Почему альтернативная архитектура вызвала повышенный интерес у чипмейкеров и софверных гигантов
Сейчас появляется все больше слухов и новостей о том, что компании, ранее не создававшие процессоры или работавшие с традиционной для настольных архитектурой ПК х86, ведут разработку или уже налаживают выпуск чипов на архитектуре ARM.
Intel инвестирует в ARM, следующее поколение Xbox может быть основано на этой архитектуре, NVIDIA и AMD могут выпустить свои ARM-CPU уже в 2025 году. Причем первая до сих пор не выпускала потребительские процессоры для ПК.
Специализирующаяся на SoC (System on crystal, «система-на-кристалле», гибридный процессор, используемый в мобильных устройствах и игровых консолях) для смартфонов Qualcomm анонсировала чип для ноутбуков, который должен стать быстрее и экономичнее аналогов от Intel, AMD и Apple.
Анонсы конкурентов ударили по цене акций Intel, но «синяя» компания все равно считает угрозу со стороны ARM незначительной для своего бизнеса.
И все эти события случились только за осень 2023 года. Так зачем всем вдруг понадобилась архитектура, которая до сих пор считалась уделом смартфонов и планшетов?
Кто такой этот ваш ARM
ARM — архитектура центральных процессоров, сделанная на основе RISC (Reduced Instruction Set Computer — компьютер с набором упрощенных инструкций), а сама аббревиатура расшифровывается как Advanced RISC Machine — усовершенствованная RISC-машина.
Инструкции упрощены в данном случае в сравнении с x86, самой популярной архитектурой процессоров для ПК. В вашем компьютере и игровой консоли наверняка стоит именно чип на x86-64 от Intel или AMD, тогда как смартфон построен на ARM.
Архитектуру x86 для своих процессоров придумала Intel и сделала их стандартом настольных ПК: например, популярных в 1980-х годах IBM PC и совместимых с ними систем. Спрос на эти компьютеры был настолько высок, что собственные заводы Intel не успевали его удовлетворять, и компания заключала соглашения со сторонними фабриками.
Одной из них была AMD, которая оказалась очень амбициозной и вскоре начала разрабатывать свои процессоры на той же самой архитектуре x86. Intel не смогла отобрать у AMD лицензию на производство CPU, но сумела не допустить попадания технологии к другим компаниям в дальнейшем.
И вот уже почти 40 лет право использовать базовую архитектуру х86 принадлежит всего двум компаниям. Тогда как ARM, владеющая одноименной архитектурой, свободно продает технологию всем желающим. И предлагает несколько уровней лицензии, различающихся возможностью доработок.
Процессоры на ARM более энергоэффективны, чем конкурент, а потому лучше подходят для мобильных устройств, не подключенных к сети постоянно, и выделяют меньше тепла. В то же время CPU на x86-64 поддерживают очень старые инструкции, которые позволяют запускать на современных компьютерах такие же древние программы и игры. А за счет более высокого энергопотребления эти чипы обеспечивают и гораздо большую производительность, делая ARM попросту бессмысленной для настольных ПК.
Но в конце 2020 года Apple выпустила свой первый десктопный процессор M1 на базе архитектуры ARM. Разные версии этого CPU заменили чипы Intel во всех компьютерах компании. От ноутбуков MacBook Air до флагманской рабочей станции Mac Pro.
Первое же поколение M1 оказалось ощутимо быстрее, чем процессоры Intel в предыдущих компьютерах Apple. А самые мощные MacBook Pro ставят рекорды автономной работы, сравнимые только с ноутбуками со слабым железом и очень большими батареями. Компания из Купертино застала Intel и AMD врасплох, показав современную альтернативу их железу и угрожая отобрать долю рынка настольных ПК.
Благодаря единой архитектуре Apple запустила более тесную интеграцию настольных компьютеров и мобильных устройств. Для совместимости со старым ПО компания выпустила слой трансляции Rosetta 2, который на лету «переводит» программу, скомпилированную под x86-64, в инструкции для ARM.
Зачем ARM нужна Microsoft
В сентябре 2023 года из открытых материалов дела о покупке компанией Microsoft игрового издательства Activision Blizzard стали известны детали, касающиеся новых консолей Xbox. Помимо новых версий Xbox Series в документе был указан возможный переход следующего поколения приставок на процессоры ARM64.
С одной стороны, ничего необычного. PS One и PS2 были построены на 32-битных RISC-процессорах. Xbox 360, PS3, GameCube и Wii — на PowerPC, также основанной на наборе RISC. А портативная Nintendo Switch — на ARM Cortex. Раньше архитектуры меняли при любой необходимости.
С другой стороны, и Microsoft, и Sony уже 10 лет пользуются услугами AMD по созданию систем-на-кристалле, которые позволяют использовать объединенную память и экономить как на чипах, так и на производстве благодаря упрощению производственной цепочки и проверки качества. К тому же, унификация архитектур упростила портирование на ПК.
Для AMD консольный рынок — надежный и стабильный источник денег, который помог ей спонсировать разработку архитектуры Zen. И она явно не намерена так просто его покинуть — по крайней мере, она пока не дает поводов отказаться от ее решений в пользу конкурентов.
Но даже если поставщик всем устраивает, клиент все равно может захотеть поменять его на более выгодного. Например, из финансовых соображений.
Microsoft, как и многие другие компании, владеет лицензией ARM и может инвестировать в разработку собственного процессора на этой архитектуре в том случае, если AMD сочтет себя незаменимой и резко поднимет цены на свои чипы. Или заранее — как раз опасаясь такого развития событий.
Второй путь для компании из Редмонда — создание своей портативной консоли для конкуренции с Nintendo Switch и запуска игр из каталога Game Pass через Xbox Cloud. Судя по упомянутым выше документам, такие планы у Microsoft тоже есть.
Чтобы упростить разработку игр как для стационарных устройств, так и для мобильных, есть смысл перевести всю линейку консолей на единую энергоэффективную архитектуру. Но не все так просто.
С какими трудностями может столкнуться компания
Фото: Berduu
Для начала Microsoft придется потратить огромные деньги на разработку новых инструментов, обновление базовой операционной системы под ARM и помощь в портировании старых или находящихся в разработке игр.
Когда Naughty Dog впервые запустила версию The Last of Us для PS4, в игре было сломано освещение, а сама она постоянно зависала и вылетала. С подобными проблемами столкнется каждый разработчик при переводе игры, созданной для одной архитектуры, на устройство с другой.
Это приведет к огромным расходам на обновление движков и техпроцессов. А если при этом условная PlayStation 6 останется на AMD Zen с ее x86-64, то в первые годы нового поколения мультиплатформенные игры будут существенно лучше работать на железе PS6, чем на гипотетическом абсолютно новом процессоре.
Необходимость одновременно обеспечивать достойную производительность на более слабой портативной консоли только усугубит этот разрыв. Сейчас мы наблюдаем схожую проблему с Xbox Series S — например, Baldur’s Gate 3 до сих пор не вышла на консолях Microsoft.
Платформодержатель требовал от Larian одинаковой функциональности между Series S и Series X, но Larian не может реализовать на более слабой консоли кооператив с разделением экрана.
Необходимость достигать паритета с портативной консолью станет еще большей головной болью.
В итоге это может привести к уменьшению количества мультиплатформенных игр, к ухудшению их качества и недовольству разработчиков, которым придется тратить ресурсы на создание упрощенных версий своих игр для более слабого железа на совершенно другой — по сравнению с PlayStation и ПК — архитектуре.
Из этого может показаться, что ARM – это плохо. Вовсе нет, просто на данный момент ни у Microsoft, ни у Sony нет таких причин переводить свои следующие консоли на другую архитектуру, которые бы оправдали вложения и возможные трудности. Но такие причины могут найтись в будущем.
Это может быть ставка на мобильный и облачный гейминг. Или попытка освободиться от дуополии AMD и Intel с сокращением затрат на производство железа в перспективе. В конце концов, Microsoft не просто так работает над версией операционной системы Windows для ARM.
Проблемы популярной ОС
Компания Apple полностью контролирует свою закрытую экосистему и может просто отключить поддержку x86 в macOS. А вот Microsoft вынуждена поддерживать самое популярное железо, даже если ей самой очень захочется просто перевести всех пользователей на новую платформу.
Из слитых документов известно, что Microsoft активно работает над «тонкой ОС». Сейчас Xbox Series работает на упрощенном ядре Windows, но разработчики до сих пор жалуются, что могли бы выжать из железа больше производительности, если бы не ограничения операционной системы, изначально созданной для ПК. А для предполагаемой мобильной Xbox на ARM не подойдет даже такая версия.
Создание специальной среды для конкретного устройства на конкретной архитектуре — сложная и ресурсоемкая задача. Поэтому большинство производителей мобильных устройств просто модифицируют изначально заточенную под ARM систему Android.
Что замышляет NVIDIA
Зайти на консольный рынок могут попытаться и другие крупные компании. NVIDIA делала видеокарты для оригинального Xbox и PlayStation 3, но в эпоху систем-на-кристалле сотрудничает только с Nintendo, собирая для Switch комбинацию Tegra X1 из процессора ARM Cortex-A57 и видеочипа на собственной архитектуре, потому что x86 ей недоступна.
Вполне возможно, что NVIDIA тайно предлагает Microsoft свои будущие системы-на-кристалле с собственными ARM-процессорами. Не исключено, что компания хочет заключить такие же долгосрочные контракты, как и ее главный конкурент AMD, и получать гарантированное финансирование, а не колебаться между трендами вроде майнинга или машинного обучения.
Информация о новых Xbox заставила многих аналитиков почесать голову. У ARM нет никаких очевидных преимуществ перед x86 для домашних консолей, но есть очевидные недостатки. В первую очередь, дороговизна и сложность перехода.
Однако смена архитектуры может все равно случиться — по финансовым причинам, из-за перевода фокуса на мобильный гейминг или из-за смены поставщика чипов. Например, на NVIDIA. Но на данный момент это кажется маловероятным.
Из самого факта, что Microsoft рассматривает такой переход, не нужно делать вывод, что он обязательно произойдет. Но стоит держать такой вариант в голове, чтобы потом не удивляться.