29.000 transistores. La frecuencia del reloj es de unos 25 MHz. El conjunto de instrucciones x86 que todavía está en uso hoy. 16 bits
Intel 80186 de 1980. TPU de 3 µm y 134.000 transistores. Frecuencia de reloj: hasta 25 MHz. 16 bits
Intel 80286 de 1982. TPU de 1,5 µm y 134.000 transistores. Frecuencia - hasta 12,5 MHz. 16 bits
1982 Motorola 68000. 3 µm y 84.000 transistores. Este procesador se usó en la computadora Apple Lisa.
1985 Intel 80386. 1,5 µm Tp y 275.000 transistores. Frecuencia - hasta 33 MHz en la versión 386SX.
Parecería que la lista podría continuar indefinidamente, pero los ingenieros de Intel se enfrentaron a un problema grave.
Salida a finales de los 80. Allá por los años 60, uno de los fundadores de Intel, Gordon Moore, formuló la llamada “Ley de Moore”. Suena así:
Cada 24 meses, la cantidad de transistores en un chip de circuito integrado se duplica.
Es difícil llamar ley a esta ley. Sería más exacto llamarlo observación empírica. Comparando el ritmo del desarrollo tecnológico, Moore concluyó que podría formarse una tendencia similar.
Pero ya durante el desarrollo de la cuarta generación de procesadores Intel i486, los ingenieros se enfrentaron al hecho de que ya habían alcanzado el techo de rendimiento y ya no podían colocar más procesadores en la misma área. En ese momento, la tecnología no permitía esto.
Como solución, se encontró una variante utilizando una serie de elementos adicionales:
memoria caché;
transportador;
coprocesador incorporado;
multiplicador.
Parte de la carga computacional recayó sobre los hombros de estos cuatro nodos. Como resultado, la aparición de la memoria caché, por un lado, complicó el diseño del procesador, por otro lado, se volvió mucho más potente.
El procesador Intel i486 ya constaba de 1,2 millones de transistores y la frecuencia máxima de su funcionamiento alcanzó los 50 MHz.
En 1995, AMD se unió al desarrollo y lanzó el procesador Am5x86 compatible con i486 más rápido en ese momento en una arquitectura de 32 bits. Ya se fabricó de acuerdo con la tecnología de proceso de 350 nanómetros y la cantidad de procesadores instalados alcanzó los 1,6 millones de piezas. La frecuencia del reloj ha aumentado a 133 MHz.
Pero los fabricantes de chips no se atrevieron a aumentar aún más la cantidad de procesadores instalados en un chip y desarrollar la ya utópica arquitectura CISC (Computación de conjunto de instrucciones complejas). En cambio, el ingeniero estadounidense David Patterson propuso optimizar el funcionamiento de los procesadores, dejando solo las instrucciones computacionales más necesarias.
Así que los fabricantes de procesadores cambiaron a la plataforma RISC (Reduced Instruction Set Computing), pero ni siquiera esto fue suficiente.
En 1991, se lanzó el procesador R4000 de 64 bits, que operaba a una frecuencia de 100 MHz. Tres años después aparece el procesador R8000 y dos años después el R10000 con velocidades de reloj de hasta 195 MHz. Paralelamente, se desarrolló el mercado de los procesadores SPARC, cuya característica arquitectónica era la ausencia de instrucciones de multiplicación y división.
En lugar de pelear por la cantidad de transistores, los fabricantes de chips comenzaron a repensar la arquitectura de su trabajo. El rechazo de comandos "innecesarios", la ejecución de instrucciones en un ciclo, la presencia de registros de valor general y la canalización permitieron aumentar rápidamente la frecuencia del reloj y la potencia de los procesadores sin distorsionar la cantidad de transistores.
Estas son solo algunas de las arquitecturas que aparecieron entre 1980 y 1995:
Se basaron en la plataforma RISC y, en algunos casos, en un uso combinado parcial de la plataforma CISC. Pero el desarrollo de la tecnología una vez más empujó a los fabricantes de chips a continuar construyendo procesadores.
En agosto de 1999, el AMD K7 Athlon entró en el mercado, fabricado con una tecnología de proceso de 250 nm e incluyendo 22 millones de transistores. Posteriormente, el listón se elevó a 38 millones de procesadores. Luego, hasta 250 millones, aumentó el procesador tecnológico, aumentó la frecuencia del reloj. Pero, como dice la física, hay un límite para todo.
7. El final de la competencia de transistores está cerca
En 2007, Gordon Moore hizo una declaración muy contundente:
La Ley de Moore pronto dejará de aplicarse. Es imposible instalar un número ilimitado de procesadores indefinidamente. La razón de esto es la naturaleza atómica de la materia.
Es evidente a simple vista que los dos principales fabricantes de chips, AMD e Intel, han desacelerado claramente el ritmo de desarrollo de procesadores en los últimos años. La precisión del proceso tecnológico ha aumentado a solo unos pocos nanómetros, pero es imposible colocar aún más procesadores.
Y mientras los fabricantes de semiconductores amenazan con lanzar transistores multicapa, estableciendo un paralelismo con 3DN y la memoria, hace 30 años apareció un competidor serio en la arquitectura amurallada x86.
8. Lo que les espera a los procesadores "normales"
La Ley de Moore ha sido invalidada desde 2016. Esto fue anunciado oficialmente por el mayor fabricante de procesadores Intel. Los fabricantes de chips ya no pueden duplicar la potencia informática en un 100 % cada dos años.
Y ahora los fabricantes de procesadores tienen varias opciones poco prometedoras.
La primera opción son las computadoras cuánticas. Ya ha habido intentos de construir una computadora que use partículas para representar información. Hay varios dispositivos cuánticos similares en el mundo, pero solo pueden hacer frente a algoritmos de baja complejidad.
Además, el lanzamiento en serie de tales dispositivos en las próximas décadas está fuera de discusión. Caro, ineficiente y… ¡lento!
Sí, las computadoras cuánticas consumen mucha menos energía que sus contrapartes modernas, pero también serán más lentas hasta que los desarrolladores y fabricantes de componentes cambien a una nueva tecnología.
La segunda opción son los procesadores con capas de transistores. Tanto Intel como AMD han pensado seriamente en esta tecnología. En lugar de una capa de transistores, planean usar varios. Parece que en los próximos años bien pueden aparecer procesadores en los que no solo será importante el número de núcleos y la frecuencia de reloj, sino también el número de capas de transistores.
La solución tiene derecho a la vida, y así los monopolistas podrán ordeñar al consumidor por un par de décadas más, pero, al final, la tecnología volverá a tocar techo.
Hoy, al darse cuenta del rápido desarrollo de la arquitectura ARM, Intel hizo un discreto anuncio de la familia de chips Ice Lake. Los procesadores se fabricarán en un proceso de 10 nanómetros y se convertirán en la base para teléfonos inteligentes, tabletas y dispositivos móviles. Pero sucederá en 2019.
9. ARM es el futuro Entonces, la arquitectura x86 apareció en 1978 y pertenece al tipo de plataforma CISC. Esos. por sí mismo, implica la existencia de instrucciones para todas las ocasiones. La versatilidad es el principal punto fuerte de x86.
Pero, al mismo tiempo, la versatilidad jugó una broma cruel con estos procesadores. x86 tiene varias desventajas clave:
la complejidad de los comandos y su franca confusión;
Alto consumo de energía y liberación de calor.
Por alto rendimiento, tuve que decir adiós a la eficiencia energética. Además, dos empresas están trabajando actualmente en la arquitectura x86, que se puede atribuir con seguridad a los monopolistas. Estos son Intel y AMD. Solo ellos pueden producir procesadores x86, lo que significa que solo ellos gobiernan el desarrollo de tecnologías.
Al mismo tiempo, varias empresas están involucradas en el desarrollo de ARM (Arcon Risk Machine). En 1985, los desarrolladores eligieron la plataforma RISC como base para un mayor desarrollo de la arquitectura.
A diferencia de CISC, RISC implica diseñar un procesador con el número mínimo de instrucciones requeridas, pero con la máxima optimización. Los procesadores RISC son mucho más pequeños que CISC, más eficientes energéticamente y más simples.
Además, ARM se creó originalmente únicamente como un competidor de x86. Los desarrolladores establecieron la tarea de construir una arquitectura que sea más eficiente que x86.
Desde la década de 1940, los ingenieros entendieron que una de las tareas prioritarias es reducir el tamaño de las computadoras y, en primer lugar, de los propios procesadores. Pero hace casi 80 años, casi nadie podría haber imaginado que una computadora completa sería más pequeña que una caja de fósforos.
Para los usuarios escépticos que rastrean las mejores líneas de Geekbench, solo quiero recordarles: en la tecnología móvil, el tamaño es lo primero que importa.
Coloca una barra de chocolate con un potente procesador de 18 núcleos que "hace pedazos la arquitectura ARM" sobre la mesa y luego coloca tu iPhone al lado. ¿Siente la diferencia?
11. En lugar de salida
Es imposible cubrir los 80 años de historia del desarrollo de las computadoras en un solo material. Pero después de leer este artículo, podrá comprender cómo se organiza el elemento principal de cualquier computadora: el procesador y qué esperar del mercado en los próximos años.
Por supuesto, Intel y AMD trabajarán para aumentar aún más la cantidad de transistores en un solo chip y promover la idea de elementos multicapa.
Pero, ¿usted, como cliente, necesita tal poder?
No creo que esté insatisfecho con el rendimiento de un iPad Pro o un iPhone X insignia. No creo que esté insatisfecho con el rendimiento de su multicocina en su cocina o la calidad de imagen de un 4K de 65 pulgadas. TELEVISOR. Pero todos estos dispositivos usan procesadores en la arquitectura ARM.
Windows ya ha anunciado oficialmente que mira hacia ARM con interés. La compañía incluyó soporte para esta arquitectura en Windows 8.1 y ahora está trabajando activamente en tándem con el fabricante líder de chips ARM, Qualcomm.
Google también logró mirar ARM: el sistema operativo Chrome OS es compatible con esta arquitectura. Han aparecido varias distribuciones de Linux a la vez, que también son compatibles con esta arquitectura. Y esto es sólo el principio.
E intenta por un momento imaginar lo agradable que será combinar un procesador ARM de bajo consumo con una batería de grafeno. Es esta arquitectura la que hará posible obtener dispositivos móviles ergonómicos que puedan dictar el futuro.
El mundo de la informática está cambiando rápidamente. Las PC de escritorio han perdido el primer puesto en el ranking de ventas frente a las portátiles, y están a punto de ceder el mercado a las tabletas y otros dispositivos móviles. Hace 10 años valorábamos los megahercios puros, la potencia real y el rendimiento. Ahora, para conquistar el mercado, el procesador debe ser no solo rápido, sino también económico. Muchos consideran que el ARM es la arquitectura del siglo XXI. ¿Es tan?
Nuevo - viejo bien olvidado
Los periodistas, siguiendo a la gente de relaciones públicas de ARM, a menudo presentan esta arquitectura como algo completamente nuevo, que debería enterrar al canoso x86.
De hecho, ARM y x86, sobre la base de los cuales se construyen Procesadores Intel, AMD y VIA, instalados en portátiles y PC de sobremesa, tienen prácticamente la misma antigüedad. El primer chip x86 se lanzó en 1978. El proyecto ARM comenzó oficialmente en 1983, pero se basó en desarrollos que se llevaron a cabo casi simultáneamente con la creación de x86.
Los primeros ARM impresionaron a los especialistas con su delicadeza, pero con su rendimiento relativamente bajo, no pudieron conquistar un mercado que exigía altas velocidades y no prestaba atención al rendimiento. Tenía que haber ciertas condiciones para que la popularidad de ARM se disparara.
A principios de los años ochenta y noventa, con su aceite relativamente económico, se demandaban enormes SUV con potentes motores de 6 litros. Pocas personas estaban interesadas en los coches eléctricos. Pero hoy en día, cuando un barril de petróleo cuesta más de $100, los autos grandes con motores voraces son solo para los ricos, el resto tiene prisa por cambiarse a autos eficientes en combustible. Algo similar sucedió con ARM. Cuando surgió la cuestión de la movilidad y la eficiencia, la arquitectura resultó tener una gran demanda.
Procesador de "riesgo"
ARM es una arquitectura RISC. Utiliza un conjunto reducido de comandos: RISC (computadora con conjunto de instrucciones reducido). Este tipo de arquitectura apareció a finales de los setenta, casi al mismo tiempo que Intel presentó su x86.
Mientras experimentaban con varios compiladores y procesadores microcodificados, los ingenieros notaron que, en algunos casos, las secuencias de instrucciones simples eran más rápidas que una sola operación compleja. Se decidió crear una arquitectura que implicaría trabajar con un conjunto limitado de instrucciones simples, cuya decodificación y ejecución llevaría un tiempo mínimo.
Uno de los primeros proyectos de procesadores RISC fue implementado por un grupo de estudiantes y profesores de la Universidad de Berkeley en 1981. Justo en este momento, la empresa británica Acorn enfrentó el desafío de los tiempos. Produjo computadoras educativas BBC Micro, que fueron muy populares en Foggy Albion, basadas en el procesador 6502. Pero pronto estas PC domésticas comenzaron a perder frente a máquinas más avanzadas. Bellota corría el riesgo de perder el mercado. Los ingenieros de la compañía, al familiarizarse con el trabajo de los estudiantes en los procesadores RISC, decidieron que sería bastante simple hacer frente a la creación de su propio chip. En 1983, comenzó el proyecto Acorn RISC Machine, que luego se convirtió en ARM. Tres años más tarde, se lanzó el primer procesador.
Primeros ARM
Era extremadamente simple. Los primeros chips ARM incluso carecían de instrucciones de multiplicación y división, que parecían ser un conjunto de más instrucciones simples. Otra característica de los chips era el principio de trabajar con memoria: todas las operaciones con datos podían realizarse solo en registros. Al mismo tiempo, el procesador trabajaba con la llamada ventana de registro, es decir, podía acceder solo a una parte de todos los registros disponibles, que eran básicamente universales, y su trabajo dependía del modo en que se encontraba el procesador. Esto permitió que las primeras versiones de ARM abandonaran el caché.
Además, al simplificar los conjuntos de instrucciones, los arquitectos pudieron prescindir de otros bloques. Por ejemplo, en el primer ARM, no había ningún microcódigo, así como una unidad de coma flotante, la FPU. El número total de transistores en el primer ARM fue de 30 000. En similar x86, hubo varias veces, o incluso un orden de magnitud más. Se logran ahorros de energía adicionales mediante la ejecución condicional de comandos. Es decir, se realizará tal o cual operación si existe un hecho correspondiente en el registro. Esto ayuda al procesador a evitar "gestos excesivos". Todas las instrucciones se ejecutan secuencialmente. Como resultado, ARM perdió rendimiento, pero no significativamente, mientras que ganó significativamente en consumo de energía.
Los principios básicos para construir la arquitectura siguen siendo los mismos que en los primeros ARM: trabajar con datos solo en registros, un conjunto reducido de instrucciones, un mínimo de módulos adicionales. Todo esto proporciona a la arquitectura un bajo consumo de energía con un rendimiento relativamente alto.
Para aumentarlo, ARM ha introducido varios conjuntos de instrucciones adicionales en los últimos años. Junto con el clásico ARM, están Thumb, Thumb 2, Jazelle. Este último está diseñado para acelerar la ejecución del código Java.
Cortex - el ARM más avanzado
Cortex: arquitecturas modernas para dispositivos móviles, sistemas integrados y microcontroladores. En consecuencia, las CPU se designan como Cortex-A, integradas - Cortex-R y microcontroladores - Cortex-M. Todos ellos están basados en la arquitectura ARMv7.
La arquitectura más avanzada y potente de la línea ARM es Cortex-A15. Se supone que, sobre esta base, se producirán principalmente modelos de dos o cuatro núcleos. Cortex-A15 de todos los ARM anteriores es el más cercano a x86 en términos de cantidad y calidad de bloques.
El Cortex-A15 se basa en núcleos de procesador equipados con una FPU y un conjunto de instrucciones NEON SIMD diseñadas para acelerar el procesamiento de datos multimedia. Los núcleos tienen una canalización de 13 etapas, admiten la ejecución de instrucciones en orden libre, virtualización basada en ARM.
Cortex-A15 es compatible con el sistema de direccionamiento de memoria extendida. ARM sigue siendo una arquitectura de 32 bits, pero los ingenieros de la empresa han aprendido a convertir 64 bits u otro direccionamiento extendido en un procesador comprensible de 32 bits. La tecnología se llama Extensiones de direcciones físicas largas. Gracias a ella, Cortex-A15 teóricamente puede direccionar hasta 1 TB de memoria.
Cada núcleo está equipado con un caché de primer nivel. Además, hay hasta 4 MB de caché L2 distribuida de baja latencia. El procesador está equipado con un bus coherente de 128 bits que se puede utilizar para comunicarse con otros bloques y periféricos.
Los núcleos que subyacen al Cortex-A15 son una evolución del Cortex-A9. Tienen una estructura similar.
Cortex-A9, a diferencia de Cortex-A15, se puede producir en versiones de varios núcleos y de un solo núcleo. La frecuencia máxima es de 2,0 GHz, Cortex-A15 sugiere la posibilidad de crear chips que funcionen a una frecuencia de 2,5 GHz. Los chips basados en él se fabricarán utilizando procesos de fabricación de 40 nm y más delgados. Cortex-A9 está disponible en tecnologías de proceso de 65 y 40 nm.
Cortex-A9, como Cortex-A15, está diseñado para usarse en teléfonos inteligentes y tabletas de alto rendimiento, pero es demasiado resistente para aplicaciones más serias, por ejemplo, en servidores. Solo Cortex-A15 tiene virtualización de hardware, direccionamiento de memoria extendida. Además, el conjunto de instrucciones NEON Advanced SIMD y la FPU en el Cortex-A9 son elementos opcionales, mientras que son obligatorios en el Cortex-A15.
Cortex-A8 desaparecerá gradualmente de la escena en el futuro, pero por ahora esta opción de un solo núcleo encontrará uso en teléfonos inteligentes económicos. Una solución de bajo costo con frecuencias de 600 MHz a 1 GHz es una arquitectura balanceada. Tiene una FPU, soporta la primera versión de SIMD NEON. Cortex-A8 asume un único proceso de fabricación: 65 nm.
ARM generaciones anteriores
Los procesadores ARM11 son bastante comunes en el mercado móvil. Se basan en la arquitectura ARMv6 y sus modificaciones. Se caracteriza por canalizaciones de 8-9 etapas, compatibilidad con Jazelle, que acelera el procesamiento del código Java, transmisión de instrucciones SIMD, Thumb-2.
Los procesadores XScale, ARM10E, ARM9E se basan en la arquitectura ARMv5 y sus modificaciones. La longitud máxima de canalización es de 6 etapas, Thumb, Jazelle DBX, DSP mejorado. Los chips XScale tienen un caché de segundo nivel. Los procesadores se utilizaron en los teléfonos inteligentes desde mediados de la década de 2000 y hoy en día se pueden encontrar en algunos teléfonos móviles económicos.
ARM9TDMI, ARM8, StrongARM son representantes de ARMv4, que tiene una canalización de 3 a 5 etapas, es compatible con Thumb. ARMv4, por ejemplo, se encontró en los primeros iPod clásicos.
ARM6 y ARM7 son ARMv3. En esta arquitectura apareció por primera vez el bloque FPU, se implementó el direccionamiento de memoria de 32 bits y no de 26 bits, como en las primeras muestras de la arquitectura. Formalmente, ARMv2 y ARMv1 eran chips de 32 bits, pero en realidad funcionaban activamente solo con un espacio de direcciones de 26 bits. El caché apareció por primera vez en ARMv2.
su nombre es legión
Acorn originalmente no iba a convertirse en un jugador en el mercado de procesadores. La tarea del proyecto ARM era la creación de un chip de producción propia para la producción de computadoras: la creación de una PC en Acorn se consideraba su negocio principal.
De un grupo de desarrolladores, ARM ha pasado a ser una empresa gracias a Apple. En 1990, Apple se asoció con VLSI y Acorn para desarrollar un procesador económico para la primera computadora portátil Newton. Para estos fines, se creó una empresa separada, que recibió el nombre del proyecto interno Acorn - ARM.
Con la participación de Apple se creó el procesador ARM6, que es el más cercano a los chips modernos del desarrollador inglés. Al mismo tiempo, DEC pudo patentar la arquitectura ARM6 y comenzó a producir chips bajo la marca StrongARM. Un par de años más tarde, la tecnología se transfirió a Intel como parte de otra disputa de patentes. El gigante de los microprocesadores ha creado su propio análogo basado en ARM: el procesador XScale. Pero a mediados de la década anterior, Intel se deshizo de este "activo no central", centrándose exclusivamente en x86. XScale ha sido adquirido por Marvell, que ya tiene la licencia de ARM.
Recién aparecido en el mundo, ARM al principio no pudo participar en la producción de procesadores. Su gerencia eligió una forma diferente de ganar dinero. La arquitectura ARM se caracterizó por la simplicidad y la flexibilidad. Al principio, el núcleo incluso se vio privado de un caché, por lo tanto, posteriormente, los módulos adicionales, incluidos los controladores FPU, no estaban estrechamente integrados en el procesador, sino que, por así decirlo, estaban colgados en la base.
En consecuencia, ARM consiguió un diseñador inteligente que permitía a las empresas tecnológicamente avanzadas crear procesadores o microcontroladores para sus necesidades. Esto se hace con la ayuda de los llamados coprocesadores, que pueden ampliar la funcionalidad estándar. En total, la arquitectura admite hasta 16 coprocesadores (numerados del 0 al 15), pero el número 15 está reservado para un coprocesador que realiza funciones de administración de caché y memoria.
Los periféricos se conectan al chip ARM asignando sus registros al espacio de memoria del procesador o coprocesador. Por ejemplo, un chip de procesamiento de imágenes puede consistir en un núcleo basado en ARM7TDMI relativamente simple y un coprocesador que proporciona decodificación de HDTV.
ARM ha comenzado a licenciar su arquitectura. Otras empresas ya se han involucrado en su implementación en silicio, como Texas Instruments, Marvell, Qualcomm, Freescale, pero también completamente non-core como Samsung, Nokia, Nintendo o Canon.
La falta de fábricas propias, así como regalías impresionantes, permitieron que ARM fuera más flexible en el desarrollo de nuevas versiones de la arquitectura. La empresa los horneó como pan caliente, ingresando a nuevos nichos. Además de los teléfonos inteligentes y las tabletas, la arquitectura se utiliza en procesadores especializados, como navegadores GPS, cámaras digitales y videocámaras. Sobre esta base, se crean controladores industriales y otros chips para sistemas integrados.
El sistema de licencias ARM es un verdadero hipermercado de microelectrónica. La empresa otorga licencias no solo para arquitecturas nuevas, sino también obsoletas. Este último se puede utilizar para crear microcontroladores o chips para dispositivos de bajo costo. Naturalmente, el nivel de regalías depende del grado de novedad y complejidad de la variante de arquitectura de interés para el fabricante. Tradicionalmente, los procesos técnicos para los que ARM desarrolla procesadores están 1 o 2 pasos por detrás de los que se consideran relevantes para x86. La alta eficiencia energética de la arquitectura la hace menos dependiente de la transición a nuevos estándares técnicos. Intel y AMD buscan fabricar chips más delgados para aumentar la velocidad del reloj y el número de núcleos, manteniendo el tamaño físico y el consumo de energía. ARM tiene requisitos de potencia más bajos de forma nativa y también ofrece más rendimiento por vatio.
Características de los procesadores NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell
Al licenciar ARM a diestro y siniestro, los desarrolladores fortalecieron la posición de su arquitectura a expensas de las competencias de los socios. NVIDIA Tegra puede considerarse un ejemplo clásico en este caso. Esta línea de sistemas en un chip se basa en la arquitectura ARM, pero NVIDIA ya tenía sus propios desarrollos muy serios en el campo de los gráficos tridimensionales y la lógica del sistema.
ARM otorga a sus licenciantes amplia autoridad para rediseñar la arquitectura. En consecuencia, los ingenieros de NVIDIA pudieron combinar las fortalezas de ARM (computación de CPU) y sus propios productos en Tegra: trabajar con gráficos tridimensionales, etc. Como resultado, Tegra tiene el rendimiento 3D más alto de su clase. Son entre un 25 y un 30 % más rápidos que el PowerVR que utilizan Samsung y Texas Instruments, y son casi el doble de rápidos que el Adreno de Qualcomm.
Otros fabricantes de procesadores basados en la arquitectura ARM están reforzando ciertos bloques adicionales, mejorando los chips para conseguir mayores frecuencias y rendimiento.
Por ejemplo, Qualcomm no utiliza el diseño de referencia ARM. Los ingenieros de la compañía lo rediseñaron seriamente y lo llamaron Escorpio: es él quien subyace a los chips Snapdragon. En parte, el diseño se ha rediseñado para dominar los procesos técnicos más sutiles que los proporcionados por el IP ARM estándar. Como resultado, los primeros Snapdragons se produjeron con estándares de 45 nm, lo que les proporcionó frecuencias más altas. Y la nueva generación de estos procesadores con los 2,5 GHz declarados puede incluso convertirse en el más rápido entre los análogos basados en ARM Cortex-A9. Qualcomm también utiliza su propio núcleo de gráficos Adreno, basado en diseños adquiridos de AMD. Entonces, en cierto modo, Snapdragon y Tegra son enemigos a nivel genético.
Samsung, al crear Hummingbird, también tomó el camino de optimizar la arquitectura. Los coreanos, junto con Intrinsity, cambiaron la lógica, lo que redujo la cantidad de instrucciones necesarias para realizar algunas operaciones. Así era posible ganar 5-10 % de la productividad. Además, se agregaron un caché dinámico de segundo nivel y una extensión multimedia ARM NEON. Los coreanos utilizaron el PowerVR SGX540 como módulo de gráficos.
Texas Instruments en la nueva serie OMAP basada en la arquitectura ARM Cortex-A ha agregado un módulo IVA especial responsable de acelerar el procesamiento de imágenes. Le permite procesar rápidamente los datos provenientes de la cámara incorporada del sensor. Además, está conectado al ISP y contribuye a la aceleración de video. OMAP también usa gráficos PowerVR.
El Apple A4 tiene un gran caché de 512 KB, gráficos PowerVR y el propio núcleo ARM se basa en una variante de la arquitectura rediseñada por Samsung.
El Apple A5 de doble núcleo, que debutó en el iPad 2 a principios de 2011, se basa en la arquitectura ARM Cortex-A9, tal como fue optimizada por Samsung la última vez. En comparación con el A4, el nuevo chip tiene el doble de caché L2: se ha aumentado a 1 MB. El procesador contiene un controlador RAM de doble canal y tiene un bloque de video mejorado. Como resultado, su rendimiento en algunas tareas es el doble que el del Apple A4.
Marvell ofrece chips basados en su propia arquitectura Sheeva, que tras un examen más detallado resulta ser un híbrido de XScale, una vez comprado a Intel, y ARM. Estos chips tienen una gran memoria caché en comparación con sus homólogos y están equipados con un módulo multimedia especial.
Actualmente, los licenciatarios de ARM solo producen chips basados en la arquitectura ARM Cortex-A9. Al mismo tiempo, aunque permite crear variantes de cuatro núcleos, NVIDIA, Apple, Texas Instruments y otros todavía se limitan a modelos con uno o dos núcleos. Además, los chips funcionan a frecuencias de hasta 1,5 GHz. Cortex-A9 le permite fabricar procesadores de dos GHz, pero nuevamente, los fabricantes no se esfuerzan por aumentar rápidamente las frecuencias; por ahora, el mercado tendrá suficientes procesadores de doble núcleo a 1,5 GHz.
Los procesadores basados en Cortex-A15 deberían convertirse en verdaderos multinúcleo, pero si se anuncian, entonces en papel. Su aparición en silicio debería esperarse el próximo año.
Procesadores con licencia ARM basados en Cortex-A9 actuales:
x86 - el principal rival
x86 es un representante de las arquitecturas CISC. Utilizan el conjunto completo de comandos. Una instrucción en este caso realiza varias operaciones de bajo nivel. El código del programa, a diferencia de ARM, es más compacto, pero no se ejecuta tan rápido y requiere más recursos. Además, desde el principio, los x86 estaban equipados con todos los bloques necesarios, lo que sugería tanto su versatilidad como su glotonería. Se gastó energía adicional en la ejecución incondicional y paralela de comandos. Esto le permite lograr una ventaja de velocidad, pero algunas operaciones están inactivas porque no cumplen las condiciones anteriores.
Estos eran los x86 clásicos, pero ya a partir del 80486, Intel creó de facto un núcleo RISC interno que ejecutaba instrucciones CISC, previamente descompuestas en instrucciones más simples. Los procesadores Intel y AMD modernos tienen el mismo diseño.
Windows 8 y ARM
ARM y x86 difieren hoy menos que hace 30 años, pero aún se basan en principios diferentes, lo que los separa en diferentes nichos del mercado de procesadores. Es posible que las arquitecturas nunca se hubieran cruzado si la computadora misma no hubiera cambiado.
La movilidad y la eficiencia pasaron a primer plano, se prestó más atención a los teléfonos inteligentes y las tabletas. Apple gana mucho dinero con los dispositivos móviles y la infraestructura asociada a ellos. Microsoft no quiere quedarse atrás y lleva dos años intentando hacerse un hueco en el mercado de las tablets. Google lo está haciendo bastante bien.
La PC de escritorio se convierte ante todo en una herramienta de trabajo, el nicho de una computadora doméstica está ocupado por tabletas y dispositivos especializados. En estas condiciones, Microsoft va a dar un paso sin precedentes. . No está del todo claro a qué conducirá esto. Obtendremos dos versiones del sistema operativo, o una que funcionará con ambas arquitecturas. ¿El soporte x86 de Microsoft enterrará ARM, o no?
Hay poca información todavía. Microsoft demostró Windows 8 en un dispositivo basado en ARM durante CES 2011. Steve Ballmer mostró que en la plataforma ARM, puede usar Windows para ver videos, trabajar con imágenes, usar Internet; Internet Explorer incluso funcionó con aceleración de hardware; conecte un USB Dispositivos para imprimir documentos. Lo más importante en esta demostración fue tener Microsoft Office ejecutándose en ARM sin una máquina virtual. La presentación mostró tres gadgets basados en procesadores Qualcomm, Texas Instruments y NVIDIA. Windows tenía un shell estándar de "siete", pero los representantes de Microsoft anunciaron un kernel de sistema nuevo y rediseñado.
Sin embargo, Windows no es solo un sistema operativo creado por ingenieros de Microsoft, sino también millones de programas. Cierto software es fundamental para las personas en muchas profesiones. Por ejemplo, el paquete Adobe CS. ¿La empresa admitirá la versión ARM-Windows del software, o el nuevo kernel permitirá que Photoshop y otras aplicaciones populares se ejecuten en computadoras con NVIDIA Tegra o chips similares sin modificaciones de código adicionales?
Además, hay una pregunta con las tarjetas de video. Ahora, las tarjetas de video para computadoras portátiles se fabrican optimizando el consumo de energía de los chips gráficos de escritorio; son arquitectónicamente iguales. Al mismo tiempo, ahora una tarjeta de video es algo así como una "computadora dentro de una computadora": tiene su propia RAM ultrarrápida y su propio chip informático, que supera significativamente a los procesadores convencionales en tareas específicas. No hace falta decir que se ha realizado para ellos la optimización correspondiente de las aplicaciones que trabajan con gráficos 3D. Sí, y varios programas de edición de video y editores gráficos (en particular, Photoshop de la versión CS4), y más recientemente, los navegadores también usan aceleración de hardware GPU.
Por supuesto, en Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS y otros sistemas móviles, se ha realizado la optimización necesaria para varios aceleradores móviles (más precisamente, ultramóviles) del mercado. Sin embargo, no son compatibles con Windows. Los controladores, por supuesto, se escribirán (y ya están escritos: los procesadores de la serie Intel Atom Z500 se suministran con un conjunto de chips, donde está integrado el núcleo de gráficos PowerVR SGX 535 del "teléfono inteligente"), pero la optimización de la aplicación para ellos puede llegar tarde, si es que llega. .
Obviamente, "ARM en el escritorio" realmente no despegará. A menos que se trate de sistemas de bajo consumo en los que accederán a Internet y verán películas. En nettops en general. Entonces, ARM solo está tratando de dar un golpe en el nicho que Intel Atom ha ocupado y donde AMD ahora está presionando activamente con su plataforma Brazos. Y ella parece ser parte de eso. Salvo que ambas empresas de procesadores "disparen" con algo muy competitivo.
En algunos lugares, Intel Atom y ARM ya están compitiendo. Se utilizan para crear almacenamientos en red y servidores de bajo consumo que pueden funcionar en una pequeña oficina o apartamento. También hay varios proyectos de clústeres comerciales basados en chips Intel económicos. Las características de los nuevos procesadores basados en ARM Cortex-A9 permiten utilizarlos para dar soporte a la infraestructura. Así, en un par de años podremos conseguir servidores ARM o ARM-NAS para pequeñas redes locales, y no se puede descartar la aparición de servidores web de bajo consumo.
primer combate
El principal rival de ARM desde el lado x86 es el Intel Atom, y ahora puedes agregar el . La comparación de x86 y ARM fue realizada por Van Smith, quien creó los paquetes de prueba OpenSourceMark, miniBench y uno de los coautores de SiSoftware Sandra. Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050 participaron en la carrera. Se redujeron las frecuencias de los chips x86, pero aún tenían una ventaja debido a una memoria más avanzada.
Los resultados fueron muy interesantes. El chip ARM demostró ser tan rápido como sus competidores en operaciones con números enteros y consumía menos energía. No hay nada sorprendente aquí. Inicialmente, la arquitectura era bastante rápida y económica. En las operaciones de coma flotante, ARM perdió x86. El bloque FPU tradicionalmente potente disponible para chips Intel y AMD ha afectado aquí. Recordemos que apareció en ARM hace relativamente poco tiempo. Las tareas que recaen en la FPU ocupan un lugar importante en la vida de un usuario moderno: se trata de juegos, codificación de video y audio y otras operaciones de transmisión. Por supuesto, las pruebas realizadas por Van Smith ya no son tan relevantes hoy en día. ARM ha incrementado significativamente las debilidades de su arquitectura en las versiones Cortex-A9 y especialmente Cortex-A15 que, por ejemplo, ya pueden ejecutar instrucciones de forma incondicional, paralelizando la ejecución de tareas.
perspectiva ARM
Entonces, ¿qué arquitectura debería terminar usando, ARM o x86? Lo mejor sería apostar por los dos. Hoy vivimos en condiciones de reformateo del mercado informático. En 2008, las netbooks pronosticaron un futuro brillante. Las computadoras portátiles compactas y baratas deberían haberse convertido en la computadora principal para la mayoría de los usuarios, especialmente en el contexto de la crisis mundial. Pero luego comenzó la recuperación económica y apareció el iPad. Las tabletas son ahora los reyes del mercado. Sin embargo, la tableta es buena como consola de entretenimiento, pero no es muy conveniente de usar principalmente debido a la entrada táctil: escribir este artículo en el iPad sería muy difícil y largo. ¿Soportarán las tabletas la prueba del tiempo? Tal vez en un par de años se nos ocurrirá un nuevo juguete.
Pero aún así, en el segmento móvil, donde no se requiere un alto rendimiento y la actividad del usuario se limita principalmente al entretenimiento y no está relacionada con el trabajo, ARM parece preferible a x86. Proporcionan un nivel aceptable de rendimiento, así como una gran duración de la batería. Los intentos de Intel de recordar a Atom hasta ahora no han tenido éxito. ARM establece una nueva barra de rendimiento por vatio. Lo más probable es que ARM tenga éxito en dispositivos móviles compactos. En el mercado de las netbooks también pueden convertirse en líderes, pero aquí todo depende no tanto de los desarrolladores de procesadores, sino de Microsoft y Google. Si el primero implementa soporte ARM normal en Windows 8, y el segundo traerá a la mente Chrome OS. Hasta ahora, los smartbooks ofrecidos por Qualcomm no han hecho mercado. Las netbooks basadas en x86 sobrevivieron.
La arquitectura Cortex-A15 debería hacer un gran avance en esta dirección, según lo planeado por ARM. La empresa recomienda procesadores de dos y cuatro núcleos basados en él con una frecuencia de 1,0-2,0 GHz para sistemas de entretenimiento doméstico que combinarán un reproductor multimedia, TV 3D y terminal de Internet. Los chips de cuatro núcleos con una frecuencia de 1,5 a 2,5 GHz pueden convertirse en la base de los servidores domésticos y web. Finalmente, el caso de uso más ambicioso para Cortex-A15 es la infraestructura inalámbrica. Puede utilizar chips con cuatro o más núcleos, con una frecuencia de 1,5-2,5 GHz.
Pero por ahora, estos son solo planes. Cortex-A15 se introdujo en ARM en septiembre del año pasado. La compañía mostró Cortex-A9 en octubre de 2007, dos años después, la compañía presentó la versión A9 con la capacidad de aumentar la frecuencia de los chips hasta 2.0 GHz. A modo de comparación, NVIDIA Tegra 2, una de las soluciones más populares basadas en Cortex-A9, se lanzó solo en enero del año pasado. Bueno, los primeros dispositivos basados en él, los usuarios pudieron sentir después de otros seis meses.
El segmento de PC de trabajo y soluciones de alto rendimiento se mantendrá para x86. Esto no significará la muerte de la arquitectura, pero en términos de dinero, Intel y AMD deberían prepararse para la pérdida de parte de los ingresos que irán a parar a los fabricantes de procesadores ARM.
