При обсуждении смартфонов, планшетов и даже некоторых ноутбуков, вы наверняка слышали о такой вещи, как ARM процессор, особенно, если учитывать недавний анонс Apple по переходу на компьютеры с такими ЦПУ. Эта технология поспособствовала значительному росту портативной техники в начале 2010-ых годов, и до сих пор оказывает значительное влияние на наши устройства. Давайте разбираться почему ARM процессоры так популярны сегодня и что к этому привело.
Проблемы и задачи мобильной техники
Все компьютеры, планшеты, ноутбуки и смартфоны используют процессоры, и они выполняют большую часть вычислительной работы. Однако, в настоящее время в большинстве устройств применяются не просто процессоры, а системы на кристалле (System-on-a-Chip, SoC), которые выполняют целое множество функций и содержат в себе дополнительные блоки.
Процессор, как часть такой системы получает инструкции, исполняет их и выдает результат. С развитием технологий, производители смогли «объединить» несколько процессоров (ядер) и перешли к использованию многоядерных систем. Это одна из нескольких причин, почему современные компьютеры значительно производительнее своих предшественников.
Обычно, в настольных компьютерах и ноутбуках применяются процессоры Intel или AMD. Такие ЦПУ спроектированы для обеспечения оптимальной производительности, при достаточном энергопотреблении и активном охлаждении. Однако, мобильные устройства требуют иного подхода. Чтобы оставаться портативными, их батареи должны иметь меньший размер, охлаждение зачастую может быть только пассивным, а энергопотребление не должно превышать довольно скромных значений. В начале 2000-ых годов, создание действительно портативных компьютеров было серьезной проблемой.
Сложный дизайн настольных ЦПУ плохо подходил для мобильных устройств, из-за существенных отличий в аппаратных требованиях (нагрев и энергопотребление). В итоге, смартфоны и планшеты, какими мы их знаем сегодня, были нежизнеспособны при использовании традиционной архитектуры.
Что такое ARM процессор?
Чтобы преодолеть эти трудности, производители решили заменить настольную ЦПУ архитектуру чем-то более подходящим для мобильного рынка. ARM процессоры стали идеальным выбором, потому что они используют упрощенные, менее энергозатратные методы обработки. Это также отражено и в имени ARM, которое расшифровывается как Advanced RISC Machine (усовершенствованная RISC-машина).
В аббревиатуре есть еще одно понятие - RISC, которое обозначает Reduced instruction set computing (компьютер с набором коротких (простых, быстрых) команд). На самом деле, сама по себе RISC - это не технология, это больше философия проектирования. ARM процессоры спроектированы, чтобы быть настолько эффективными, насколько это в принципе возможно, принимая только те инструкции, которые могут быть исполнены за один такт памяти.
Особенности ARM процессоров
Может показаться, что RISC процессоры и другие блоки ARM - это шаг назад, по сравнению с обычными ЦПУ. К примеру, RISC изначально была разработана в 80-ых годах прошлого века, и не смогла оказать большого влияния на рынок. Тем не менее, холдинг ARM, который стоит за разработкой ARM архитектуры, постоянно занимается совершенствованием собственных технологий, что позволяет им во многом конкурировать с настольными процессорами Intel и AMD.
Первоначально, RISC представляла собой 32-битную архитектуру, но в 2011 году, ARM обеспечила поддержку 64-битных вычислений, в своих продуктах. Это было бы недостижимо при использовании только RISC архитектуры, и стало возможным благодаря расширенному набору инструкций ARM.
Меньшая сложность RISC блоков также означает, что они состоят из меньшего числа транзисторов. Как правило, чем больше транзисторов - тем больше энергопотребление, выше сложность и стоимость производства. Поэтому процессоры ARM обычно стоят меньше, чем традиционные настольные ЦПУ.
Применение ARM процессоров
Поскольку процессоры ARM сочетают в себе высокопроизводительный RISC дизайн, невысокую стоимость производства и сниженное энергопотребление, то они идеально подходят для портативных устройств, таких как смартфоны, планшеты и даже ноутбуки.
Вместе с тем, холдинг ARM не производит процессоры самостоятельно. Вместо этого, компания создает технологию, разрабатывает стандарт инструкций, проектирует дизайн микроархитектуры ядер, а затем лицензирует их для других производителей. Вот почему существует так много вариантов ARM процессоров и каждый из них может работать по-своему.
Сейчас, такие производители SoC, как Qualcomm, HiSilicon (Huawei), S.LSI (Samsung) и MediaTek покупают у ARM лицензию на ядра, а затем адаптируют их под свои нужды, требования аппаратного обеспечения и нормы производства. Поэтому у многих компаний есть свои системы на кристалле, и несмотря на то, что все они содержат наработки ARM, их производительность может довольно сильно отличаться.
Смартфоны Xiaomi со скидкой и ускоренной доставкой
Будущее ARM и вычислительной техники
Благодаря разработкам ARM, наши телефоны компактны, производительны и стоят относительно недорого. Без инноваций в реализации RISC архитектуры, мы навряд ли бы знали мобильный мир таким, какой он есть сейчас.
Однако, несмотря на то, что ARM сделала свое имя разрабатывая технологии для мобильных устройств, компания все больше рвется на рынок настольных компьютеров и серверных решений. В настоящее время уже есть несколько многоядерных, серверных чипов, на базе архитектуры ARM, а компания Apple готовит переход большинства своих традиционных компьютеров на процессоры с этой архитектурой.
Apple сможет потеснить Intel и AMD на рынке процессоров?
Сейчас мы наблюдаем, возможно одно из самых заметных изменений в индустрии компьютерных вычислений. Возможно, через несколько лет у нас дома будут стоять компьютеры не с процессорами Intel или AMD, а с процессорами, основанными на технологиях ARM.
Не забудьте подписаться и поставить лайк. Впереди будет еще много крутых статей.