Архитектура на ARM процесорите, използвани масово в днешните смартфони и таблети
Смартфоните и таблетите станаха масови устройства в последните години. На фона на високата популярност на отделните марки сякаш в сянка остава това, което движи всяко компютърно устройство – процесорът.
За разлика от света на персоналните компютри (PC), който се доминира от процесори с архитектура x86 (налагана от Intel и AMD), при мобилните джаджи ситуацията е коренно различна. Доминиращата хардуерна платформа в устройства от рода на смартфоните и таблетите е ARM.
Какво представляват чиповете с архитектура ARM и защо са толкова популярни? Навярно сте чули, че тези процесори са мощни и изключително икономични в консумацията на енергия. Така ли е наистина?
Най-общо има два типа процесорни архитектури. Едната е RISC (Reduced Instruction Set Computing), или процесори с малък брой инструкции за различните операции, които чипът е способен да изпълнява. Типичен представител на RISC архитектурата е PowerPC, използван от Apple в по-ранното поколение Mac компютри.
Втората основна процесорна архитектура е CISC (Complex Instruction Set Computing). Това са чипове, които освен базов набор от инструкции (подобно на RISC) имат и по-сложни инструкции за изпълнение на операции на ниско ниво последователно или едновременно. Популярните процесори на Intel и AMD, използвани в настолни и мобилни компютри, имат CISC архитектура.
Задача, която отнема 6 инструкции на RISC процесори, може да бъде изпълнена от CISC само с две, например. Но от друга страна, RISC са изключително бързи при изпълнение на опростени инструкции, където сложните по своята същност CISC процесори могат да бъдат по-неефективни.
Набиращите популярност ARM чипове (Advanced RISC Machine) сякаш имат погрешно название. В общия случай това са базови RISC процесори, които не са по-добри (или „advanced”, както се твърди в името им) от останалите. Напоследък някои компании започнаха да разработват ARM чипове с подобрени възможности, подобни на тези в CISC процесорите, за да ускорят функции като кодиране и декодиране на видео, например.
Като цяло, ARM процесорите си остават относително бавни, измерено в тактова честота, но за сметка на това консумират изключително малко енергия. Макар и да се наблюдава тенденция към увеличаване на производителността, ARM чиповете се позиционират като икономични решения за целеви задачи.
Често в маркетинговите материали се набляга на това, че даден смартфон е двуядрен. Трябва да се има предвид, че ARM чипът с две ядра не е еквивалентен на двуядрения настолен процесор. Освен това производителността и животът на батерията на ARM устройствата зависят в голяма степен от операционната система.
Сред най-честите критики към Android (най-популярната операционна система за смартфони) е това, че консумира много хардуерни ресурси, подобно на стария Windows. Същевременно, самата Microsoft ще осигури съвместимост на Windows 8 с процесори ARM. Това е резонно, тъй като в момента енергийноефективните CISC процесори Intel Atom (ползвани основно в нетбуци) не могат да конкурират по производителност и икономичност ARM чиповете. Intel ще се опита да промените статуквото с нова платформа Atom, обявена на изложението CES 2012 в Лас Вегас, но само времето ще покаже дали ИТ гигантът ще успее.
В момента най-икономичният Atom процесор консумира 2W при максимално натоварване и около 100 mW в режим на пестене на енергия. За сравнение, съответните показатeли на ARM Cortex A8 са 1.25W и 7mW. Като се има предвид, че в по-голяма част от времето портативната електроника работи в “power save” режим, то предимството на ARM процесорите е 14-кратно спрямо Atom по отношение на енергийната ефективност.
ARM архитектурата се разработва от британската компания ARM Holdings, която лицензира дизайни на своите партньори производители, които пък могат да променят дизайна според нуждите си. Тази гъвкавост рефлектира в създаване на широк спектър от процесори за различни приложения – от непретенциозни домашни уреди до мощни смартфони и дори сървъри.
Обикновено ARM процесорите се разграничават по набора от инструкции, които изпълняват. Новите набори включват редица подобрени характеристики и се използват в устройства като смартфони и таблети. По-старите ARM инструкции продължават да се използват в устройства, където високата производителност не е приоритет.
Първият набор инструкции ARMv1 е разработен още през 1985 г. Днешните смартфони и таблети разчитат на ARMv7, пуснат през 2005 г. Вече е наличен и ARMv8, който бе обявен през ноември 2011 г. и добавя 64-битова поддръжка за традиционно 32-битовите ARM процесори.