Karena jumlah aplikasi yang terus meningkat yang menuntut peningkatan kinerja pemrosesan data, ada kecenderungan peningkatan permintaan untuk 32-bit. mikrokontroler. Kesimpulan ini dibuat oleh perusahaan pemasaran Semico, yang memprediksi dominasi 2 kali lipat dari kapasitas pasar 32-bit. mikrokontroler lebih dari 8 dan 16-bit. pada tahun 2007 . Dalam hal ini, tujuan artikel ini adalah untuk menyajikan tren perkembangan umum dari salah satu 32-bit yang paling umum. ARM core dan memberikan penilaian komparatif mikrokontroler berdasarkan mereka dari produsen paling terjangkau di pasar CIS.
Ikhtisar arsitektur ARM
Inti mikrokontroler ARM dikembangkan oleh perusahaan Inggris dengan nama yang sama, yang diselenggarakan pada tahun 1990. Nama ARM berasal dari "Mesin RISC Lanjutan". Perlu dicatat bahwa perusahaan berspesialisasi secara eksklusif dalam pengembangan inti mikroprosesor dan unit periferal, sementara itu tidak memiliki fasilitas produksi untuk produksi mikrokontroler. ARM memberikan desainnya dalam bentuk elektronik, yang menjadi dasar pelanggan mendesain mikrokontroler mereka sendiri. Klien perusahaan adalah lebih dari 60 perusahaan manufaktur semikonduktor, di antaranya adalah produsen populer di pasar semikonduktor CIS seperti Altera, Analog Devices, Atmel, Cirrus Logic, Fujitsu, MagnaChip (Hynix), Intel, Motorola, National Semiconductor, Philips , ST Microelectronics dan Instrumen Texas.
Saat ini, arsitektur ARM memimpin dan mencakup 75% pasar 32-bit. mikroprosesor RISC tertanam. Prevalensi inti ini dijelaskan oleh sifat standarnya, yang memungkinkan pengembang untuk lebih fleksibel menggunakan pengembangan perangkat lunaknya sendiri dan pihak ketiga, baik saat beralih ke inti prosesor ARM baru, dan saat bermigrasi di antara berbagai jenis mikrokontroler ARM.
Saat ini, enam keluarga besar telah dikembangkan (lihat Gambar 1): ARM7™, ARM9™, ARM9E™, ARM10™, ARM11™ dan SecurCore™. Keluarga XScale™ dan StrongARM® juga telah dikembangkan dengan Intel.
Sebagai tambahan untuk arsitektur ARM, beberapa ekstensi dapat diintegrasikan:
- Thumb® - 16-bit set instruksi yang meningkatkan efisiensi memori program;
- DSP - satu set instruksi aritmatika untuk pemrosesan sinyal digital;
- Jazelle™ - ekstensi untuk eksekusi langsung perangkat keras dari instruksi Java;
- Media - ekstensi untuk 2-4 kali kecepatan pemrosesan sinyal audio dan video.
Gambar 1. Inti prosesor ARM
Level rekor yang telah dilewati arsitektur ARM adalah kecepatan lebih dari 1 GHz dan konsumsi spesifik 1 W / MHz. Tergantung pada tujuannya, prosesor ARM dibagi menjadi tiga kelompok (lihat Gambar 2):
- Prosesor untuk sistem operasi platform terbuka dalam komunikasi nirkabel, pencitraan, dan aplikasi elektronik konsumen.
- Prosesor untuk sistem operasi real-time tertanam untuk penyimpanan massal, industri, otomotif, dan aplikasi jaringan.
- Sistem perlindungan data untuk kartu pintar dan kartu SIM.
| 0,18µm (0,13µm) | ||||
| Inti | Cache | Luas, mm 2 | Konsumsi spesifik mW/MHz | Frekuensi, 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) |
| ARM1136J(F)-S | 16k/16k+ 16/16k TCM | - (8,2; 9,6) | 1,30 (0,4) | 250-270 (333-400) |
Gambar 2. Data teknis untuk inti prosesor
ISE - emulator dalam sirkuit, RT - waktu nyata, DSP - prosesor sinyal digital, SIMD - banyak data dalam satu instruksi, TCM - memori yang digabungkan erat (cache), ETM - makrosel jejak bawaan, VIC - pengontrol interupsi vektor, ASB , AHB - jenis ban internal
Janji inti ARM menjadi jelas setelah pengumuman revolusioner Atmel pada konferensi pengembang mikrokontroler ARM yang diadakan di Santa Clara (AS) pada Oktober 2004. Inti dari pengumuman itu adalah niat Atmel untuk merilis 32-bit. Mikrokontroler AT91SAM7S dengan harga 8-bit, menargetkan 8-bit. aplikasi untuk memperluas fungsionalitas pemrosesan informasi, sambil mempertahankan biaya kompetitifnya pada tingkat yang sama.
Set instruksi jempol
32-bit Prosesor ARM sebelumnya mendukung 16-bit. pengembangan dengan mendukung set instruksi Thumb. Menggunakan 16-bit instruksi dapat menghemat memori hingga 35% dibandingkan dengan 32-bit yang setara. kode, sambil mempertahankan semua manfaat 32-bit. sistem, misalnya, mengakses memori dengan 32-bit. ruang alamat.
teknologi SIMD
Teknologi SIMD (multiple data in one instruction) digunakan dalam perluasan media dan ditujukan untuk meningkatkan kecepatan pemrosesan data dalam aplikasi yang memerlukan konsumsi daya rendah. Ekstensi SIMD dioptimalkan untuk berbagai perangkat lunak, termasuk. codec audio / video, di mana mereka memungkinkan Anda untuk meningkatkan kecepatan pemrosesan hingga 4 kali lipat.
Set instruksi DSP (DSP)
Banyak aplikasi menuntut kecepatan pemrosesan sinyal waktu nyata. Secara tradisional, dalam situasi seperti itu, pengembang menggunakan prosesor sinyal digital (DSP), yang meningkatkan konsumsi daya dan biaya pengembangan itu sendiri dan perangkat akhir. Untuk menghilangkan kekurangan ini, sejumlah prosesor ARM telah terintegrasi instruksi DSP yang mengeksekusi 16-bit. dan 32-bit. operasi aritmatika.
Teknologi Jazelle®
Teknologi ARM Jazelle ditujukan untuk aplikasi yang mendukung bahasa pemrograman Java. Ini menawarkan kombinasi unik dari kinerja tinggi, biaya sistem rendah, dan persyaratan daya rendah yang tidak dapat dicapai secara bersamaan menggunakan koprosesor atau prosesor Java khusus.
Teknologi ARM Jazelle adalah ekstensi ke 32-bit. Arsitektur RISC yang memungkinkan prosesor ARM untuk mengeksekusi kode Java di perangkat keras. Pada saat yang sama, kinerja eksekusi kode Java yang tak tertandingi dengan menggunakan arsitektur ARM tercapai. Dengan demikian, pengembang memiliki kesempatan untuk mengimplementasikan aplikasi Java secara bebas, termasuk. sistem operasi dan kode aplikasi, pada prosesor yang sama.
Teknologi Jazelle saat ini terintegrasi ke dalam prosesor ARM berikut: ARM1176JZ(F)-S, ARM1136J(F)-S, ARM1026EJ-S, ARM926EJ-S, dan ARM7EJ-S.
Prosesor ARM tradisional mendukung 2 set instruksi: dalam mode ARM, instruksi 32-bit, dan dalam mode Jempol, instruksi paling populer dikompresi menjadi 16-bit. format. Teknologi Jazelle memperluas konsep ini dengan menambahkan set instruksi Java ketiga yang dipanggil dalam mode Java baru.
Teknologi Manajemen Energi Cerdas
Salah satu tantangan utama yang dihadapi oleh pengembang perangkat portabel (seperti ponsel pintar, asisten digital pribadi, dan pemutar audio/video) adalah mengoptimalkan konsumsi daya, yang dapat meningkatkan karakteristik kinerja perangkat jadi dengan memperpanjang masa pakai baterai atau mengurangi ukuran perangkat.
Metode tradisional untuk mengurangi konsumsi daya adalah penggunaan mode operasi ekonomis, seperti idle (idle) atau sleep (tidur), yang berbeda dalam kedalaman penonaktifan elemen internal. Sebagai aturan, mode operasi aktif dari sistem semacam itu dirancang untuk kondisi operasi terburuk dan ditandai dengan beban maksimum, sehingga mengurangi masa pakai baterai yang tidak perlu. Oleh karena itu, untuk lebih mengoptimalkan konsumsi baterai, pengembang memberikan perhatian khusus pada manajemen daya dalam mode aktif.
Untuk memfasilitasi proses ini, teknologi Intelligent Energy Manager (IEM) telah dikembangkan untuk prosesor ARM. Teknologi ini merupakan kombinasi dari komponen perangkat keras dan perangkat lunak yang bekerja sama untuk melakukan penskalaan daya dinamis.
Inti dari metode kontrol dinamis tegangan suplai didasarkan pada ekspresi konsumsi daya prosesor CMOS:
di mana P adalah konsumsi daya total, C adalah kapasitansi yang diaktifkan, fc adalah frekuensi prosesor, adalah tegangan suplai, adalah arus bocor dalam mode statis. Ini mengikuti dari ekspresi bahwa frekuensi dan tegangan suplai dapat divariasikan untuk menyesuaikan konsumsi daya.
Pengurangan frekuensi untuk mengurangi konsumsi daya banyak digunakan di mikrokontroler dan sistem pada chip (PSoC), tetapi tidak ada kerugian dari metode ini adalah penurunan kinerja. Metode kontrol dinamis dari tegangan suplai didasarkan pada variasi tegangan suplai, namun, jika kemungkinan penyesuaian habis, maka metode penyesuaian frekuensi prosesor digunakan sebagai metode tambahan.
Mikrokontroler berdasarkan arsitektur ARM
Tabel 1 menyajikan secara umum Karakteristik komparatif Mikrokontroler ARM dari produsen paling terkenal dan terjangkau: Analog Device, Atmel, Philips Semiconductors, dan Texas Instruments, dan Tabel 2 menyajikan data teknisnya secara lebih rinci.
Tabel 1. Perbandingan mikrokontroler ARM dari berbagai produsen berdasarkan fitur utama
| TMS 470 (Instrumen Texas) | AT91 (Atmel) | Konverter Mikro (AD) | LPC2000 (Philips) |
| Sistemik: | |||
| Penyimpanan: | |||
| Periferal Analog: | |||
| Periferal Digital: | |||
| Antarmuka: | |||
Tabel 2. Data teknis untuk mikrokontroler ARM dari Atmel, Analog Device, Texas Instruments, Philips Semiconductors
| Nama | Inti | Bingkai | Penyimpanan | Periferal | I/O | Maks. h-ta, MHz | ||||||
| Flash, KB | RAM, KB | pengatur waktu | ADC, ch / res | SPI/U(S)APP/ I2C | Pengembang/Host USB | BISA | Lainnya | |||||
| Mikrokontroler dari keluarga TMS470 dari 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 |
| Keluarga AT91 ARM Thumb 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, PIT, RTT | 54 | 33 | ||||
| ARM7TDMI | QFP176 BGA176 |
- | 8 | 6 | 8/10 | 1/3/- | EBI, RTC, 2x10 rubel DAC | 58 | 33 | |||
| ARM7TDMI | QFP100 | 256 | 96 | 6 | 1/4/1 | 1/- | SSC, PIT, 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, BISA | 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, RC Gen., 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, RC Gen., SSC | 32 | 55 | ||
| ARM7TDMI | QFP64 | 128 | 32 | 3 | 8/10 | 1/2/1 | 1/- | 4 PWM, RTT, PIT, RC Gen., SSC | 32 | 55 | ||
| ARM7TDMI | QFP64 | 256 | 64 | 3 | 8/10 | 1/2/1 | 1/- | 4 PWM, RTT, PIT, RC Gen., SSC | 32 | 55 | ||
| ARM7TDMI | QFP100 | 128 | 32 | 3 | 8/10 | 1/2/1 | 1/- | 1 | 4 PWM, RTT, PIT, RC Gen., 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, int.SDRAM, 3xSSC, MCI | 96 | 200 | ||
| Mikrokontroler dari keluarga MicroConverter dari Perangkat Analog | ||||||||||||
| 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 3 fase, K, PLM | 40 | 45 | ||||
| ARM7TDMI | ST-80 | 62 | 8 | 16/12 | 1/1/2 | 3f. PWM, K, PLM | 40 | 45 | ||||
| Mikrokontroler dari keluarga LPC2000 dari Philips Semiconductors | ||||||||||||
| ARM7TDMI-S | LQFP48 | 128 | 16 | 4 | 1/2/1 | 6 bab. PWM | 32 | 60 | ||||
| ARM7TDMI-S | LQFP48 | 128 | 32 | 4 | 1/2/1 | 6 bab. PWM | 32 | 60 | ||||
| ARM7TDMI-S | LQFP48 | 128 | 64 | 4 | 1/2/1 | 6 bab. PWM | 32 | 60 | ||||
| ARM7TDMI-S | LQFP64 | 128 | 16 | 4 | 4/10 | 2/2/1 | 6 bab. PWM | 46 | 60 | |||
| ARM7TDMI-S | LQFP64 | 128 | 16 | 4 | 4/10 | 2/2/1 | 6 bab. PWM | 46 | 60 | |||
| ARM7TDMI-S | LQFP64 | 256 | 16 | 4 | 4/10 | 2/2/1 | 6 bab. PWM | 46 | 60 | |||
| ARM7TDMI-S | LQFP64 | 256 | 16 | 4 | 4/10 | 2/2/1 | 6 bab. PWM | 46 | 60 | |||
| 2/2/1 | 6 bab. PWM | 112 | 60 | |||||||||
| ARM7TDMI-S | LQFP144 | 256 | 16 | 4 | 8/10 | 2/2/1 | 2 | 6 bab. PWM | 112 | 60 | ||
| ARM7TDMI-S | LQFP144 | 256 | 16 | 4 | 8/10 | 2/2/1 | 4 | 6 bab. PWM | 112 | 60 | ||
Meskipun penggunaan inti ARM7TDMI umum di sebagian besar mikrokontroler, mikrokontroler dari produsen yang berbeda memiliki potret yang cukup jelas. Perangkat Analog adalah pemimpin yang tak terbantahkan dalam periferal analog dengan 12-bit. ADC dan DAC kelas 1MHz. Dalam arah ini, Atmel terasa tertinggal, yang dalam pengembangannya masing-masing ADC telah mengambil penghalang 2GHz, tetapi untuk mengintegrasikan ADC yang layak dalam 32-bit. mikrokontroler, dan tidak bisa. Namun, kelemahan mikrokontroler Atmel ini mengatasi "keramahan" mereka (saat menggunakan generator dan stabilizer RC built-in, hanya satu tegangan suplai yang diperlukan untuk memulai mikrokontroler), efisiensi, dan yang paling penting, biaya rendah. Di antara mikrokontroler yang dimaksud, mikrokontroler Atmel adalah satu-satunya yang berisi antarmuka USB. Mikrokontroler TI dicirikan oleh keterwakilan yang berlebihan dengan biaya yang moderat. Bekerja dengan mikrokontroler TMS470, Anda dapat yakin bahwa sumber daya periferal mencukupi. Mikrokontroler LPC2000 (Philips) dapat disebut golden mean menurut kriteria yang dipertimbangkan. Mereka dibedakan dengan adanya UART yang dibuat dalam tradisi Philips dan yang kompatibel dengan UART 16C550 standar, dan juga memiliki antarmuka modem dan mode kontrol komunikasi perangkat keras dengan buffering FIFO. Di antara mikrokontroler ARM Philips, Anda dapat menemukan perwakilan untuk rentang suhu yang diperpanjang hingga -40…+105°C.
32-bit mikrokontroler dengan inti alternatif
Ketika datang ke 32-bit. mikrokontroler, tidak adil untuk tidak menyebutkan 32-bit lainnya. alternatif untuk inti ARM. Dalam hal ini, inti FR dari Fujitsu dan M68000/M68300 dari Motorola harus dipilih.
Inti FR digunakan dalam sejumlah besar mikrokontroler (lebih dari 40) yang membentuk beberapa keluarga, dan memiliki mode set instruksi 16-bit untuk mengoptimalkan penggunaan memori program dengan penurunan kinerja minimal, yang identik dengan inti ARM. Ukuran ROM dan RAM mencapai hingga 512 kB, tergantung pada jenisnya, berbagai periferal standar yang didukung, termasuk. 10-bit ADC, 12-bit PWM, antarmuka CAN, UART, dll. Sama seperti dalam kasus mikrokontroler ARM, mikrokontroler berdasarkan inti FR dibedakan oleh tradisi umum yang ditetapkan pengembang dan yang dapat dikenali di seluruh lini mikrokontroler. Dalam kasus Fujitsu, ini adalah dukungan perangkat keras untuk endianisme, fungsi pencarian bit perangkat keras, banyak saluran dari jenis perangkat periferal yang sama, dan input interupsi yang tidak dapat ditutup-tutupi. Sebuah 10-bit yang cukup baik terintegrasi ke dalam banyak mikrokontroler. ADC (waktu konversi 1,7 s) dan DAC (0,9 s). Dalam keluarga FRLite, rekor konsumsi daya spesifik 1mA / MHz telah ditetapkan. Keluarga FR 65E memiliki kecepatan maksimum, di mana frekuensi clock mencapai 66 MHz.
32-bit Mikrokontroler Motorola dicirikan oleh implementasi dari satu set modul fungsional standar. Mikrokontroler dari keluarga 68300 meliputi: prosesor 32-bit (CPU32), modul memori internal, modul antarmuka integrasi sistem (SIM), modul antarmuka serial (QSM), prosesor timer (TPU) atau modul timer (GPT), konverter digital analog (ADC) dan beberapa lainnya. Modul-modul tersebut terhubung satu sama lain melalui bus antar modul. Prosesor CPU32 yang digunakan pada mikrokontroler dari keluarga 68300 serupa fungsi utamanya dengan mikroprosesor 32-bit MC68020 dari keluarga 68000. Untuk digunakan dalam sistem komunikasi, diproduksi mikrokontroler yang berisi modul prosesor komunikasi RISC yang memiliki set khusus alat untuk pertukaran data. Pengontrol komunikasi tersebut (68360, 68302, 68356) juga merupakan bagian dari keluarga 68300. dari keluarga 68000 adalah pembagian sumber daya dan kemampuan mereka tergantung pada kelas tugas yang diselesaikan. Ini menyiratkan penerapan dua kelas tugas: kontrol pengoperasian sistem mikroprosesor itu sendiri dengan bantuan perangkat lunak sistem (sistem operasi - pengawas) dan solusi tugas pengguna yang diterapkan. Ini memunculkan mode operasi: mode supervisor atau mode pengguna. Tergantung pada mode, ketika program dijalankan, akses ke semua atau sebagian dari sumber daya mikrokontroler diperbolehkan. Mode supervisor memungkinkan eksekusi setiap instruksi yang diimplementasikan oleh prosesor dan akses ke semua register. Dalam mode pengguna, eksekusi sejumlah instruksi dan akses ke register tertentu dilarang untuk membatasi kemungkinan perubahan status sistem yang dapat mengganggu eksekusi program lain atau melanggar mode operasi prosesor. ditetapkan oleh pengawas. Argumen kuat yang mendukung pemilihan mikrokontroler Motorola adalah popularitas tinggi keluarga M68000 pada masanya dan kompatibilitas perangkat lunak M68000 dan mikrokontroler M68300 yang lebih modern, yang memungkinkan penggunaan pengembangan perangkat lunak yang ada dalam pengembangan baru, sehingga mengurangi waktu desain.
- Keuntungan yang tidak diragukan dari inti ARM adalah standarnya, yang memungkinkan Anda untuk menggunakan perangkat lunak dari mikrokontroler lain yang kompatibel, memiliki akses yang lebih luas ke alat desain, atau lebih mudah bermigrasi antar mikrokontroler.
- Meskipun inti ARM yang sama digunakan dalam mikrokontroler dari produsen yang berbeda, namun, masing-masing memiliki wajah sendiri, yang dicapai dengan "resep" asli perangkat periferal dan menempati posisi kepemimpinan di beberapa jenis perangkat periferal, misalnya, untuk Perangkat Analog ini adalah konverter digital -analog.
- Core ARM memiliki nomenklatur yang representatif dan dinamika pengembangan, namun, berdasarkan perbandingan bahwa mikrokontroler berdasarkan inti ARM7TDMI terutama tersedia untuk masyarakat umum. Ini dapat dijelaskan, misalnya, oleh fakta bahwa area utama konsumsi mikrokontroler ARM adalah rumah tangga, kantor, perangkat dan peralatan elektronik pengguna, yang, sayangnya, sebagian besar diproduksi oleh OEM asing.
- Pasar mikrokontroler 32-bit memiliki kapasitas tinggi, yang akan tumbuh secara dinamis di tahun-tahun mendatang, oleh karena itu, kita hanya perlu mengikuti perjuangan produsen mikrokontroler untuk pangsa pasar ini, mengikuti pengumuman dan memiliki waktu untuk menguasai teknologi baru. .
literatur
- J.Wilbrink. Memfasilitasi Migrasi dari Mikrokontroler 8-bit ke 32-bit/Atmel Corporation -2004.
- "Atmel Memperkenalkan Mikrokontroler Flash ARM7 Sub $3 Pertama di Dunia", berita Atmel pada 19/10/04, www.atmel.com.
- Selebaran Inti Prosesor//Ref: ARM DOI 01111-4/05.03, Dikeluarkan: Mei 2003.
- Bahan situs
www.arm.com
Nama ARM tentu sudah terdengar oleh semua orang yang tertarik dengan teknologi mobile. Banyak yang memahami singkatan ini sebagai jenis prosesor untuk ponsel cerdas dan tablet, sementara yang lain menentukan bahwa ini bukan prosesor sama sekali, tetapi arsitekturnya. Dan tentu saja hanya sedikit orang yang menyelidiki sejarah kemunculan ARM. Pada artikel ini, kami akan mencoba memahami semua nuansa ini dan memberi tahu Anda mengapa gadget modern membutuhkan prosesor ARM.
Perjalanan singkat ke dalam sejarah
Ketika ditanya tentang "ARM", Wikipedia memberikan dua arti untuk singkatan ini: Acorn RISC Machine dan Advanced RISC Machines. Mari kita mulai secara berurutan. Pada tahun 1980-an, Acorn Computers didirikan di Inggris, yang memulai aktivitasnya dengan membuat komputer pribadi. Pada saat itu, Acorn juga disebut "Apel Inggris". Sebuah periode yang menentukan bagi perusahaan datang pada akhir 1980-an, ketika chief engineer mengambil keuntungan dari keputusan dua lulusan universitas lokal untuk datang dengan jenis baru arsitektur prosesor Reduced Instruction Set (RISC). Ini adalah bagaimana komputer pertama yang berbasis prosesor Acorn Risc Machine muncul. Sukses itu tidak lama datang. Pada tahun 1990, Inggris menandatangani perjanjian dengan Apple dan segera mulai mengerjakan versi baru dari chipset. Hasilnya, tim pengembang membentuk perusahaan bernama Advanced RISC Machines, mirip dengan prosesor. Chip dengan arsitektur baru juga dikenal sebagai Advanced Risc Machine, atau disingkat ARM.Sejak tahun 1998, Advanced Risc Machine telah dikenal sebagai ARM Limited. Saat ini, perusahaan tidak terlibat dalam produksi dan penjualan prosesornya sendiri. Aktivitas utama dan satu-satunya ARM Limited adalah pengembangan teknologi dan penjualan lisensi ke berbagai perusahaan untuk menggunakan arsitektur ARM. Beberapa produsen membeli lisensi untuk inti yang tersedia, yang lain disebut "lisensi arsitektur" untuk memproduksi prosesor dengan inti mereka sendiri. Perusahaan-perusahaan ini termasuk Apple, Samsung, Qualcomm, nVidia, HiSilicon dan lainnya. Menurut beberapa laporan, ARM Limited menghasilkan $0,067 untuk setiap prosesor tersebut. Angka ini rata-rata dan juga ketinggalan jaman. Setiap tahun ada semakin banyak core dalam chipset, dan prosesor multi-core baru mengungguli sampel usang dengan biaya.
Fitur teknis chip ARM
Ada dua jenis arsitektur prosesor modern: CISC(Komputer Kumpulan Instruksi Kompleks) dan RISC(Komputasi Set Instruksi yang Dikurangi). Arsitektur CISC mengacu pada keluarga prosesor x86 (Intel dan AMD), sedangkan arsitektur RISC mengacu pada keluarga ARM. Perbedaan formal utama antara RISC dan CISC dan, oleh karena itu, x86 dan ARM adalah set instruksi yang dikurangi yang digunakan dalam prosesor RISC. Jadi, misalnya, setiap instruksi dalam arsitektur CISC ditransformasikan menjadi beberapa instruksi RISC. Selain itu, prosesor RISC menggunakan lebih sedikit transistor dan dengan demikian mengkonsumsi lebih sedikit daya.Prioritas utama prosesor ARM adalah rasio kinerja terhadap konsumsi daya. ARM memiliki rasio kinerja-per-watt yang lebih tinggi daripada x86. Anda bisa mendapatkan daya yang Anda butuhkan dari 24 x86 core atau dari ratusan core ARM kecil berdaya rendah. Tentu saja, bahkan prosesor paling kuat pada arsitektur ARM tidak akan pernah sebanding dengan kekuatan Intel Core i7. Tetapi Intel Core i7 yang sama membutuhkan sistem pendingin aktif dan tidak akan pernah muat dalam casing ponsel. Di sini ARM keluar dari persaingan. Di satu sisi, ini tampak seperti opsi yang menarik untuk membangun superkomputer menggunakan sejuta prosesor ARM, bukan seribu prosesor x86. Di sisi lain, kedua arsitektur tidak dapat dibandingkan dengan jelas. Dalam beberapa hal, keuntungannya adalah untuk ARM, dan dalam beberapa hal - untuk x86.
Namun, menyebut prosesor chip arsitektur ARM tidak sepenuhnya benar. Selain beberapa inti prosesor, mereka juga menyertakan komponen lain. Istilah yang paling tepat adalah "sistem chip tunggal" atau "sistem pada chip" (SoC). Sistem chip tunggal modern untuk perangkat seluler termasuk pengontrol RAM, akselerator grafis, dekoder video, codec audio, dan modul komunikasi nirkabel. Seperti disebutkan sebelumnya, komponen chipset individu dapat dikembangkan oleh produsen pihak ketiga. Contoh paling mencolok dari hal ini adalah inti grafis, yang selain ARM Limited (grafik Mali), sedang dikembangkan oleh Qualcomm (Adreno), NVIDIA (GeForce ULP) dan Imagination Technologies (PowerVR).
Dalam praktiknya, terlihat seperti ini. Sebagian besar perangkat seluler Android anggaran datang dengan chipset yang diproduksi oleh perusahaan. MediaTek, yang hampir selalu mengikuti instruksi ARM Limited dan melengkapinya dengan core Cortex-A dan grafis Mali (lebih jarang PowerVR).
Merek-A untuk perangkat andalan mereka sering menggunakan chipset yang diproduksi oleh Qualcomm. Omong-omong, chip Qualcomm Snapdragon (,) terbaru dilengkapi dengan inti Kryo khusus untuk prosesor pusat dan Adreno untuk akselerator grafis.
Tentang apel, kemudian untuk iPhone dan iPad, perusahaan menggunakan chip A-series sendiri dengan akselerator grafis PowerVR, yang diproduksi oleh perusahaan pihak ketiga. Jadi, prosesor 64-bit quad-core A10 Fusion dan prosesor grafis PowerVR GT7600 dipasang.
Arsitektur prosesor keluarga dianggap relevan pada saat penulisan artikel. ARMv8. Itu adalah yang pertama menggunakan set instruksi 64-bit dan mendukung lebih dari 4 GB RAM. Arsitektur ARMv8 kompatibel dengan aplikasi 32-bit. Inti prosesor paling efisien dan paling kuat yang dikembangkan oleh ARM Limited sejauh ini adalah Korteks-A73, dan sebagian besar produsen SoC menggunakannya tidak berubah.
Cortex-A73 memberikan kinerja 30% lebih cepat daripada Cortex-A72 dan mendukung set lengkap arsitektur ARMv8. Frekuensi maksimum inti prosesor adalah 2,8 GHz.
Lingkup penggunaan ARM
Kemuliaan terbesar ARM membawa perkembangan perangkat seluler. Untuk mengantisipasi produksi massal smartphone dan peralatan portabel lainnya, prosesor hemat energi sangat berguna. Puncak dari pengembangan ARM Limited adalah 2007, ketika perusahaan Inggris memperbarui kemitraannya dengan Apple, dan beberapa waktu kemudian, perusahaan Cupertino memperkenalkan iPhone pertamanya dengan prosesor arsitektur ARM. Selanjutnya, sistem chip tunggal berdasarkan arsitektur ARM telah menjadi komponen yang tidak berubah dari hampir semua smartphone di pasar.
Portofolio ARM Limited tidak terbatas pada keluarga inti Cortex-A. Bahkan, di bawah merek Cortex, ada tiga seri inti prosesor, yang dilambangkan dengan huruf A, R, M. Keluarga inti Korteks-A, seperti yang sudah kita ketahui, adalah yang paling kuat. Mereka terutama digunakan di smartphone, tablet, set-top box, penerima satelit, sistem otomotif, robotika. Inti prosesor Korteks-R dioptimalkan untuk melakukan tugas berperforma tinggi secara real time, sehingga chip tersebut dapat ditemukan di peralatan medis, sistem keamanan otonom, dan media penyimpanan. Tugas utama keluarga Korteks-M adalah kesederhanaan dan biaya rendah. Secara teknis, ini adalah inti prosesor terlemah dengan konsumsi daya terendah. Prosesor berdasarkan inti semacam itu digunakan hampir di mana-mana di mana perangkat membutuhkan daya minimal dan biaya rendah: sensor, pengontrol, alarm, layar, jam tangan pintar, dan peralatan lainnya.
Secara umum, sebagian besar perangkat saat ini, dari kecil hingga besar, membutuhkan CPU menggunakan chip ARM. Nilai tambah yang besar adalah kenyataan bahwa arsitektur ARM didukung oleh banyak sistem operasi berbasis Linux (termasuk Android dan Chrome OS), iOS, dan Windows (Windows Phone).
Persaingan di pasar dan prospek ke depan
Diakui, saat ini ARM tidak memiliki pesaing yang serius. Dan pada umumnya, ini disebabkan oleh fakta bahwa ARM Limited membuat pilihan yang tepat pada waktu tertentu. Namun di awal perjalanannya, perusahaan memproduksi prosesor untuk PC dan bahkan mencoba bersaing dengan Intel. Setelah ARM Limited mengubah arah kegiatannya, itu juga tidak mudah baginya. Kemudian perusahaan monopoli perangkat lunak yang diwakili oleh Microsoft, setelah menandatangani perjanjian kemitraan dengan Intel, tidak meninggalkan peluang bagi produsen lain, termasuk ARM Limited - Windows tidak bekerja pada sistem dengan prosesor ARM. Tidak peduli betapa paradoksnya kedengarannya, tetapi sekarang situasinya dapat berubah secara dramatis, dan Windows sudah siap untuk mendukung prosesor berdasarkan arsitektur ini.
Setelah kesuksesan chip ARM, Intel berusaha menciptakan prosesor yang kompetitif dan memasuki pasar dengan chip Intel Atom. Untuk melakukan ini, dia membutuhkan lebih banyak waktu daripada ARM Limited. Chipset memasuki produksi pada 2011, tetapi, seperti yang mereka katakan, kereta telah pergi. Intel Atom adalah prosesor CISC x86. Insinyur perusahaan telah mencapai konsumsi daya yang lebih rendah daripada ARM, namun, saat ini, berbagai perangkat lunak seluler memiliki adaptasi yang buruk terhadap arsitektur x86.
Tahun lalu, Intel mengabaikan beberapa keputusan penting dalam pengembangan lebih lanjut sistem seluler. Sebenarnya perusahaan untuk perangkat seluler karena mereka menjadi tidak menguntungkan. Satu-satunya produsen besar yang menggabungkan smartphone mereka dengan chipset Intel Atom adalah ASUS. Namun, Intel Atom masih menerima penggunaan besar-besaran di netbook, nettop, dan perangkat portabel lainnya.
Posisi ARM Limited di pasar adalah unik. Saat ini, hampir semua produsen menggunakan perkembangannya. Pada saat yang sama, perusahaan tidak memiliki pabrik sendiri. Ini tidak mencegahnya untuk berdiri sejajar dengan Intel dan AMD. Sejarah ARM mencakup fakta aneh lainnya. Ada kemungkinan bahwa sekarang teknologi ARM bisa menjadi milik Apple, yang merupakan jantung dari pembentukan ARM Limited. Ironisnya, pada tahun 1998, Cupertinos, melalui masa krisis, menjual saham mereka. Sekarang Apple dipaksa, bersama dengan perusahaan lain, untuk membeli lisensi untuk prosesor ARM yang digunakan di iPhone dan iPad.
Sekarang prosesor ARM mampu melakukan tugas-tugas serius. Dalam jangka pendek, mereka akan digunakan di server, khususnya, pusat data Facebook dan PayPal sudah memiliki solusi seperti itu. Di era Internet of Things (IoT) dan perangkat rumah pintar, chip ARM semakin diminati. Jadi hal yang paling menarik untuk ARM belum datang.
Sebagian besar gadget modern menggunakan prosesor berdasarkan arsitektur ARM, yang dikembangkan oleh perusahaan ARM Limited dengan nama yang sama. Menariknya, perusahaan itu sendiri tidak memproduksi prosesor, tetapi hanya melisensikan teknologinya kepada produsen chip pihak ketiga. Selain itu, perusahaan juga mengembangkan inti prosesor Cortex dan akselerator grafis Mali, yang pasti akan kami bahas dalam materi ini.
ARM Terbatas
Perusahaan ARM, pada kenyataannya, adalah perusahaan monopoli di bidangnya, dan sebagian besar smartphone dan tablet modern di berbagai sistem operasi seluler menggunakan prosesor berdasarkan arsitektur ARM. Pembuat chip melisensikan inti individu, set instruksi, dan teknologi terkait dari ARM, dan biaya lisensi sangat bervariasi tergantung pada jenis inti prosesor (dari solusi anggaran daya rendah hingga quad-core mutakhir dan bahkan chip delapan inti) dan tambahan komponen. Laporan laba rugi tahunan ARM Limited tahun 2006 menunjukkan pendapatan sebesar 161 juta dolar untuk lisensi sekitar 2,5 miliar prosesor (naik dari 7,9 miliar dolar pada 2011), yang berarti sekitar 0,067 dolar per chip. Namun, untuk alasan yang disebutkan di atas, ini adalah angka yang sangat rata-rata karena perbedaan harga untuk berbagai lisensi, dan sejak itu laba perusahaan seharusnya meningkat berkali-kali lipat.
Saat ini, prosesor ARM sangat tersebar luas. Chip pada arsitektur ini digunakan di mana-mana, sampai ke server, tetapi paling sering ARM dapat ditemukan di sistem tertanam dan seluler, dari pengontrol hard drive hingga smartphone modern, tablet, dan gadget lainnya.
inti korteks
ARM mengembangkan beberapa keluarga inti yang digunakan untuk berbagai tugas. Misalnya, prosesor berdasarkan Cortex-Mx dan Cortex-Rx (di mana "x" adalah digit atau angka yang menunjukkan nomor inti yang tepat) digunakan dalam sistem tertanam dan bahkan perangkat konsumen seperti router atau printer.
Kami tidak akan membahasnya secara detail, karena kami terutama tertarik pada keluarga Cortex-Ax - chip dengan inti seperti itu digunakan di perangkat yang paling produktif, termasuk ponsel cerdas, tablet, dan konsol game. ARM terus-menerus mengerjakan inti baru dari lini Cortex-Ax, tetapi pada saat penulisan ini, smartphone menggunakan yang berikut:
Semakin besar angkanya, semakin tinggi kinerja prosesor dan, karenanya, semakin mahal kelas perangkat yang digunakannya. Namun, perlu dicatat bahwa aturan ini tidak selalu dipatuhi: misalnya, chip berdasarkan core Cortex-A7 memiliki kinerja yang lebih tinggi daripada yang berbasis Cortex-A8. Namun demikian, jika prosesor Cortex-A5 sudah dianggap hampir usang dan hampir tidak pernah digunakan di perangkat modern, maka prosesor Cortex-A15 dapat ditemukan di komunikator dan tablet andalan. Belum lama ini, ARM secara resmi mengumumkan pengembangan core Cortex-A53 dan Cortex-A57 baru yang lebih bertenaga dan hemat energi, yang akan digabungkan dalam satu chip menggunakan teknologi dan dukungan ARM big.LITTLE set instruksi ARMv8 (“versi arsitektur”) , tetapi saat ini tidak digunakan di perangkat konsumen massal. Sebagian besar chip dengan inti Cortex bisa multi-core, dan prosesor quad-core ada di mana-mana di smartphone kelas atas modern.
Produsen besar smartphone dan tablet biasanya menggunakan prosesor dari pembuat chip terkenal seperti Qualcomm atau solusi mereka sendiri yang telah menjadi sangat populer (misalnya, Samsung dan keluarga chipset Exynos), tetapi di antara karakteristik teknis gadget dari sebagian besar perusahaan kecil , Anda sering dapat menemukan deskripsi seperti "prosesor berdasarkan Cortex-A7 @ 1 GHz" atau "Dual Core Cortex-A7 @ 1 GHz", yang tidak akan memberi tahu pengguna rata-rata apa pun. Untuk memahami apa perbedaan antara inti tersebut, mari kita fokus pada yang utama.
Inti Cortex-A5 digunakan dalam prosesor murah untuk sebagian besar perangkat anggaran. Perangkat semacam itu dirancang hanya untuk melakukan berbagai tugas terbatas dan menjalankan aplikasi sederhana, tetapi sama sekali tidak dirancang untuk program intensif sumber daya dan, terutama, game. Contoh gadget dengan prosesor Cortex-A5 adalah Highscreen Blast, yang menerima chip Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 yang berisi dua core Cortex-A5 dengan clock 1,2 GHz.
Prosesor Cortex-A7 lebih kuat daripada chip Cortex-A5 dan lebih umum. Chip tersebut dibuat pada teknologi proses 28-nanometer dan memiliki cache tingkat kedua yang besar hingga 4 megabita. Core Cortex-A7 ditemukan terutama di smartphone anggaran dan perangkat kelas menengah berbiaya rendah seperti iconBIT Mercury Quad, dan, sebagai pengecualian, di Samsung Galaxy S IV GT-i9500 dengan prosesor Exynos 5 Octa - chipset ini menggunakan prosesor quad-core hemat energi pada Cortex-A7.
Inti Cortex-A8 tidak biasa seperti "tetangganya", Cortex-A7 dan Cortex-A9, tetapi masih digunakan di berbagai gadget entry-level. Frekuensi clock operasi chip Cortex-A8 dapat berkisar dari 600 MHz hingga 1 GHz, tetapi terkadang produsen melakukan overclock prosesor ke frekuensi yang lebih tinggi. Fitur inti Cortex-A8 adalah kurangnya dukungan untuk konfigurasi multi-inti (yaitu, prosesor pada inti ini hanya dapat menjadi inti tunggal), dan mereka dieksekusi pada teknologi proses 65-nanometer, yang sudah dipertimbangkan usang.
Korteks-A9
Beberapa tahun yang lalu, inti Cortex-A9 dianggap sebagai solusi teratas dan digunakan dalam chip inti tunggal tradisional dan inti ganda yang lebih kuat, seperti Nvidia Tegra 2 dan Texas Instruments OMAP4. Saat ini, prosesor berbasis Cortex-A9, dibuat sesuai dengan teknologi proses 40 nanometer, tidak kehilangan popularitas dan digunakan di banyak smartphone kelas menengah. Frekuensi operasi prosesor tersebut dapat dari 1 hingga 2 atau lebih gigahertz, tetapi biasanya dibatasi hingga 1,2-1,5 GHz.
Pada Juni 2013, ARM secara resmi memperkenalkan inti Cortex-A12, yang didasarkan pada teknologi proses 28nm baru dan dirancang untuk menggantikan inti Cortex-A9 di smartphone kelas menengah. Pengembang menjanjikan peningkatan kinerja 40% dibandingkan dengan Cortex-A9, dan selain itu, inti Cortex-A12 akan dapat berpartisipasi dalam arsitektur ARM big.LITTLE sebagai yang produktif bersama dengan Cortex-A7 hemat energi, yang akan memungkinkan produsen untuk membuat chip delapan inti yang murah. Benar, pada saat penulisan ini, semua ini hanya dalam rencana, dan produksi massal chip Cortex-A12 belum ditetapkan, meskipun RockChip telah mengumumkan niatnya untuk merilis prosesor quad-core Cortex-A12 dengan frekuensi 1,8 GHz.
Untuk tahun 2013, inti Cortex-A15 dan turunannya adalah solusi teratas dan digunakan dalam chip komunikator unggulan dari berbagai produsen. Di antara prosesor baru yang dibuat sesuai dengan teknologi proses 28-nm dan berbasis Cortex-A15 adalah Samsung Exynos 5 Octa dan Nvidia Tegra 4, dan inti ini sering bertindak sebagai platform untuk modifikasi dari pabrikan lain. Misalnya, prosesor A6X terbaru Apple menggunakan core Swift, yang merupakan modifikasi dari Cortex-A15. Chip berbasis Cortex-A15 mampu beroperasi pada frekuensi 1,5-2,5 GHz, dan dukungan untuk banyak standar pihak ketiga dan kemampuan untuk menangani hingga 1 TB memori fisik memungkinkan untuk menggunakan prosesor tersebut di komputer (bagaimana tidak bisakah seseorang mengingat komputer mini seukuran kartu bank Raspberry Pi).
Seri Cortex-A50
Pada paruh pertama tahun 2013, ARM memperkenalkan jajaran chip baru yang disebut seri Cortex-A50. Inti dari baris ini akan dibuat sesuai dengan versi baru arsitektur, ARMv8, dan akan mendukung set instruksi baru, dan juga akan menjadi 64-bit. Transisi ke kedalaman bit baru akan membutuhkan optimalisasi sistem operasi dan aplikasi seluler, tetapi, tentu saja, dukungan untuk puluhan ribu aplikasi 32-bit akan tetap ada. Apple adalah yang pertama beralih ke arsitektur 64-bit. Perangkat terbaru perusahaan, seperti iPhone 5S, berjalan hanya dengan prosesor Apple A7 ARM. Perlu dicatat bahwa itu tidak menggunakan inti Cortex - mereka diganti dengan inti pabrikan sendiri yang disebut Swift. Salah satu alasan yang jelas untuk kebutuhan untuk beralih ke prosesor 64-bit adalah dukungan untuk lebih dari 4 GB RAM, dan, di samping itu, kemampuan untuk beroperasi dengan angka yang jauh lebih besar saat menghitung. Tentu saja, sementara ini relevan, pertama-tama, untuk server dan PC, tetapi kami tidak akan terkejut jika smartphone dan tablet dengan jumlah RAM ini muncul di pasaran dalam beberapa tahun. Sampai saat ini, tidak ada yang diketahui tentang rencana untuk merilis chip pada arsitektur baru dan smartphone yang menggunakannya, tetapi kemungkinan prosesor tersebut akan menerima flagships pada tahun 2014, seperti yang telah diumumkan Samsung.
Inti Cortex-A53 membuka seri, yang akan menjadi "penerus" langsung dari Cortex-A9. Prosesor berdasarkan Cortex-A53 secara nyata lebih unggul daripada chip berdasarkan Cortex-A9 dalam kinerja, tetapi pada saat yang sama, konsumsi daya yang rendah tetap terjaga. Prosesor tersebut dapat digunakan baik secara individu maupun dalam konfigurasi ARM big.LITTLE, digabungkan pada chipset yang sama dengan prosesor Cortex-A57
Kinerja Cortex-A53, Cortex-A57
Prosesor pada Cortex-A57, yang akan dibuat pada teknologi proses 20 nanometer, akan menjadi prosesor ARM paling kuat dalam waktu dekat. Core baru secara signifikan mengungguli pendahulunya, Cortex-A15, dalam berbagai metrik kinerja (Anda dapat melihat perbandingan di atas), dan menurut ARM, yang secara serius menargetkan pasar PC, akan menjadi solusi yang menguntungkan untuk komputer mainstream (termasuk laptop). ), bukan hanya perangkat seluler.
LENGAN besar. KECIL
Sebagai solusi berteknologi tinggi untuk masalah konsumsi daya prosesor modern, ARM menawarkan teknologi besar.LITTLE, yang intinya adalah menggabungkan berbagai jenis inti dalam satu chip, biasanya jumlah yang sama hemat energi dan tinggi- yang kinerja.
Ada tiga skema untuk pengoperasian berbagai jenis core pada satu chip: big.LITTLE (migrasi antar cluster), big.LITTLE IKS (migrasi antar core), dan big.LITTLE MP (multiprocessing heterogen).
big.LITTLE (migrasi antar cluster)
Chipset pertama berdasarkan arsitektur ARM big.LITTLE adalah prosesor Samsung Exynos 5 Octa. Ia menggunakan skema besar.LITTLE “4+4” asli, yang berarti menggabungkan menjadi dua cluster (karena itu nama skemanya) pada satu chip, empat core Cortex-A15 berkinerja tinggi untuk aplikasi dan game yang membutuhkan banyak sumber daya, dan empat core- menyimpan inti Cortex-A7 untuk pekerjaan sehari-hari dengan sebagian besar program, dan pada satu waktu hanya satu jenis kernel yang dapat bekerja. Perpindahan antar kelompok inti terjadi hampir seketika dan tidak terlihat oleh pengguna dalam mode otomatis penuh.
big.LITTLE IKS (migrasi antar core)
Implementasi yang lebih kompleks dari arsitektur big.LITTLE adalah kombinasi dari beberapa inti nyata (biasanya dua) menjadi satu inti virtual, dikendalikan oleh kernel sistem operasi, yang memutuskan inti mana yang akan digunakan - hemat energi atau produktif. Tentu saja, ada juga beberapa inti virtual - ilustrasi menunjukkan contoh skema IKS, di mana masing-masing dari empat inti virtual berisi satu inti Cortex-A7 dan Cortex-A15.
besar.LITTLE MP (multiprocessing heterogen)
Skema Big.LITTLE MP adalah yang paling "maju" - di dalamnya setiap inti independen dan dapat diaktifkan oleh inti OS sesuai kebutuhan. Artinya, jika empat core Cortex-A7 dan jumlah core Cortex-A15 yang sama digunakan, dalam sebuah chipset yang dibangun di atas arsitektur ARM big.LITTLE MP, semua 8 core akan dapat bekerja secara bersamaan, meskipun berbeda. jenis. Salah satu prosesor pertama dari jenis ini adalah chip delapan inti Mediatek - MT6592, yang dapat beroperasi pada frekuensi clock 2 GHz, serta merekam dan memutar video dalam resolusi UltraHD.
Masa depan
Menurut informasi yang tersedia saat ini, dalam waktu dekat, ARM, bersama dengan perusahaan lain, berencana untuk meluncurkan rilis chip big.LITTLE generasi berikutnya yang akan menggunakan core Cortex-A53 dan Cortex-A57 baru. Selain itu, pabrikan Cina MediaTek akan merilis prosesor anggaran pada ARM big.LITTLE, yang akan bekerja sesuai dengan skema "2 + 2", yaitu, menggunakan dua kelompok dua inti.
Akselerator grafis Mali
Selain prosesor, ARM juga mengembangkan akselerator grafis dari keluarga Mali. Seperti prosesor, akselerator grafis dicirikan oleh banyak parameter, seperti tingkat anti-aliasing, antarmuka bus, cache (memori ultra-cepat yang digunakan untuk meningkatkan kecepatan) dan jumlah "core grafis" (walaupun, seperti yang kami tulis di a artikel sebelumnya, angka ini, meskipun memiliki kesamaan dengan istilah yang digunakan untuk menggambarkan CPU, tidak banyak berpengaruh pada kinerja saat membandingkan dua GPU).
Akselerator grafis ARM pertama adalah Mali 55 yang sekarang tidak digunakan, yang digunakan di ponsel sentuh LG Renoir (ya, ponsel paling biasa). GPU tidak digunakan dalam game - hanya untuk menggambar antarmuka, dan memiliki karakteristik primitif menurut standar saat ini, tetapi dialah yang menjadi "nenek moyang" dari seri Mali.
Sejak itu, kemajuan telah berkembang pesat, dan sekarang API yang didukung dan standar game tidak terlalu penting. Misalnya, dukungan untuk OpenGL ES 3.0 sekarang diumumkan hanya di prosesor paling kuat seperti Qualcomm Snapdragon 600 dan 800, dan, jika kita berbicara tentang produk ARM, standar didukung oleh akselerator seperti Mali-T604 (itu dia yang menjadi ARM GPU pertama yang dibuat pada mikroarsitektur baru Midgard), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 dan beberapa chip lain yang memiliki karakteristik serupa. Satu atau lain GPU, sebagai suatu peraturan, terkait erat dengan inti, tetapi, bagaimanapun, ditunjukkan secara terpisah, yang berarti bahwa jika kualitas grafis dalam game penting bagi Anda, maka masuk akal untuk melihat nama GPU. akselerator dalam spesifikasi smartphone atau tablet.
ARM juga memiliki akselerator grafis untuk smartphone kelas menengah, yang paling umum adalah Mali-400 MP dan Mali-450 MP, yang berbeda dari saudaranya yang lebih tua dalam kinerja yang relatif rendah dan API yang terbatas serta standar yang didukung. Meskipun demikian, GPU ini terus digunakan di smartphone baru, misalnya, Zopo ZP998, yang menerima akselerator grafis Mali-450 MP4 (modifikasi yang ditingkatkan dari Mali-450 MP) selain prosesor MTK6592 delapan inti.
Agaknya, pada akhir tahun 2014, smartphone dengan akselerator grafis ARM terbaru akan muncul: Mali-T720, Mali-T760 dan Mali-T760 MP, yang diperkenalkan pada Oktober 2013. Mali-T720 seharusnya menjadi GPU baru untuk smartphone kelas bawah dan GPU pertama di segmen ini yang mendukung Open GL ES 3.0. Mali-T760, pada gilirannya, akan menjadi salah satu akselerator grafis seluler paling kuat: sesuai dengan karakteristik yang dinyatakan, GPU memiliki 16 inti pemrosesan dan memiliki kekuatan pemrosesan yang sangat besar, 326 Gflops, tetapi pada saat yang sama, empat kali lebih sedikit konsumsi daya dari Mali-T604 yang disebutkan di atas.
Peran CPU dan GPU dari ARM di pasar
Terlepas dari kenyataan bahwa ARM adalah penulis dan pengembang arsitektur dengan nama yang sama, yang, kami ulangi, sekarang digunakan di sebagian besar prosesor seluler, solusinya dalam bentuk inti dan akselerator grafis tidak populer di smartphone utama. produsen. Misalnya, diyakini bahwa komunikator unggulan pada OS Android harus memiliki prosesor Snapdragon dengan inti Krait dan akselerator grafis Adreno dari Qualcomm, chipset dari perusahaan yang sama digunakan di smartphone Windows Phone, dan beberapa produsen gadget, misalnya, Apple , mengembangkan inti mereka sendiri. . Mengapa ini situasi saat ini?
Mungkin beberapa alasannya terletak lebih dalam, tetapi salah satunya adalah kurangnya posisi yang jelas dari CPU dan GPU dari ARM di antara produk perusahaan lain, akibatnya pengembangan perusahaan dianggap sebagai komponen dasar untuk digunakan dalam Perangkat merek-B, smartphone murah dan pembuatan berdasarkan keputusan yang lebih matang. Misalnya, Qualcomm mengulangi di hampir setiap presentasi bahwa salah satu tujuan utamanya saat membuat prosesor baru adalah mengurangi konsumsi daya, dan inti Kraitnya, yang dimodifikasi oleh inti Cortex, secara konsisten menunjukkan hasil kinerja yang lebih tinggi. Pernyataan serupa berlaku untuk chipset Nvidia, yang berfokus pada game, tetapi untuk prosesor Exynos dari Samsung dan A-series dari Apple, mereka memiliki pasar sendiri karena dipasang di smartphone dari perusahaan yang sama.
Hal di atas tidak berarti sama sekali bahwa perkembangan ARM secara signifikan lebih buruk daripada prosesor dan inti pihak ketiga, tetapi persaingan di pasar pada akhirnya hanya menguntungkan pembeli smartphone. Kita dapat mengatakan bahwa ARM menawarkan beberapa yang kosong, dengan membeli lisensi yang, produsen sudah dapat memodifikasinya sendiri.
Kesimpulan
Mikroprosesor arsitektur ARM telah berhasil menaklukkan pasar perangkat seluler karena konsumsi dayanya yang rendah dan daya pemrosesan yang relatif besar. Sebelumnya, arsitektur RISC lainnya, seperti MIPS, bersaing dengan ARM, tetapi sekarang hanya memiliki satu pesaing serius yang tersisa - Intel dengan arsitektur x86, yang, meskipun secara aktif memperjuangkan pangsa pasarnya, belum dirasakan oleh keduanya. konsumen atau oleh sebagian besar produsen secara serius, terutama ketika sebenarnya tidak ada flagships di dalamnya (Lenovo K900 tidak dapat lagi bersaing dengan smartphone top-end terbaru dengan prosesor ARM).
Bagaimana menurut Anda, apakah ada yang bisa mendorong ARM, dan bagaimana nasib perusahaan ini dan arsitekturnya akan berkembang lebih jauh?
Bagaimana prosesornya. Mengapa ARM masa depan Konsumen elektronik modern sangat sulit untuk terkejut. Kita sudah terbiasa dengan kenyataan bahwa saku kita secara sah ditempati oleh smartphone, laptop ada di dalam tas, jam tangan "pintar" dengan patuh menghitung langkah di tangan, dan headphone dengan sistem pengurangan kebisingan aktif membelai telinga kita.
Lucu memang, tapi kita terbiasa membawa bukan hanya satu, tapi dua, tiga atau lebih komputer sekaligus. Lagi pula, itulah yang bisa Anda sebut perangkat yang memiliki prosesor. Dan tidak masalah seperti apa perangkat tertentu. Chip mini bertanggung jawab atas pekerjaannya, setelah mengatasi jalur perkembangan yang bergejolak dan cepat.
Mengapa kami mengangkat topik prosesor? Semuanya sederhana. Selama sepuluh tahun terakhir, telah terjadi revolusi nyata di dunia perangkat seluler.
Hanya ada perbedaan 10 tahun antara perangkat ini. Tetapi Nokia N95 kemudian tampak bagi kami sebagai perangkat luar angkasa, dan hari ini kami melihat ARKit dengan ketidakpercayaan tertentu
Tapi semuanya bisa berubah secara berbeda, dan Pentium IV yang rusak akan tetap menjadi impian utama pembeli biasa.
Kami mencoba melakukannya tanpa istilah teknis yang rumit dan memberi tahu cara kerja prosesor dan mencari tahu arsitektur mana yang akan menjadi masa depan.
1. Bagaimana semuanya dimulai
Prosesor pertama benar-benar berbeda dari apa yang Anda lihat saat Anda membuka penutup unit sistem PC Anda.
Alih-alih sirkuit mikro di tahun 40-an abad XX, relai elektromekanis digunakan, dilengkapi dengan tabung vakum. Lampu bertindak sebagai dioda, yang keadaannya dapat diatur dengan menurunkan atau meningkatkan tegangan di sirkuit. Strukturnya tampak seperti ini:
Untuk pengoperasian satu komputer raksasa, ratusan, terkadang ribuan prosesor diperlukan. Tetapi, pada saat yang sama, Anda tidak akan dapat menjalankan bahkan editor sederhana seperti NotePad atau TestEdit dari set standar Windows dan macOS di komputer seperti itu. Komputer tidak akan memiliki daya yang cukup.
2. Munculnya transistor
Transistor efek medan pertama muncul pada tahun 1928. Tetapi dunia berubah hanya setelah munculnya apa yang disebut transistor bipolar, ditemukan pada tahun 1947.
Pada akhir 1940-an, fisikawan eksperimental Walter Brattain dan ahli teori John Bardeen mengembangkan transistor titik pertama. Pada tahun 1950, ia digantikan oleh transistor persimpangan pertama, dan pada tahun 1954, produsen terkenal Texas Instruments mengumumkan transistor silikon.
Tetapi revolusi nyata datang pada tahun 1959, ketika ilmuwan Jean Henri mengembangkan transistor planar silikon (datar) pertama, yang menjadi dasar untuk sirkuit terpadu monolitik.
Ya, ini agak rumit, jadi mari kita gali lebih dalam dan membahas bagian teoretisnya.
3. Cara kerja transistor
Jadi, tugas komponen listrik seperti transistor adalah mengontrol arus. Sederhananya, sakelar kecil yang rumit ini mengontrol aliran listrik.
Keuntungan utama transistor dibandingkan sakelar konvensional adalah tidak memerlukan kehadiran seseorang. Itu. elemen semacam itu mampu mengendalikan arus secara mandiri. Selain itu, ia bekerja jauh lebih cepat daripada Anda menghidupkan atau mematikan sirkuit listrik sendiri.
Tugas komputer adalah merepresentasikan arus listrik dalam bentuk angka.
Dan jika sebelumnya tugas beralih negara dilakukan oleh relay listrik yang kaku, besar dan tidak efisien, sekarang transistor telah mengambil alih pekerjaan rutin ini.
Sejak awal tahun 60-an, transistor mulai dibuat dari silikon, yang memungkinkan tidak hanya membuat prosesor lebih ringkas, tetapi juga meningkatkan keandalannya secara signifikan.
Tapi pertama-tama, mari kita berurusan dengan dioda
Silikon (alias Si - "silicium" dalam tabel periodik) termasuk dalam kategori semikonduktor, yang berarti bahwa, di satu sisi, ia mentransmisikan arus lebih baik daripada dielektrik, di sisi lain, ia lebih buruk daripada logam.
Suka atau tidak suka, tetapi untuk memahami pekerjaan dan sejarah perkembangan prosesor lebih lanjut, kita harus terjun ke dalam struktur satu atom silikon. Jangan takut, mari kita membuatnya singkat dan sangat jelas.
Tugas transistor adalah memperkuat sinyal yang lemah karena adanya sumber daya tambahan.
Atom silikon memiliki empat elektron, berkat itu ia membentuk ikatan (dan tepatnya, ikatan kovalen) dengan tiga atom terdekat yang sama, membentuk kisi kristal. Sementara sebagian besar elektron dalam ikatan, sebagian kecil dari mereka mampu bergerak melalui kisi kristal. Karena transfer sebagian elektron inilah silikon diklasifikasikan sebagai semikonduktor.
Tetapi pergerakan elektron yang lemah seperti itu tidak memungkinkan penggunaan transistor dalam praktik, sehingga para ilmuwan memutuskan untuk meningkatkan kinerja transistor dengan doping, atau, lebih sederhana, menambahkan atom ke kisi kristal silikon dengan susunan elektron yang khas.
Jadi mereka mulai menggunakan pengotor fosfor 5-valent, yang menghasilkan transistor tipe-n. Kehadiran elektron tambahan memungkinkan untuk mempercepat gerakan mereka, meningkatkan aliran arus.
Saat mendoping transistor tipe-p, boron, yang mencakup tiga elektron, menjadi katalis. Karena tidak adanya satu elektron, lubang muncul di kisi kristal (mereka memainkan peran sebagai muatan positif), tetapi karena fakta bahwa elektron dapat mengisi lubang ini, konduktivitas silikon meningkat secara signifikan.
Misalkan kita mengambil wafer silikon dan mendoping satu bagiannya dengan pengotor tipe-p, dan yang lainnya dengan pengotor tipe-n. Jadi kami mendapat dioda - elemen dasar transistor.
Sekarang elektron yang terletak di bagian n akan cenderung menuju ke lubang yang terletak di bagian p. Dalam hal ini, sisi n akan memiliki muatan negatif sedikit, dan sisi p akan memiliki muatan positif. Medan listrik yang terbentuk sebagai akibat dari "gravitasi" ini - penghalang - akan mencegah pergerakan elektron lebih lanjut.
Jika Anda menghubungkan sumber daya ke dioda sedemikian rupa sehingga "-" menyentuh sisi-p pelat, dan "+" menyentuh sisi-n, aliran arus tidak akan mungkin terjadi karena lubang akan akan tertarik ke kontak negatif dari sumber listrik, dan elektron ke positif, dan ikatan antara p dan n elektron akan hilang karena perluasan lapisan gabungan.
Tetapi jika Anda menghubungkan catu daya dengan tegangan yang cukup, sebaliknya, mis. "+" dari sumber ke sisi p, dan "-" ke sisi n, elektron yang ditempatkan di sisi n akan ditolak oleh kutub negatif dan didorong ke sisi p, menempati lubang di p- wilayah.
Tapi sekarang elektron tertarik ke kutub positif dari sumber listrik dan mereka terus bergerak melalui lubang-p. Fenomena ini disebut bias maju dioda.
dioda + dioda = transistor
Dengan sendirinya, transistor dapat dianggap sebagai dua dioda yang terhubung satu sama lain. Dalam hal ini, daerah-p (tempat lubang berada) menjadi umum bagi mereka dan disebut "basis".
Transistor N-P-N memiliki dua daerah-n dengan elektron tambahan - mereka juga merupakan "emitor" dan "kolektor" dan satu, daerah lemah dengan lubang - daerah-p, yang disebut "basis".
Jika Anda menghubungkan catu daya (sebut saja V1) ke daerah-n transistor (terlepas dari kutubnya), satu dioda akan dibias mundur dan transistor akan dalam keadaan mati.
Tetapi, segera setelah kami menghubungkan sumber daya lain (sebut saja V2), atur kontak "+" ke wilayah-p "tengah" (basis), dan kontak "-" ke wilayah-n (emitor), sebagian elektron akan mengalir lagi melalui rantai yang terbentuk (V2), dan sebagian akan ditarik oleh daerah n positif. Akibatnya, elektron akan mengalir ke daerah kolektor, dan arus listrik yang lemah akan diperkuat.
Menghembuskan!
4. Jadi bagaimana sebenarnya komputer bekerja?
Dan sekarang yang terpenting.
Tergantung pada tegangan yang diberikan, transistor dapat terbuka atau tertutup. Jika tegangan tidak cukup untuk mengatasi penghalang potensial (yang sama di persimpangan pelat p dan n) - transistor akan dalam keadaan tertutup - dalam keadaan "mati" atau, dalam bahasa sistem biner, " 0”.
Dengan tegangan yang cukup, transistor menyala, dan kami mendapatkan nilai "on" atau "1" dalam biner.
Keadaan ini, 0 atau 1, disebut "bit" dalam industri komputer.
Itu. kami mendapatkan properti utama dari sakelar yang membuka jalan ke komputer bagi umat manusia!
Dalam komputer digital elektronik pertama ENIAC, atau, lebih sederhana, komputer pertama, sekitar 18 ribu lampu triode digunakan. Ukuran komputer sebanding dengan lapangan tenis, dan beratnya 30 ton.
Untuk memahami cara kerja prosesor, ada dua poin penting lagi yang harus dipahami.
Momen 1. Jadi, kami telah memutuskan apa itu bit. Tetapi dengan bantuannya, kita hanya bisa mendapatkan dua karakteristik dari sesuatu: baik "ya" atau "tidak". Agar komputer belajar memahami kita dengan lebih baik, mereka datang dengan kombinasi 8 bit (0 atau 1), yang mereka sebut byte.
Dengan menggunakan satu byte, Anda dapat mengkodekan angka dari nol hingga 255. Dengan menggunakan 255 angka ini - kombinasi nol dan satu, Anda dapat menyandikan apa saja.
Momen 2. Kehadiran angka dan huruf tanpa logika apapun tidak akan memberi kita apa-apa. Itulah sebabnya konsep operator logika muncul.
Dengan menghubungkan hanya dua transistor dengan cara tertentu, Anda dapat mencapai beberapa tindakan logis sekaligus: "dan", "atau". Kombinasi jumlah tegangan pada setiap transistor dan jenis koneksinya memungkinkan Anda untuk mendapatkan kombinasi nol dan satu yang berbeda.
Melalui upaya programmer, nilai-nilai nol dan satu, sistem biner, mulai diterjemahkan ke dalam desimal sehingga kita dapat memahami apa yang sebenarnya "dikatakan" oleh komputer. Dan untuk memasukkan perintah, tindakan kita yang biasa, seperti memasukkan huruf dari keyboard, direpresentasikan sebagai rantai perintah biner.
Sederhananya, bayangkan ada tabel korespondensi, katakanlah, ASCII, di mana setiap huruf sesuai dengan kombinasi 0 dan 1. Anda menekan tombol pada keyboard, dan pada saat itu pada prosesor, berkat programnya, transistor diaktifkan sehingga yang berikut ini muncul di layar huruf yang paling banyak ditulis pada tombol.
5. Dan perlombaan transistor dimulai
Setelah insinyur radio Inggris Geoffrey Dahmer mengusulkan pada tahun 1952 untuk menempatkan komponen elektronik paling sederhana dalam kristal semikonduktor monolitik, industri komputer mengambil lompatan ke depan.
Dari sirkuit terpadu yang diusulkan oleh Dahmer, para insinyur dengan cepat beralih ke microchip, yang didasarkan pada transistor. Pada gilirannya, beberapa chip ini sudah membentuk prosesor itu sendiri.
Tentu saja, dimensi prosesor tersebut tidak jauh berbeda dengan prosesor modern. Selain itu, hingga tahun 1964, semua prosesor memiliki satu masalah. Mereka membutuhkan pendekatan individual - bahasa pemrograman mereka sendiri untuk setiap prosesor.
1964 IBM Sistem/360. Komputer yang kompatibel dengan Kode Pemrograman Universal. Satu set instruksi untuk satu model prosesor dapat digunakan untuk yang lain.
70-an. Munculnya mikroprosesor pertama. Prosesor chip tunggal dari Intel. Intel 4004 - TPU 10 m, 2300 transistor, 740 kHz.
1973 Intel 4040 dan Intel 8008. 3.000 transistor, 740 kHz untuk Intel 4040 dan 3.500 transistor pada 500 kHz untuk Intel 8008.
1974 Intel 8080. TPU 6 m dan 6000 transistor. Frekuensi clock sekitar 5.000 kHz. Prosesor inilah yang digunakan di komputer Altair-8800. Salinan dalam negeri dari Intel 8080 adalah prosesor KR580VM80A, yang dikembangkan oleh Institut Penelitian Perangkat Mikro Kiev. 8 bit
1976 Intel 8080. TPU 3 m dan 6500 transistor. Frekuensi jam 6 MHz. 8 bit
1976 Zilog Z80. 3 mikron TPU dan 8500 transistor. Frekuensi clock hingga 8 MHz. 8 bit
1978 Intel 8086. TPU 3 m dan 29.000 transistor. Frekuensi clock sekitar 25 MHz. Set instruksi x86 yang masih digunakan sampai sekarang. 16 bit
1980 Intel 80186. TPU 3 m dan 134.000 transistor. Frekuensi jam - hingga 25 MHz. 16 bit
1982 Intel 80286. TPU 1,5 m dan 134.000 transistor. Frekuensi - hingga 12,5 MHz. 16 bit
1982 Motorola 68000. 3 m dan 84.000 transistor. Prosesor ini digunakan di komputer Apple Lisa.
1985 Intel 80386. 1,5 m Tp dan 275.000 transistor. Frekuensi - hingga 33 MHz dalam versi 386SX.
Tampaknya daftar tersebut dapat dilanjutkan tanpa batas waktu, tetapi kemudian para insinyur Intel menghadapi masalah serius.
Keluar di akhir 80-an. Kembali di awal 60-an, salah satu pendiri Intel, Gordon Moore, merumuskan apa yang disebut "Hukum Moore". Kedengarannya seperti ini:
Setiap 24 bulan, jumlah transistor pada chip sirkuit terintegrasi berlipat ganda.
Sulit untuk menyebut hukum ini sebagai undang-undang. Lebih tepat disebut observasi empiris. Membandingkan laju perkembangan teknologi, Moore menyimpulkan bahwa tren serupa dapat terbentuk.
Tetapi selama pengembangan prosesor Intel i486 generasi keempat, para insinyur dihadapkan pada kenyataan bahwa mereka telah mencapai batas kinerja dan tidak dapat lagi menampung lebih banyak prosesor di area yang sama. Saat itu, teknologi tidak mengizinkannya.
Sebagai solusi, varian ditemukan menggunakan sejumlah elemen tambahan:
memori cache;
konveyor;
koprosesor bawaan;
pengali.
Bagian dari beban komputasi jatuh di pundak empat node ini. Akibatnya, tampilan memori cache, di satu sisi, memperumit desain prosesor, di sisi lain, menjadi jauh lebih kuat.
Prosesor Intel i486 sudah terdiri dari 1,2 juta transistor, dan frekuensi maksimum operasinya mencapai 50 MHz.
Pada tahun 1995, AMD bergabung dengan pengembangan dan merilis prosesor Am5x86 tercepat yang kompatibel dengan i486 pada saat itu pada arsitektur 32-bit. Itu sudah diproduksi sesuai dengan teknologi proses 350 nanometer, dan jumlah prosesor yang dipasang mencapai 1,6 juta keping. Frekuensi clock telah meningkat menjadi 133 MHz.
Namun pembuat chip tidak berani mengejar lebih jauh lagi untuk meningkatkan jumlah prosesor yang terpasang pada sebuah chip dan mengembangkan arsitektur CISC (Complex Instruction Set Computing) yang sudah utopis. Sebaliknya, insinyur Amerika David Patterson mengusulkan untuk mengoptimalkan pengoperasian prosesor, hanya menyisakan instruksi komputasi yang paling penting.
Jadi pabrikan prosesor beralih ke platform RISC (Reduced Instruction Set Computing), tetapi itu pun tidak cukup.
Pada tahun 1991, prosesor 64-bit R4000 dirilis, beroperasi pada frekuensi 100 MHz. Tiga tahun kemudian, prosesor R8000 muncul, dan dua tahun kemudian, R10000 dengan kecepatan clock hingga 195 MHz. Secara paralel, pasar untuk prosesor SPARC berkembang, fitur arsitekturnya adalah tidak adanya instruksi perkalian dan pembagian.
Alih-alih memperebutkan jumlah transistor, produsen chip mulai memikirkan kembali arsitektur pekerjaan mereka. Penolakan perintah "yang tidak perlu", pelaksanaan instruksi dalam satu siklus, keberadaan register nilai umum dan pipelining memungkinkan untuk dengan cepat meningkatkan frekuensi clock dan daya prosesor tanpa mendistorsi jumlah transistor.
Berikut adalah beberapa arsitektur yang muncul antara tahun 1980 dan 1995:
Mereka didasarkan pada platform RISC, dan dalam beberapa kasus, sebagian, penggunaan gabungan dari platform CISC. Namun perkembangan teknologi sekali lagi mendorong pembuat chip untuk terus membangun prosesor.
Pada bulan Agustus 1999, AMD K7 Athlon memasuki pasar, diproduksi menggunakan teknologi proses 250 nm dan termasuk 22 juta transistor. Kemudian, standar dinaikkan menjadi 38 juta prosesor. Kemudian, hingga 250 juta, prosesor teknologi meningkat, frekuensi clock meningkat. Tapi, seperti yang dikatakan fisika, segala sesuatu ada batasnya.
7. Akhir dari kompetisi transistor sudah dekat
Pada tahun 2007, Gordon Moore membuat pernyataan yang sangat blak-blakan:
Hukum Moore akan segera berhenti berlaku. Tidak mungkin memasang prosesor dalam jumlah tak terbatas tanpa batas waktu. Alasan untuk ini adalah sifat atom dari materi.
Terlihat dengan mata telanjang bahwa dua produsen chip terkemuka AMD dan Intel jelas telah memperlambat laju pengembangan prosesor selama beberapa tahun terakhir. Keakuratan proses teknologi telah meningkat menjadi hanya beberapa nanometer, tetapi tidak mungkin untuk menempatkan lebih banyak prosesor.
Dan sementara produsen semikonduktor mengancam untuk meluncurkan transistor multilayer, menggambar paralel dengan memori 3DNdan, pesaing serius muncul di arsitektur x86 berdinding 30 tahun yang lalu.
8. Apa yang menunggu prosesor "biasa"
Hukum Moore telah dibatalkan sejak 2016. Hal ini diumumkan secara resmi oleh produsen prosesor terbesar Intel. Menggandakan daya komputasi hingga 100% setiap dua tahun tidak lagi memungkinkan bagi pembuat chip.
Dan sekarang produsen prosesor memiliki beberapa opsi yang tidak menjanjikan.
Opsi pertama adalah komputer kuantum. Sudah ada upaya untuk membangun komputer yang menggunakan partikel untuk mewakili informasi. Ada beberapa perangkat kuantum serupa di dunia, tetapi mereka hanya dapat mengatasi algoritma dengan kompleksitas rendah.
Selain itu, peluncuran serial perangkat semacam itu dalam beberapa dekade mendatang tidak mungkin dilakukan. Mahal, tidak efisien dan… lambat!
Ya, komputer kuantum mengkonsumsi daya jauh lebih sedikit daripada rekan-rekan modern mereka, tetapi mereka juga akan lebih lambat sampai pengembang dan produsen komponen beralih ke teknologi baru.
Pilihan kedua adalah prosesor dengan lapisan transistor. Baik Intel maupun AMD telah serius memikirkan teknologi ini. Alih-alih satu lapisan transistor, mereka berencana untuk menggunakan beberapa. Tampaknya di tahun-tahun mendatang, prosesor mungkin muncul di mana tidak hanya jumlah inti dan frekuensi clock yang penting, tetapi juga jumlah lapisan transistor.
Solusinya memiliki hak untuk hidup, dan dengan demikian para monopolis akan dapat memerah susu konsumen selama beberapa dekade lagi, tetapi, pada akhirnya, teknologinya akan kembali mencapai batas.
Hari ini, menyadari perkembangan pesat arsitektur ARM, Intel membuat pengumuman diam-diam tentang keluarga chip Ice Lake. Prosesor akan diproduksi pada proses 10 nanometer dan akan menjadi dasar untuk smartphone, tablet, dan perangkat seluler. Tapi itu akan terjadi pada 2019.
9. ARM adalah masa depan Jadi, arsitektur x86 muncul pada tahun 1978 dan termasuk dalam tipe platform CISC. Itu. dengan sendirinya, itu menyiratkan adanya instruksi untuk semua kesempatan. Fleksibilitas adalah titik kuat utama dari x86.
Tetapi, pada saat yang sama, keserbagunaan memainkan lelucon kejam dengan prosesor ini. x86 memiliki beberapa kelemahan utama:
kompleksitas perintah dan kebingungan mereka yang jujur;
konsumsi energi yang tinggi dan pelepasan panas.
Untuk performa tinggi, saya harus mengucapkan selamat tinggal pada efisiensi energi. Selain itu, dua perusahaan saat ini sedang mengerjakan arsitektur x86, yang dapat dengan aman dikaitkan dengan perusahaan monopoli. Ini adalah Intel dan AMD. Hanya mereka yang dapat memproduksi prosesor x86, yang berarti hanya mereka yang mengatur perkembangan teknologi.
Pada saat yang sama, beberapa perusahaan terlibat dalam pengembangan ARM (Arcon Risk Machine). Kembali pada tahun 1985, pengembang memilih platform RISC sebagai dasar untuk pengembangan lebih lanjut dari arsitektur.
Tidak seperti CISC, RISC melibatkan perancangan prosesor dengan jumlah instruksi minimum yang diperlukan, tetapi optimalisasi maksimum. Prosesor RISC jauh lebih kecil dari CISC, lebih hemat daya dan lebih sederhana.
Selain itu, ARM awalnya dibuat semata-mata sebagai pesaing x86. Pengembang mengatur tugas untuk membangun arsitektur yang lebih efisien daripada x86.
Sejak tahun 40-an, para insinyur telah memahami bahwa salah satu tugas prioritas adalah bekerja untuk mengurangi ukuran komputer, dan, pertama-tama, prosesor itu sendiri. Tetapi hampir 80 tahun yang lalu, hampir tidak ada yang bisa membayangkan bahwa komputer yang lengkap akan lebih kecil dari kotak korek api.
Untuk pengguna yang skeptis yang menjelajahi lini teratas Geekbench, saya hanya ingin mengingatkan Anda: dalam teknologi seluler, ukuran adalah yang terpenting.
Tempatkan permen dengan prosesor 18-inti yang kuat yang "mencabik arsitektur ARM" di atas meja, lalu letakkan iPhone Anda di sebelahnya. Rasakan perbedaan nya?
11. Alih-alih keluaran
Mustahil untuk menutupi 80 tahun sejarah perkembangan komputer dalam satu materi. Tetapi setelah membaca artikel ini, Anda akan dapat memahami bagaimana elemen utama dari komputer mana pun diatur - prosesor, dan apa yang diharapkan dari pasar di tahun-tahun mendatang.
Tentu saja, Intel dan AMD akan bekerja untuk lebih meningkatkan jumlah transistor pada satu chip dan mempromosikan gagasan elemen multilayer.
Tetapi apakah Anda, sebagai pelanggan, membutuhkan kekuatan seperti itu?
Saya rasa Anda tidak puas dengan kinerja iPad Pro atau iPhone X unggulan. Saya rasa Anda tidak puas dengan kinerja multicooker Anda di dapur atau kualitas gambar 4K 65 inci TELEVISI. Tetapi semua perangkat ini menggunakan prosesor pada arsitektur ARM.
Windows telah secara resmi mengumumkan bahwa mereka melihat ke arah ARM dengan penuh minat. Perusahaan menyertakan dukungan untuk arsitektur ini kembali di Windows 8.1, dan sekarang secara aktif bekerja sama dengan pembuat chip ARM terkemuka Qualcomm.
Google juga berhasil melihat ARM - sistem operasi Chrome OS mendukung arsitektur ini. Beberapa distribusi Linux telah muncul sekaligus, yang juga kompatibel dengan arsitektur ini. Dan ini baru permulaan.
Dan coba bayangkan sejenak betapa menyenangkannya menggabungkan prosesor ARM hemat energi dengan baterai graphene. Arsitektur inilah yang akan memungkinkan untuk mendapatkan gadget ergonomis seluler yang dapat menentukan masa depan.
Dunia komputer berubah dengan cepat. PC Desktop telah kehilangan posisi teratas dalam peringkat penjualan ke laptop, dan mereka akan menyerahkan pasar ke tablet dan perangkat seluler lainnya. 10 tahun yang lalu kami menghargai megahertz murni, kekuatan nyata dan kinerja. Nah, untuk menaklukkan pasar, prosesor itu tidak hanya harus cepat, tapi juga irit. Banyak yang menganggap ARM sebagai arsitektur abad ke-21. Apakah begitu?
Baru - lama terlupakan
Jurnalis, mengikuti orang-orang ARM PR, sering menghadirkan arsitektur ini sebagai sesuatu yang sama sekali baru, yang seharusnya mengubur x86 yang berambut abu-abu.
Faktanya, ARM dan x86, yang menjadi dasar pembuatannya prosesor Intel, AMD dan VIA, dipasang di laptop dan PC desktop, hampir seumuran. Chip x86 pertama dirilis pada tahun 1978. Proyek ARM secara resmi dimulai pada tahun 1983, tetapi didasarkan pada pengembangan yang dilakukan hampir bersamaan dengan pembuatan x86.
ARM awal mengesankan para spesialis dengan kemahiran mereka, tetapi dengan kinerja yang relatif rendah, mereka tidak dapat menaklukkan pasar yang menuntut kecepatan tinggi dan tidak memperhatikan kinerja. Harus ada kondisi tertentu agar popularitas ARM meroket.
Pada pergantian tahun delapan puluhan dan sembilan puluhan, dengan oli yang relatif murah, SUV besar dengan mesin 6 liter yang kuat diminati. Hanya sedikit orang yang tertarik dengan mobil listrik. Namun saat ini, ketika satu barel minyak berharga lebih dari $100, mobil besar dengan mesin rakus hanya untuk orang kaya, sisanya terburu-buru untuk beralih ke mobil hemat bahan bakar. Hal serupa terjadi dengan ARM. Ketika pertanyaan tentang mobilitas dan efisiensi muncul, arsitektur ternyata sangat diminati.
Prosesor "Risiko"
ARM adalah arsitektur RISC. Ini menggunakan set perintah yang dikurangi - RISC (komputer set instruksi yang dikurangi). Jenis arsitektur ini muncul di akhir tahun tujuh puluhan, sekitar waktu yang sama ketika Intel memperkenalkan x86-nya.
Saat bereksperimen dengan berbagai kompiler dan prosesor mikrokode, para insinyur memperhatikan bahwa dalam beberapa kasus, urutan instruksi sederhana lebih cepat daripada satu operasi kompleks. Diputuskan untuk membuat arsitektur yang akan melibatkan bekerja dengan serangkaian instruksi sederhana yang terbatas, decoding dan eksekusi yang akan memakan waktu minimum.
Salah satu proyek pertama untuk prosesor RISC dilaksanakan oleh sekelompok siswa dan guru dari Universitas Berkeley pada tahun 1981. Tepat pada saat ini, perusahaan Inggris Acorn menghadapi tantangan zaman. Ini menghasilkan komputer pendidikan Mikro BBC, yang sangat populer di Foggy Albion, berdasarkan prosesor 6502. Tapi segera PC rumahan ini mulai kalah dengan mesin yang lebih canggih. Acorn berisiko kehilangan pasar. Insinyur perusahaan, setelah berkenalan dengan pekerjaan siswa pada prosesor RISC, memutuskan bahwa akan cukup sederhana untuk mengatasi pembuatan chip mereka sendiri. Pada tahun 1983, proyek Acorn RISC Machine dimulai, yang kemudian berubah menjadi ARM. Tiga tahun kemudian, prosesor pertama dirilis.
ARM pertama
Dia sangat sederhana. Chip ARM pertama bahkan tidak memiliki instruksi perkalian dan pembagian, yang tampaknya merupakan satu set lebih banyak instruksi sederhana. Fitur lain dari chip adalah prinsip bekerja dengan memori: semua operasi dengan data hanya dapat dilakukan dalam register. Pada saat yang sama, prosesor bekerja dengan apa yang disebut jendela register, yaitu, hanya dapat mengakses sebagian dari semua register yang tersedia, yang pada dasarnya universal, dan pekerjaan mereka tergantung pada mode di mana prosesor itu berada. Ini memungkinkan versi pertama ARM untuk meninggalkan cache.
Selain itu, dengan menyederhanakan set instruksi, para arsitek dapat melakukannya tanpa sejumlah blok lainnya. Misalnya, di ARM pertama, tidak ada mikrokode sama sekali, serta unit titik mengambang, FPU. Jumlah total transistor di ARM pertama adalah 30.000. Dalam x86 serupa, ada beberapa kali, atau bahkan urutan besarnya lebih. Penghematan energi tambahan dicapai dengan mengeksekusi perintah secara kondisional. Artinya, operasi ini atau itu akan dilakukan jika ada fakta yang sesuai dalam register. Ini membantu prosesor untuk menghindari "gerakan yang berlebihan". Semua instruksi dieksekusi secara berurutan. Akibatnya, ARM kehilangan performa, tetapi tidak signifikan, sementara konsumsi daya meningkat secara signifikan.
Prinsip dasar membangun arsitektur tetap sama seperti di ARM pertama: bekerja dengan data hanya di register, set instruksi yang dikurangi, minimal modul tambahan. Semua ini memberikan arsitektur dengan konsumsi daya yang rendah dengan kinerja yang relatif tinggi.
Untuk meningkatkannya, ARM telah memperkenalkan beberapa set instruksi tambahan selama beberapa tahun terakhir. Seiring dengan ARM klasik, ada Thumb, Thumb 2, Jazelle. Yang terakhir ini dirancang untuk mempercepat eksekusi kode Java.
Cortex - ARM tercanggih
Cortex - arsitektur modern untuk perangkat seluler, sistem tertanam, dan mikrokontroler. Dengan demikian, CPU ditetapkan sebagai Cortex-A, tertanam - Cortex-R dan mikrokontroler - Cortex-M. Semuanya didasarkan pada arsitektur ARMv7.
Arsitektur paling canggih dan kuat di lini ARM adalah Cortex-A15. Diasumsikan bahwa pada dasarnya, terutama dua atau empat model inti akan diproduksi. Cortex-A15 dari semua ARM sebelumnya adalah yang paling dekat dengan x86 dalam hal jumlah dan kualitas blok.
Cortex-A15 didasarkan pada inti prosesor yang dilengkapi dengan FPU dan satu set instruksi NEON SIMD yang dirancang untuk mempercepat pemrosesan data multimedia. Inti memiliki pipa 13-tahap, mereka mendukung eksekusi instruksi dalam urutan bebas, virtualisasi berbasis ARM.
Cortex-A15 mendukung sistem pengalamatan memori yang diperluas. ARM tetap merupakan arsitektur 32-bit, tetapi para insinyur perusahaan telah mempelajari cara mengubah pengalamatan 64-bit atau perluasan lainnya menjadi prosesor 32-bit yang dapat dimengerti. Teknologi ini disebut Long Physical Address Extensions. Berkat dia, Cortex-A15 secara teoritis dapat menangani memori hingga 1 TB.
Setiap inti dilengkapi dengan cache tingkat pertama. Selain itu, ada hingga 4 MB cache L2 terdistribusi dengan latensi rendah. Prosesor dilengkapi dengan bus koheren 128-bit yang dapat digunakan untuk berkomunikasi dengan blok dan periferal lain.
Inti yang mendasari Cortex-A15 adalah evolusi dari Cortex-A9. Mereka memiliki struktur yang serupa.
Cortex-A9, tidak seperti Cortex-A15, dapat diproduksi dalam versi multi-core dan single-core. Frekuensi maksimum adalah 2,0 GHz, Cortex-A15 menunjukkan kemungkinan membuat chip yang beroperasi pada frekuensi 2,5 GHz. Chip berdasarkan itu akan diproduksi menggunakan proses manufaktur 40 nm dan lebih tipis. Cortex-A9 tersedia dalam teknologi proses 65 dan 40 nm.
Cortex-A9, seperti Cortex-A15, dirancang untuk digunakan di smartphone dan tablet berperforma tinggi, tetapi terlalu tangguh untuk aplikasi yang lebih serius, misalnya, di server. Hanya Cortex-A15 yang memiliki virtualisasi perangkat keras, pengalamatan memori yang diperluas. Selain itu, set instruksi NEON Advanced SIMD dan FPU di Cortex-A9 adalah elemen opsional, sementara itu wajib di Cortex-A15.
Cortex-A8 secara bertahap akan menghilang dari layar di masa depan, tetapi untuk saat ini opsi inti tunggal ini akan digunakan di smartphone anggaran. Solusi berbiaya rendah dengan frekuensi dari 600 MHz hingga 1 GHz adalah arsitektur yang seimbang. Ini memiliki FPU, mendukung versi pertama SIMD NEON. Cortex-A8 mengasumsikan proses manufaktur tunggal - 65 nm.
ARM generasi sebelumnya
Prosesor ARM11 cukup umum di pasar ponsel. Mereka didasarkan pada arsitektur ARMv6 dan modifikasinya. Ini ditandai dengan pipa 8-9-tahap, dukungan Jazelle, yang mempercepat pemrosesan kode Java, streaming instruksi SIMD, Thumb-2.
Prosesor XScale, ARM10E, ARM9E didasarkan pada arsitektur ARMv5 dan modifikasinya. Panjang pipa maksimum adalah 6 tahap, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP. Chip XScale memiliki cache tingkat kedua. Prosesor digunakan di smartphone dari pertengahan 2000-an, dan hari ini mereka dapat ditemukan di beberapa ponsel murah.
ARM9TDMI, ARM8, StrongARM adalah perwakilan dari ARMv4, yang memiliki pipa 3-5 tahap, mendukung Thumb. ARMv4, misalnya, ditemukan di iPod klasik awal.
ARM6 dan ARM7 adalah ARMv3. Dalam arsitektur ini, blok FPU muncul untuk pertama kalinya, pengalamatan memori 32-bit diimplementasikan, dan bukan 26-bit, seperti pada contoh arsitektur pertama. Secara formal, ARMv2 dan ARMv1 adalah chip 32-bit, tetapi pada kenyataannya mereka hanya bekerja secara aktif dengan ruang alamat 26-bit. Cache pertama kali muncul di ARMv2.
Nama mereka adalah legiun
Acorn awalnya tidak akan menjadi pemain di pasar prosesor. Tugas proyek ARM adalah membuat chip produksinya sendiri untuk produksi komputer - itu adalah pembuatan PC di Acorn yang dianggap sebagai bisnis utamanya.
Dari sekelompok pengembang, ARM telah menjadi perusahaan berkat Apple. Pada tahun 1990, Apple bermitra dengan VLSI dan Acorn untuk mengembangkan prosesor ekonomis untuk komputer genggam Newton pertama. Untuk tujuan ini, perusahaan terpisah dibuat, yang menerima nama proyek internal Acorn - ARM.
Dengan partisipasi Apple, prosesor ARM6 telah dibuat, yang paling dekat dengan chip modern dari pengembang Inggris. Pada saat yang sama, DEC dapat mematenkan arsitektur ARM6 dan mulai memproduksi chip dengan merek StrongARM. Beberapa tahun kemudian, teknologi tersebut dialihkan ke Intel sebagai bagian dari sengketa paten lainnya. Raksasa mikroprosesor telah membuat analognya sendiri berdasarkan ARM - prosesor XScale. Namun di pertengahan dekade sebelumnya, Intel menyingkirkan "aset non-inti" ini, dengan fokus eksklusif pada x86. XScale telah diambil alih oleh Marvell, yang telah melisensikan ARM.
Baru muncul ke dunia ARM pada awalnya tidak dapat terlibat dalam produksi prosesor. Manajemennya memilih cara lain untuk menghasilkan uang. Arsitektur ARM ditandai dengan kesederhanaan dan fleksibilitas. Pada awalnya, inti bahkan kehilangan cache, oleh karena itu, selanjutnya, modul tambahan, termasuk FPU, pengontrol tidak terintegrasi erat ke dalam prosesor, tetapi, seolah-olah, digantung di pangkalan.
Oleh karena itu, ARM mendapatkan perancang cerdas yang memungkinkan perusahaan berteknologi maju untuk membuat prosesor atau mikrokontroler untuk kebutuhan mereka. Ini dilakukan dengan bantuan yang disebut koprosesor, yang dapat memperluas fungsionalitas standar. Secara total, arsitektur mendukung hingga 16 koprosesor (diberi nomor dari 0 hingga 15), tetapi nomor 15 dicadangkan untuk koprosesor yang menjalankan fungsi manajemen cache dan memori.
Periferal terhubung ke chip ARM dengan memetakan registernya ke ruang memori prosesor atau koprosesor. Misalnya, chip pemrosesan gambar dapat terdiri dari inti berbasis ARM7TDMI yang relatif sederhana dan koprosesor yang menyediakan dekode HDTV.
ARM telah mulai melisensikan arsitekturnya. Perusahaan lain telah terlibat dalam implementasinya di silikon, termasuk Texas Instruments, Marvell, Qualcomm, Freescale, tetapi juga yang sepenuhnya non-inti seperti Samsung, Nokia, Nintendo atau Canon.
Kurangnya pabrik sendiri, serta royalti yang mengesankan, memungkinkan ARM lebih fleksibel dalam mengembangkan versi arsitektur baru. Perusahaan memanggangnya seperti kue panas, memasuki ceruk baru. Selain smartphone dan tablet, arsitektur ini digunakan dalam prosesor khusus, seperti navigator GPS, kamera digital, dan camcorder. Atas dasar itu, pengontrol industri dan chip lain untuk sistem tertanam dibuat.
Sistem lisensi ARM adalah hypermarket nyata dari mikroelektronika. Perusahaan melisensikan tidak hanya arsitektur baru, tetapi juga usang. Yang terakhir dapat digunakan untuk membuat mikrokontroler atau chip untuk perangkat murah. Secara alami, tingkat royalti tergantung pada tingkat kebaruan dan kompleksitas varian arsitektur yang menarik bagi pabrikan. Secara tradisional, proses teknis yang mengembangkan prosesor ARM adalah 1-2 langkah di belakang proses yang dianggap relevan untuk x86. Efisiensi energi yang tinggi dari arsitektur membuatnya kurang bergantung pada transisi ke standar teknis baru. Intel dan AMD ingin membuat chip yang lebih tipis untuk meningkatkan kecepatan clock dan jumlah inti sambil mempertahankan ukuran fisik dan konsumsi daya. ARM memiliki kebutuhan daya yang lebih rendah secara asli dan juga memberikan kinerja lebih per watt.
Fitur prosesor NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell
Dengan melisensikan ARM kanan dan kiri, para pengembang memperkuat posisi arsitektur mereka dengan mengorbankan kompetensi mitra. NVIDIA Tegra dapat dianggap sebagai contoh klasik dalam hal ini. Baris sistem-on-a-chip ini didasarkan pada arsitektur ARM, tetapi NVIDIA telah memiliki perkembangan yang sangat serius di bidang grafis tiga dimensi dan logika sistem.
ARM memberikan otoritas yang luas kepada pemberi lisensinya untuk mendesain ulang arsitektur. Dengan demikian, insinyur NVIDIA dapat menggabungkan kekuatan ARM (komputasi CPU) dan produk mereka sendiri di Tegra - bekerja dengan grafik tiga dimensi, dll. Alhasil, Tegra memiliki performa 3D tertinggi di kelasnya. Mereka 25-30% lebih cepat daripada PowerVR yang digunakan oleh Samsung dan Texas Instruments, dan hampir dua kali lebih cepat dari Qualcomm's Adreno.
Produsen prosesor lain berdasarkan arsitektur ARM memperkuat blok tambahan tertentu, meningkatkan chip untuk mencapai frekuensi dan kinerja yang lebih tinggi.
Misalnya, Qualcomm tidak menggunakan desain referensi ARM. Insinyur perusahaan dengan serius mendesain ulang dan menyebutnya Scorpio - dialah yang mendasari chip Snapdragon. Sebagian, desain telah didesain ulang untuk menguasai proses teknis yang lebih halus daripada yang disediakan oleh IP ARM standar. Hasilnya, Snapdragons pertama diproduksi pada standar 45 nm, yang memberi mereka frekuensi yang lebih tinggi. Dan generasi baru dari prosesor ini dengan 2,5 GHz yang dinyatakan bahkan mungkin menjadi yang tercepat di antara analog berbasis ARM Cortex-A9. Qualcomm juga menggunakan inti grafis Adreno sendiri, berdasarkan desain yang diperoleh dari AMD. Jadi di satu sisi, Snapdragon dan Tegra adalah musuh di tingkat genetik.
Samsung, saat membuat Hummingbird, juga mengambil jalan untuk mengoptimalkan arsitektur. Orang Korea, bersama dengan Intrinsity, mengubah logika, yang mengurangi jumlah instruksi yang diperlukan untuk melakukan beberapa operasi. Dengan demikian adalah mungkin untuk memenangkan 5-10% dari produktivitas. Selain itu, cache tingkat kedua yang dinamis dan ekstensi multimedia ARM NEON ditambahkan. Orang Korea menggunakan PowerVR SGX540 sebagai modul grafis.
Texas Instruments dalam seri OMAP baru berdasarkan arsitektur ARM Cortex-A telah menambahkan modul IVA khusus yang bertanggung jawab untuk mempercepat pemrosesan gambar. Ini memungkinkan Anda untuk dengan cepat memproses data yang berasal dari kamera built-in sensor. Selain itu, terhubung ke ISP dan berkontribusi pada akselerasi video. OMAP juga menggunakan grafis PowerVR.
Apple A4 memiliki cache 512KB yang besar, grafik PowerVR, dan inti ARM itu sendiri didasarkan pada varian arsitektur yang didesain ulang oleh Samsung.
Apple A5 dual-core, yang memulai debutnya di iPad 2 pada awal 2011, didasarkan pada arsitektur ARM Cortex-A9, seperti yang dioptimalkan oleh Samsung terakhir kali. Dibandingkan dengan A4, chip baru memiliki dua kali jumlah cache L2 - telah ditingkatkan menjadi 1 MB. Prosesor berisi pengontrol RAM saluran ganda dan memiliki blok video yang ditingkatkan. Akibatnya, kinerjanya dalam beberapa tugas dua kali lipat dari Apple A4.
Marvell menawarkan chip berdasarkan arsitektur Sheeva-nya sendiri, yang setelah diperiksa lebih dekat ternyata merupakan hibrida dari XScale, yang pernah dibeli dari Intel, dan ARM. Chip ini memiliki memori cache yang besar dibandingkan dengan rekan-rekan mereka dan dilengkapi dengan modul multimedia khusus.
Saat ini, pemegang lisensi ARM hanya memproduksi chip berdasarkan arsitektur ARM Cortex-A9. Pada saat yang sama, meskipun memungkinkan Anda untuk membuat varian quad-core, NVIDIA, Apple, Texas Instruments, dan lainnya masih terbatas pada model dengan satu atau dua core. Selain itu, chip beroperasi pada frekuensi hingga 1,5 GHz. Cortex-A9 memungkinkan Anda membuat prosesor dua GHz, tetapi sekali lagi, pabrikan tidak berusaha untuk meningkatkan frekuensi dengan cepat - karena untuk saat ini, pasar akan memiliki cukup prosesor dual-core pada 1,5 GHz.
Prosesor berdasarkan Cortex-A15 harus menjadi benar-benar multi-core, tetapi jika diumumkan, maka di atas kertas. Penampilan mereka dalam silikon diharapkan tahun depan.
Prosesor pemegang lisensi ARM berbasis Cortex-A9 saat ini:
x86 - saingan utama
x86 adalah perwakilan dari arsitektur CISC. Mereka menggunakan set lengkap perintah. Satu instruksi dalam hal ini melakukan beberapa operasi tingkat rendah. Kode program, tidak seperti ARM, lebih ringkas, tetapi tidak berjalan secepat dan membutuhkan lebih banyak sumber daya. Selain itu, sejak awal, x86 dilengkapi dengan semua blok yang diperlukan, yang menunjukkan keserbagunaan dan kerakusannya. Energi tambahan dihabiskan untuk eksekusi perintah paralel tanpa syarat. Ini memungkinkan Anda untuk mencapai keunggulan kecepatan, tetapi beberapa operasi tidak digunakan karena tidak memenuhi kondisi sebelumnya.
Ini adalah x86 klasik, tetapi sudah dimulai dengan 80486, Intel secara de facto membuat inti RISC internal yang mengeksekusi instruksi CISC, yang sebelumnya didekomposisi menjadi instruksi yang lebih sederhana. Prosesor Intel dan AMD modern memiliki desain yang sama.
Windows 8 dan ARM
ARM dan x86 saat ini berbeda kurang dari 30 tahun yang lalu, tetapi masih didasarkan pada prinsip yang berbeda, yang memisahkan mereka ke dalam ceruk pasar prosesor yang berbeda. Arsitektur mungkin tidak akan pernah menyeberang jika komputer itu sendiri tidak berubah.
Mobilitas dan efisiensi mengemuka, lebih banyak perhatian diberikan pada smartphone dan tablet. Apple menghasilkan banyak uang dari gadget seluler dan infrastruktur yang terkait dengannya. Microsoft tidak mau ketinggalan dan telah berusaha untuk mendapatkan pijakan di pasar tablet untuk tahun kedua. Google bekerja dengan cukup baik.
PC desktop pertama-tama menjadi alat kerja, ceruk komputer rumah tangga ditempati oleh tablet dan perangkat khusus. Dalam kondisi ini, Microsoft akan mengambil langkah yang belum pernah terjadi sebelumnya. . Tidak sepenuhnya jelas apa yang akan terjadi. Kami akan mendapatkan dua versi sistem operasi, atau satu yang akan bekerja dengan kedua arsitektur. Akankah dukungan x86 Microsoft mengubur ARM, atau tidak?
Masih ada sedikit informasi. Microsoft mendemonstrasikan Windows 8 pada perangkat berbasis ARM selama CES 2011. Steve Ballmer menunjukkan bahwa pada platform ARM, Anda dapat menggunakan Windows untuk menonton video, bekerja dengan gambar, menggunakan Internet - Internet Explorer bahkan bekerja dengan akselerasi perangkat keras - sambungkan USB perangkat untuk mencetak dokumen. Yang paling penting dalam demo ini adalah menjalankan Microsoft Office di ARM tanpa mesin virtual. Presentasi menampilkan tiga gadget berbasis prosesor Qualcomm, Texas Instruments dan NVIDIA. Windows memiliki shell "tujuh" standar, tetapi perwakilan Microsoft mengumumkan kernel sistem baru yang didesain ulang.
Namun, Windows bukan hanya OS yang dibuat oleh para insinyur Microsoft, tetapi juga jutaan program. Beberapa perangkat lunak sangat penting bagi orang-orang di banyak profesi. Misalnya, paket Adobe CS. Akankah perusahaan mendukung perangkat lunak versi ARM-Windows, atau akankah kernel baru memungkinkan Photoshop dan aplikasi populer lainnya berjalan di komputer dengan NVIDIA Tegra atau chip serupa tanpa modifikasi kode tambahan?
Selain itu, ada pertanyaan dengan kartu video. Sekarang kartu video untuk laptop dibuat dengan mengoptimalkan konsumsi daya chip grafis desktop - keduanya secara arsitektur sama. Pada saat yang sama, sekarang kartu video adalah sesuatu seperti "komputer di dalam komputer" - ia memiliki RAM ultra-cepat dan chip komputasinya sendiri, yang secara signifikan mengungguli prosesor konvensional dalam tugas-tugas tertentu. Tak perlu dikatakan bahwa pengoptimalan yang sesuai dari aplikasi yang bekerja dengan grafik 3D telah dibuat untuk mereka. Ya, dan berbagai program pengeditan video dan editor grafis (khususnya, Photoshop dari versi CS4), dan baru-baru ini, browser juga menggunakan akselerasi perangkat keras GPU.
Tentu saja, di Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS, dan sistem seluler lainnya, pengoptimalan yang diperlukan telah dilakukan untuk berbagai akselerator seluler (lebih tepatnya, ultra-seluler) di pasaran. Namun, mereka tidak didukung di Windows. Driver, tentu saja, akan ditulis (dan sudah ditulis - prosesor seri Intel Atom Z500 dilengkapi dengan chipset, di mana inti grafis "smartphone" PowerVR SGX 535 terintegrasi), tetapi optimalisasi aplikasi untuk mereka mungkin terlambat, jika sama sekali terjadi.
Jelas, "ARM di desktop" tidak akan benar-benar lepas landas. Kecuali dalam sistem berdaya rendah di mana mereka akan mengakses Internet dan menonton film. Pada nettop pada umumnya. Jadi ARM hanya mencoba untuk mengambil ayunan di ceruk yang telah diduduki Intel Atom dan di mana AMD sekarang secara aktif mendorong dengan platform Brazos-nya. Dan dia tampaknya menjadi bagian dari itu. Kecuali jika kedua perusahaan prosesor "menembak" dengan sesuatu yang sangat kompetitif.
Di beberapa tempat, Intel Atom dan ARM sudah bersaing. Mereka digunakan untuk membuat penyimpanan jaringan dan server berdaya rendah yang dapat melayani kantor atau apartemen kecil. Ada juga beberapa proyek cluster komersial berdasarkan chip Intel ekonomis. Karakteristik prosesor baru berbasis ARM Cortex-A9 memungkinkan mereka digunakan untuk mendukung infrastruktur. Jadi, dalam beberapa tahun kita bisa mendapatkan server ARM atau ARM-NAS untuk jaringan lokal kecil, dan munculnya server web berdaya rendah tidak dapat dikesampingkan.
Pertarungan pertama
Saingan utama ARM dari sisi x86 adalah Intel Atom, dan sekarang Anda dapat menambahkan file . Perbandingan x86 dan ARM dilakukan oleh Van Smith, yang membuat paket uji OpenSourceMark, miniBench dan salah satu penulis bersama SiSoftware Sandra. Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050 ikut serta dalam perlombaan. Frekuensi chip x86 berkurang, tetapi mereka masih memiliki keuntungan karena memori yang lebih maju.
Hasilnya sangat menarik. Chip ARM terbukti secepat pesaingnya dalam operasi bilangan bulat, dengan konsumsi daya yang lebih sedikit. Tidak ada yang mengejutkan di sini. Awalnya, arsitekturnya cukup cepat dan ekonomis. Dalam operasi floating point, ARM kehilangan x86. Blok FPU tradisional kuat yang tersedia untuk chip Intel dan AMD telah terpengaruh di sini. Ingatlah bahwa itu muncul di ARM relatif baru-baru ini. Tugas yang jatuh pada FPU menempati tempat yang signifikan dalam kehidupan pengguna modern - ini adalah game, encoding video dan audio, dan operasi streaming lainnya. Tentu saja, tes yang dilakukan oleh Van Smith tidak lagi relevan saat ini. ARM telah secara signifikan meningkatkan kelemahan arsitekturnya di Cortex-A9 dan terutama versi Cortex-A15, yang, misalnya, sudah dapat menjalankan instruksi tanpa syarat, memparalelkan pelaksanaan tugas.
pandangan ARM
Jadi arsitektur apa yang harus Anda gunakan, ARM atau x86? Akan lebih baik untuk bertaruh pada keduanya. Hari ini kita hidup dalam kondisi memformat ulang pasar komputer. Pada tahun 2008, netbook meramalkan masa depan yang cerah. Laptop kompak murah seharusnya menjadi komputer utama bagi sebagian besar pengguna, terutama dengan latar belakang krisis global. Tapi kemudian pemulihan ekonomi dimulai dan iPad datang. Tablet sekarang menjadi raja pasar. Namun, tablet ini bagus sebagai konsol hiburan, tetapi tidak terlalu nyaman untuk digunakan terutama karena input sentuh - menulis artikel ini di iPad akan sangat sulit, dan panjang. Akankah tablet bertahan dalam ujian waktu? Mungkin dalam beberapa tahun kita akan menemukan mainan baru.
Namun tetap saja, di segmen seluler, di mana kinerja tinggi tidak diperlukan, dan aktivitas pengguna sebagian besar terbatas pada hiburan dan tidak terkait dengan pekerjaan, ARM terlihat lebih disukai daripada x86. Mereka memberikan tingkat kinerja yang dapat diterima, serta masa pakai baterai yang hebat. Upaya Intel untuk mengingat Atom sejauh ini tidak berhasil. ARM menetapkan standar baru untuk kinerja per watt. Kemungkinan besar, ARM akan sukses di gadget seluler kompak. Di pasar netbook, mereka juga bisa menjadi pemimpin, tetapi di sini semuanya tidak terlalu bergantung pada pengembang prosesor, tetapi pada Microsoft dan Google. Jika yang pertama mengimplementasikan dukungan ARM normal di Windows 8, dan yang kedua akan mengingat Chrome OS. Sejauh ini, smartbook yang ditawarkan Qualcomm belum membuat pasar. Netbook berbasis x86 bertahan.
Terobosan ke arah ini, seperti yang direncanakan oleh ARM, harus dilakukan oleh arsitektur Cortex-A15. Perusahaan merekomendasikan prosesor dual dan quad-core berdasarkan frekuensi 1,0-2,0 GHz untuk sistem hiburan rumah yang akan menggabungkan pemutar media, TV 3D, dan terminal Internet. Chip quad-core dengan frekuensi 1,5-2,5 GHz dapat menjadi basis server rumah dan web. Terakhir, kasus penggunaan paling ambisius untuk Cortex-A15 adalah infrastruktur nirkabel. Itu dapat menggunakan chip dengan empat inti atau lebih, dengan frekuensi 1,5-2,5 GHz.
Tapi untuk saat ini, ini hanya rencana. Cortex-A15 diperkenalkan ke ARM pada September tahun lalu. Cortex-A9 ditunjukkan oleh perusahaan pada Oktober 2007, dua tahun kemudian perusahaan menghadirkan versi A9 dengan kemampuan untuk meningkatkan frekuensi chip hingga 2,0 GHz. Sebagai perbandingan, NVIDIA Tegra 2 - salah satu solusi paling populer berbasis Cortex-A9 - baru dirilis pada Januari tahun lalu. Nah, gadget pertama berdasarkan itu, pengguna bisa merasakannya setelah enam bulan.
Segmen PC yang berfungsi dan solusi performa tinggi akan tetap ada untuk x86. Ini tidak berarti kematian arsitektur, tetapi dalam hal uang, Intel dan AMD harus bersiap untuk kehilangan sebagian pendapatan yang akan masuk ke produsen prosesor ARM.
