Процессоры arm: особенности архитектуры, отличия и перспективы

Производители процессоров архитектуры ARM

Процессоры архитектуры ARM в основном используются в смартфонах, мобильных интернет-устройствах (MID), смартбуках, интернет-планшетах и других мобильных и энергоэффективных устройствах.

Процессоры архитектуры ARM, по лицензии, полученной от компании, выпускают следующие компании: Apple, Atmel, Broadcom, Freescale, Marvell, Nvidia, Qualcomm, Samsung, Texas Instruments, VIA, Миландр, ЭЛВИС, STMicroelectronics и другие.

Например:[источник не указан 1501 день]

  • Apple, серия СнК Apple Ax: Apple A4, Apple A5 (iPad 2, iPad mini, iPhone 4S), Apple A5X (iPad 3-го поколения).
  • Freescale: i.MX515 — архитектура на ядре ARM Cortex-A8.
  • Marvell: Marvell PXA168 на ядре Marvell Sheeva — ARM-процессор на 1,2 ГГц.
  • Nvidia: Tegra, Tegra 2, Tegra 3, Tegra 4.
  • Qualcomm: Snapdragon.
  • Samsung: Samsung 2440A — 400 МГц, Samsung S5P6440 — на ядре ARM11, Hummingbird — процессор на 1 ГГц на ядре ARM Cortex-A8.
  • Rockchip: RK2918 — ARM-процессор на 1ГГц, архитектура ARM Cortex-A8.
  • Texas Instruments: TI OMAP3 3440/3450 — 800/1000 МГц.
  • VIA: VT8500 — процессор ARM-926 на 266—400 МГц.
  • Миландр: 1986ВЕ4х (Cortex-M0); 1986ВЕ91-1986ВЕ93 80 МГц (Cortex-M3); 1986ВЕ8 (Cortex-M4).
  • STMicroelectronics: STM32F0 (Cortex-M0) 24 МГц; STM32F1 72 МГц, STM32F2 120 МГц (Cortex-M3); STM32F3 72 МГц, STM32F4 168 МГц (Cortex-M4).
  • Huawei: HiSilicon Kirin.

Отличия ARM и x86

А теперь, когда мы рассмотрели историю развития этих архитектур и их принципиальные отличия, давайте сделаем подробное сравнение ARM и x86, по различным их характеристикам, чтобы определить что лучше и более точно понять в чем их разница.

Производство

Производство x86 vs arm отличается. Процессоры x86 производят только две компании Intel и AMD. Изначально эта была одна компания, но это совсем другая история. Право на выпуск таких процессоров есть только у этих компаний, а это значит, что и направлением развития инфраструктуры будут управлять только они.

ARM работает совсем по-другому. Компания, разрабатывающая ARM, не выпускает ничего. Они просто выдают разрешение на разработку процессоров этой архитектуры, а уже производители могут делать все, что им нужно, например, выпускать специфические чипы с нужными им модулями.

Количество инструкций

Это главные различия архитектуры arm и x86. Процессоры x86 развивались стремительно, как более мощные и производительные. Разработчики добавили большое количество инструкций процессора, причем здесь есть не просто базовый набор, а достаточно много команд, без которых можно было бы обойтись. Изначально это делалось чтобы уменьшить объем памяти занимаемый программами на диске. Также было разработано много вариантов защит и виртуализаций, оптимизаций и многое другое. Все это требует дополнительных транзисторов и энергии.

ARM более прост. Здесь намного меньше инструкций процессора, только те, которые нужны операционной системе и реально используются. Если сравнивать x86, то там используется только 30% от всех возможных инструкций. Их проще выучить, если вы решили писать программы вручную, а также для их реализации нужно меньше транзисторов.

Потребление энергии

Из предыдущего пункта выплывает еще один вывод. Чем больше транзисторов на плате, тем больше ее площадь и потребление энергии, правильно и обратное.

Процессоры x86 потребляют намного больше энергии, чем ARM. Но на потребление энергии также влияет размер самого транзистора. Например, процессор Intel i7 потребляет 47 Ватт, а любой процессор ARM для смартфонов — не более 3 Ватт. Раньше выпускались платы с размером одного элемента 80 нм, затем Intel добилась уменьшения до 22 нм, а в этом году ученые получили возможность создать плату с размером элемента 1 нанометр. Это очень сильно уменьшит энергопотребление без потерь производительности.

За последние годы потребление энергии процессорами x86 очень сильно уменьшилось, например, новые процессоры Intel Haswell могут работать дольше от батареи. Сейчас разница arm vs x86 постепенно стирается.

Тепловыделение

Количество транзисторов влияет еще на один параметр — это выделение тепла. Современные устройства не могут преобразовывать всю энергию в эффективное действие, часть ее рассеивается в виде тепла. КПД плат одинаковый, а значит чем меньше транзисторов и чем меньше их размер — тем меньше тепла будет выделять процессор. Тут уже не возникает вопрос ARM или x86 будет выделять меньше теплоты.

Производительность процессоров

ARM изначально не были заточены для максимальной производительности, это область преуспевания x86. Отчасти этому причина меньше количество транзисторов. Но в последнее время производительность ARM процессоров растет, и они уже могут полноценно использоваться в ноутбуках или на серверах.

Особенности процессоров NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell

Лицензируя ARM направо и налево, разработчики усиливали позиции своей архитектуры за счет компетенций партнеров. Классическим примером в данном случае можно считать NVIDIA Tegra. Эта линейка систем-на-чипе имеет в основе архитектуру ARM, но у NVIDIA уже были свои весьма серьезные наработки в области трехмерной графики и системной логики.

NVIDIA Tegra

ARM дает своим лицензиарам широкие полномочия по переработке архитектуры. Соответственно инженеры NVIDIA получили возможность совместить в Tegra сильные стороны ARM (вычисления CPU) и собственной продукции – работа с трехмерной графикой и т.д. В результате Tegra обладают высочайшей для своего класса процессоров производительностью в 3D. Они на 25-30% быстрее PowerVR, используемых Samsung и Texas Instruments, а также почти в два раза превосходят Adreno, разработку Qualcomm.

Другие производители процессоров на базе архитектуры ARM усиливают те или иные дополнительные блоки, совершенствуют чипы, чтобы добиться более высоких частот и производительности.

Qualcomm Snapdragon

Например, Qualcomm не использует референсный дизайн ARM. Инженеры компании серьезно переработали его и назвали Scorpio – именно он лежит в основе чипов Snapdragon. Отчасти дизайн был переработан с целью освоения более тонких техпроцессов, чем предусмотрено стандартным IP ARM. В результате первые Snapdragon выпускались по нормам 45 нм, что обеспечило им более высокие частоты. А новое поколение этих процессоров с заявленными 2.5 ГГц и вовсе может стать самым быстрым среди аналогов на базе ARM Cortex-A9. Также Qualcomm применяет собственное графическое ядро Adreno, созданное на базе разработок, приобретенных у AMD. Так что в некотором роде Snapdragon и Tegra – враги на генетическом уровне.

Samsung Hummingbird

Samsung при создании Hummingbird также пошла по пути оптимизации архитектуры. Корейцы совместно с компанией Intrinsity изменили логику, благодаря чему сократилось количество инструкций необходимых для выполнения некоторых операций. Таким образом удалось выиграть 5-10% производительности. Кроме того, был добавлен динамический кэш второго уровня и мультимедийное расширение ARM NEON. В качестве графического модуля корейцы использовали PowerVR SGX540.

Процессор OMAP 4 производства Texas Instruments

Texas Instruments в новых сериях OMAP на базе архитектуры ARM Cortex-A добавила специальный модуль IVA, ответственный за ускорение обработки изображений. Он позволяет быстрее обрабатывать данные, поступающие с сенсора встроенной камере. Кроме того, он подключен к ISP и содействует ускорению видео. В OMAP также применяется графика PowerVR.

Apple A4

Apple A4 обладает большим кэшем в 512 Кбайт, в нем используется графика PowerVR, а само ARM-ядро построено на базе варианта архитектуры, переработанного Samsung.

Apple A5

Двухъядерный Apple A5, дебютировавший в iPad 2 в начале 2011 года, базируется на архитектуре ARM Cortex-A9, также, как и в предыдущий раз оптимизированной Samsung. По сравнению с А4 новый чип обладает удвоенным объемом кэш-памяти второго уровня — его увеличили до 1 Мбайт. Процессор содержит двухканальный контроллер оперативной памяти, обладает улучшенным видеоблоком. В результате его производительность в некоторых задачах вдвое выше, чем у Apple A4.

Marvell предлагает чипы на базе собственной архитектуры Sheeva, которая при ближайшем рассмотрении оказывается гибридом XScale, некогда купленной у Intel, и ARM. Данные чипы обладают большим по сравнению с аналогами объемом кэш-памяти, снабжены специальным мультимедийным модулем.

Сейчас лицензиаты ARM производят только чипы на базе архитектуры ARM Cortex-A9. При этом, хотя она и позволяет создавать четырехъядерные варианты, NVIDIA, Apple, Texas Instruments и другие пока ограничиваются моделями с одним или двумя ядрами. Кроме того, чипы работают на частоте до 1.5 ГГц. Cortex-A9 позволяет делать двухгигагерцовые процессоры, но опять же производители не стремятся быстро наращивать частоты — ведь пока рынку хватит и двухъядерников на 1.5 ГГц.

По-настоящему многоядерными должны стать процессоры на базе Cortex-A15, но они если и анонсированы, то на бумаге. Их появления в кремнии стоит ожидать в следующем году.

Современные процессоры лицензиатов ARM на базе Cortex-A9:

Новый ARM на перепутье

В своей новой роли генерального директора, 27 ноября 1990 Робин официально создал компанию Advanced RISC Machines Ltd. (ARM). По заявлению Робина, целью новой компании было «повернуться к растущему рынку и атаковать его высокопроизводительными, малопотребляющими и дешевыми 32-разрядными микросхемами с RISC-архитектурой».

На тот момент Робину пришлось решать множество стратегических дилемм. Так, один из вариантов развития состоял в том, чтобы слить бизнес с полупроводниковой компанией, а затем выделить и возглавить новое подразделение с крупной финансовой поддержкой. Другой путь заключался в создании полупроводниковой компании, которая разрабатывала бы и поставляла на рынок микросхемы, в то время как их производство выполнялось бы на субподрядной основе. Возможно, ARM могла бы стала бы партнером Apple, чтобы стимулировать разработку всей новой продукции. Однако принятое в конечном итоге решение заключалось в разработке основных технологий с последующим их лицензированием в качестве интеллектуальной собственности (IP). Оригинальной мыслью для ARM, в данном случае, было создание «партнерской модели», посредством которой могли бы быть созданы глобальные стандарты. В последствии это развилось в модель лицензирования IP, используемую сегодня.

По мере развития полупроводниковой отрасли с 1960-х, игроки на этом поле становились все менее интегрированы по вертикали. Впервые это проявило себя, когда компании стали продавать собственные подразделения по изготовлению оборудования для полупроводникового производства. Fairchild, Motorola и Texas Instruments – все прошли этот путь. В 1980-х в Кремниевой долине зародился новый вид бизнеса – фаблесс-компании, т.е., компании без собственного производства. Они заключали субподрядные договоры на производство своей продукции в Японии и на Тайване. В 1990-х появилась новая модель маленьких инновационных компаний, создающих продукцию интеллектуальной собственности, которая превращалась в реальные изделия с помощью уже других компаний, занимающихся также ее продажей и представлением на рынке. И ARM была первооткрывателем этой модели.

Скрытый бизнес

В свое время Acorn не смогла противостоять сильному конкуренту Wintel. Теперь ситуация изменилась, монада перевернулась, как говорят философствующие китайцы. Сегодня именно Intel пытается адаптировать свои чипы под требования новых реалий, а Microsoft с трудом держится на плаву на мобильном рынке.

Еще в 2007-м в Intel решили отказаться от производства энергозатратных процессоров Pentium и перейти к созданию и продвижению экономных чипов линейки Core. Эти процессоры годились для использования в ноутбуках, но Intel потребовался еще год, чтобы создать собственную версию мобильного чипа Atom, подобного ARM.

В ARM осознают, что компания сейчас лидирует на рынке процессоров. В самом начале работы с процессорной технологией в ARM делалась ставка именно на низкое энергопотребление, это ее наследие, основа ее ДНК. Так считает глава подразделения стратегического маркетинга ARM Лоренс Брайант.

При этом у руководства ARM особенная линия продвижения такого востребованного товара. Процессорная технология рекламируется не за счет ее выдающихся особенностей, а за счет того, как с ней могут работать производители самих чипов. По мнению Эда Геммела, директора по маркетингу бренда, у архитектуры ARM есть два преимущества — это ее энергоэффективность и экосистема, в которой работают процессоры. В ARM не диктуют партнерам-производителям, что и как делать. Компания просто предлагает им лучшую технологию, а они сами решают, как оформлять ее в готовый продукт. Цель британской фирмы — создание обширной и разнообразной клиентской базы. Конкуренты ее пока так работать не готовы. При сотрудничестве с Intel, например, партнерам-производителям ПК достается готовый процессор, который им остается только встроить в систему. Здесь с инновациями развернуться просто негде.

В ARM же клиентам предлагают центральный процессорный элемент — ядро с набором инструкций. Многие используют его, как есть, добавляя нужные компоненты и собирая качественные «системы-на-чипе». А вот Apple готова доплатить за право адаптировать под свои нужды уже существующий дизайн, и ее подход отлично работает.

Становится понятно, что позиция ARM на рынке в сегодняшних условиях уникальна. Все пользуются ее наработками и дизайном, даже конкуренты в NVIDIA и Intel. Но между ними существует доверие, эти фирмы уверены, что напрямую ARM никогда не будет конкурировать с ними на рынке процессоров, мы вряд ли увидим в продаже ПК или мобильные гаджеты с собственным чипом ARM на борту. В компании уверены, что она не смогла бы работать, как сейчас, если бы ее партнеры не доверяли ей.

А вот еще один секрет успеха ARM, который обеспечивает сверхприбыли от ее бизнеса. Оказывается, практически все ее разработки «многоразовые», фирма продает их по нескольку раз. Так, технология, используемая в смартфоне, через несколько лет находит применение в маршрутизаторах, а для смартфонов создается новая, более современная. И за каждый вид применения ARM получает прибыли, даже продавая технологии, разработанные пару-тройку лет назад.

На будущее у ARM тоже есть грандиозные планы. Уже на данный момент компания поставляет процессорную технологию для большинства устройств помимо смартфонов. Британцы собираются создать мощные процессоры для серверов таких фирм как PayPal, здесь ARM сможет потягаться за рынок с Intel.

В компании также есть и подразделение, работающее с интернетом вещей. Так что в перспективе чипы на базе архитектуры ARM, вероятно, будут использоваться и в «умных» домашних приборах и технике. Все это британский разработчик планирует делать традиционно, в режиме инкогнито, чтобы как можно дольше оставаться незамеченным и при этом незаменимым.


iPhones.ru

В том числе и iPhone. Имя ARM, конечно же, на слуху у тех, кто хоть немного интересуется миром технологий, понимает, что такое процессор, зачем он нужен в современной технике — в мобильных гаджетах, да и в настольных ПК тоже. Но мало кто вникал и интересовался историей компании, которая стоит за созданием самых востребованных и качественных…

Модели процессоров

Наиболее доступными и наименее производительными в этом случае являются 1-ядерные чипы. Наибольшее распространение среди них получил МТ6571 от компании МедиаТек. На ступеньку выше находятся двухъядерные ЦПУ ARM Cortex A7 Dual Core. В качестве примера можно привести МТ6572 от все того же самого производителя. Еще больший уровень быстродействия обеспечивали Quad Core ARM Cortex A7. Наиболее популярным чипом из этого семейства является МТ6582, который сейчас даже можно встретить в мобильных гаджетах начального уровня. Ну а наибольший уровень быстродействия обеспечивали 8-ядерные центральные процессоры, к которым принадлежал МТ 6595.

Микро-бизнес

Вначале была компания Acorn Computers, которую еще иногда называют «британской Apple». Ее основали в Кембридже в 1978, именно на заре революции микрокомпьютеров. И как раз на компьютерную сферу сделали ставку ее создатели. Первый продукт фирмы получил название Acorn Systems 1. Это был стандартный для того времени вариант ПК, который продавался за £80 и предназначался для студентов. Состоял агрегат из небольшого монитора, клавиатуры и кассетного магнитофона (компакт-кассета с магнитной лентой использовалась до дискет). Компания выпустила несколько поколений такого компьютера – System 1, 2, 3 и 4, а также ориентированный на потребительский рынок вариант Acorn Atom. Однако настоящий прорыв ждал Acorn Computers в 1981-м, когда телерадиовещательная корпорация BBC задумала обучить массы компьютерной грамотности в серии своих специализированных программ. Именно новинка от Acorn, компьютер Proton, переименованный в BBC Micro, и стал символом новой эры. К 1984 году в 80% британских школ уже использовался хотя бы один такой ПК.

В Acorn поняли, что перед фирмой открываются большие перспективы, и ее руководство решило определиться с планами и вектором развития. Когда стало ясно, что графический интерфейс в ПК — это будущее компьютерной сферы, оказалось, что в первую очередь нужно решать вопрос со скоростью обработки данных. Все сводилось к необходимости создать мощный и эффективный чип, и у Acorn в этом направлении было два пути. Либо разрабатывать собственный процессор с нуля (непросто и долго), либо купить готовый для интеграции в новые ПК (не вариант, ведь чипы для Micro уже покупались на стороне, и их скорость не удовлетворяла требования Acorn).

Как вспоминает Стефан Фербер — в те времена главный инженер Acorn — решение пришло само собой в виде научной работы ребят из Беркли, что в Стенфорде, Калифорния. Фербер вместе с коллегой Софи Уилсон обнаружили, что исследователи из Стенфордского университета придумали новый вид процессорной архитектуры с сокращенным набором команд (RISC, или «reduced instruction set computing»). Авторы новой технологии — Дэвид Паттерсон и Карло Секуин — до сих пор работают в Беркли. А в здании университета в отделе компьютерных наук на стене красуется памятная табличка с их именами и благодарностью за вклад в развитие компьютерных технологий.

Решение, придуманное Паттерсоном и Секуин, оказалось революционным. По словам Фербера, их разработка была тем процессором, который создала пара выпускников Беркли всего за год, но который был вполне конкурентоспособным на рынке. В Acorn не могли упустить уникальную возможность. Так увидел свет первый компьютер на базе нового процессора Acorn Risc Machine, или ARM.

What do we mean by architecture?

When we use the term architecture, we mean a functional specification. In the case of the Arm architecture, we mean a functional specification for a processor. An architecture specifies how a processor will behave, such as what instructions it has and what the instructions do.

You can think of an architecture as a contract between the hardware and the software. The architecture describes what functionality the software can rely on the hardware to provide. Some features are optional, as we will discuss later in the section on micro-architecture.

The architecture specifies:

Instruction set
  • The function of each instruction.
  • How that instruction is represented in memory (its encoding).
Register set
  • How many registers there are.
  • The size of the registers.
  • The function of the registers.
  • Their initial state.
Exception model
  • The different levels of privilege.
  • The types of exceptions.
  • What happens on taking or returning from an exception.
Memory model
  • How memory accesses are ordered.
  • How the caches behave, when and how software must perform explicit maintenance.
Debug, trace, and profiling
  • How breakpoints are set and triggered.
  • What information can be captured by trace tools and in what format.

Особенности архитектуры ARM

Начать стоит, пожалуй, с того, что в процессорной архитектуре x86, которую сейчас используют компании Intel и AMD, применяется набор команд CISC (Complex Instruction Set Computer), хоть и не в чистом виде. Так, большое количество сложных по своей структуре команд, что долгое время было отличительной чертой CISC, сначала декодируются в простые, и только затем обрабатываются. Понятное дело, на всю эту цепочку действий уходит немало энергии.

Чип ARM1 – первенец компании Acorn Computers, который производился на фабриках VLSI

В качестве энергоэффективной альтернативы выступают чипы архитектуры ARM с набором команд RISC (Reduced Instruction Set Computer). Его преимущество в изначально небольшом наборе простых команд, которые обрабатываются с минимальными затратами. Как результат, сейчас на рынке потребительской электроники мирно (на самом деле, не очень мирно) уживаются две процессорные архитектуры – х86 и ARM, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Первым в истории устройством на базе процессора архитектуры ARM был персональный компьютер BBC Micro

Архитектура х86 позиционируется как более универсальная с точки зрения посильных ей задач, включая даже столь ресурсоемкие, как редактирование фотографий, музыки и видео, а также шифрование и сжатие данных. В свою очередь архитектура ARM «выезжает» за счет крайне низкого энергопотребления и в целом-то достаточной производительности для важнейших на сегодня целей: прорисовки веб-страниц и воспроизведения медиaконтента.

Архитектурные отличия процессоров x86 (набор команд CISC) и ARM (набор команд RISC)

Чем архитектура ARM отличается от x86

В течение многих лет ARM (первоначально Acorn RISC Machines, но теперь Advanced RISC Machines) находилась в центре современных микропроцессоров и встроенного дизайна. Сфокусировавшись на энергоэффективности и простом наборе инструкций, мобильные устройства, в частности, сильно выиграли от дизайна процессора. Это позволило очень быстро ускорить развитие мобильного рынка.

Но несколько лет назад Raspberry Pi дебютировал, получив Broadcom SoC, который включал ядро ​​ARM с тактовой частотой 700 МГц. Ядро ARM само по себе похвасталось низкой стоимостью и простотой.

Чем архитектура ARM отличается от x86

Со своей стороны, Intel, в основном, производила процессоры с высокой производительностью и высокой пропускной способностью, включая настольные ПК, ноутбуки, серверы и даже суперкомпьютеры. Но это уже не так, поскольку Intel охватывает рынок мобильных / маломощных компьютеров со многими мобильными процессорами, включая серию Intel Atom (один из основных процессоров, питающих Windows 10 планшеты).

У двух семейств процессоров есть много различий, включая их вычислительную мощность, энергопотребление, программное обеспечение и приложения. Давайте взглянем чем архитектура ARM отличается от x86 более подробно.

После прочтения обязательно ознакомьтесь с тем, про что мы еще писали: как можно установить Windows с помощью Android смартфона. Очень полезная информация для тех у кого много флешек, но, они все забиты важными файлами.

Architecture and micro-architecture

Architecture does not tell you how a processor is built and actually works. The build and design of a processor is referred to as micro-architecture. Micro-architecture tells you how a particular processor works.

Micro-architecture includes things like:

  • Pipeline length and layout.
  • Number and sizes of caches.
  • Cycle counts for individual instructions.
  • Which optional features are implemented.

For example, Cortex-A53 and Cortex-A72 are both implementations of the Armv8-A architecture. This means that they have the same architecture, but they have very different micro-architectures, as shown in the following image:

 

Target

Optimized for power efficiency Optimized for performance
Pipeline 8 stages
In-order
15+ stages
Out-of-order
Caches L1 I cache: 8KB — 64KB
L1 D cache: 8KB — 64KB
L2 cache: optional, up to 2MB
L1 I cache: 48KB fixed
L1 D cache: 32KB fixed 
L2 cache: mandatory, up to 2MB

RISC-ованный бизнес

Руководство Acorn поначалу переживало о коммерческом успехе всего предприятия, но эти страхи оказались необоснованными. Бизнес развивался, и вскоре Acorn Computers заполучила свою крутейшую сделку: в 1990-м британцы стали партнерами Apple в создании процессора для карманного компьютера Newton. Новая фирма, сформированная в партнерстве с Apple, получила название ARM. Соответственно, и компьютеры на базе чипа с новой архитектурой также стали именоваться ARM — Advanced Risc Machine.

Дизайн RISC оказался для Newton идеальным решением. Именно особенности RISC-процессоров давали шанс на жизнь маломощным компьютерам (а в перспективе, лет этак через 20 — смартфонам). С другой стороны, компьютерный бизнес Acorn начал рушиться. У британцев появился сильный конкурент в лице Microsoft, чье партнерство с Intel на тот момент не оставляло шансов другим производителям. Тандем Wintel (Windows и Intel) стал настоящим монополистом. У компьютеров Acorn не было шансов, ОС Windows не работала на системах с процессором ARM. А у руководства Acorn не хватало влияния, чтобы привлечь на свою сторону разработчиков, которые могли бы работать именно на ее платформе.

За стремление усовершенствовать свой процессор Acorn поплатилась долей компьютерного рынка, и вскоре судьбы ARM и собственно Acorn Computers разошлись. Но британская компания не опустила руки и затеяла непростую гонку на выживание, растянувшуюся на десятилетие. Ее инженеры пытались создать электронный ридер с сенсорным дисплеем NewsPad, новые версии домашних компьютеров вроде Electron и NetStation, а также все еще сотрудничали с Apple в поставке ПК в британские школы. Но большого успеха Acorn достичь так и не удалось, и в 1999-м после переименования в Element 14 ее выкупила некая частная инвестиционная фирма.

Этот же период для подразделения ARM стал действительно решающим, хотя фирма пропала из поля зрения прессы, и о ее работе мало кто знал. В преддверии мобильной революции разработка энергоэффективных процессоров пришлась как нельзя кстати. Вначале новые чипы от ARM использовались в первых сотовых телефонах. В 2007 году британцы возобновили партнерство с Apple, когда компания из Купертино представила свой первый iPhone. В нем использовался процессор от Samsung, созданный по технологии ARM. Да и в последующих моделях iPhone чип на базе архитектуры ARM остается неизменным компонентом, как и в других смартфонах на рынке.

Современные поколения чипов

Все более-менее новые чипы архитектуры ARM принадлежат к семейству ARMv7, флагманские представители которого уже достигли отметки в восемь ядер и тактовой частоты свыше 2 ГГц. Разработанные непосредственно ARM Limited процессорные ядра принадлежат к линейке Cortex и большинство производителей однокристальных систем используют их без существенных изменений. Лишь компании Qualcomm и Apple создали собственные модификации на основе ARMv7 – первая назвала свои творения Scorpion и Krait, а вторая – Swift.

Чип Apple A6 (ядро Swift) – первая попытка Купертино собственноручно модифицировать архитектуру ARMv7

ARM Cortex-A8. Исторически первым процессорным ядром семейства ARMv7 было Cortex-A8, которое легло в основу таких известных SoC своего времени как Apple A4 (iPhone 4 и iPad) и Samsung Hummingbird (Samsung Galaxy S и Galaxy Tab). Оно демонстрирует примерно вдвое более высокую производительность по сравнению с предшествующим ARM11. К тому же, ядро Cortex-A8 получило сопроцессор NEON для обработки видео высокого разрешения и поддержку плагина Adobe Flash.

Правда, все это негативно сказалось на энергопотреблении Cortex-A8, которое значительно выше чем у ARM11. Несмотря на то, что чипы ARM Cortex-A8 до сих пор применяются в бюджетных планшетниках (однокристальная система Allwiner Boxchip A10), их дни пребывания на рынке, по всей видимости, сочтены.

Однокристальная система TI OMAP 3 – представитель некогда популярного, но сейчас уже угасающего поколения ARM Cortex-A8

ARM Cortex-A9. Вслед за Cortex-A8 компания ARM Limited представила новое поколение чипов – Cortex-A9, которое сейчас является самым распространенным и занимает среднюю ценовую нишу. Производительность ядер Cortex-A9 выросла примерно втрое по сравнению с Cortex-A8, да еще и появилась возможность объединять их по два или даже четыре на одном чипе.

Сопроцессор NEON стал уже необязательным: компания NVIDIA в своей однокристальной системе Tegra 2 его упразднила, решив освободить побольше места для графического ускорителя. Правда, ничего хорошего из этого не вышло, ведь большинство приложений-видеопроигрывателей все равно ориентировались на проверенный временем NEON.

Почти все флагманские планшетные компьютеры образца 2011 года были построены на базе чипа NVIDIA Tegra 2

Именно во времена «царствования» Cortex-A9 появились первые реализации предложенной ARM Limited концепции big.LITTLE, согласно которой однокристальные системы должны иметь одновременно мощные и слабые, но энергоэффективные процессорные ядра. Первой реализацией концепции big.LITTLE стала система-на-чипе NVIDIA Tegra 3 с четырьмя ядрами Cortex-A9 (до 1,7 ГГц) и пятым энергоэффективным ядром-компаньоном (500 МГц) для выполнения простеньких фоновых задач.

ARM Cortex-A5 и Cortex-A7. При проектировании процессорных ядер Cortex-A5 и Cortex-A7 компания ARM Limited преследовала одно и ту же цель – добиться компромисса между минимальным энергопотреблением ARM11 и приемлемым быстродействием Cortex-A8. Не забыли и про возможность объединения ядер по два-четыре – многоядерные чипы Cortex-A5 и Cortex-A7 мало-помалу появляются в продаже (Qualcomm MSM8625 и MTK 6589).

Схема строения однокристальной системы c четырьмя ядрами ARM Cortex-A5

ARM Cortex-A15. Процессорные ядра Cortex-A15 стали логическим продолжением Cortex-A9 – как результат, чипам архитектуры ARM впервые в истории удалось примерно сравниться по быстродействию с Intel Atom, а это уже большой успех. Не зря ведь компания Canonical в системных требования к версии ОС Ubuntu Touch с полноценной многозадачностью указала двухъядерный процессор ARM Cortex-A15 или аналогичный Intel Atom.

Первой массовой однокристальной системой Cortex-A15 стала двухъядерная Exynos 5250, которая применяется в планшетнике Google Nexus 10 и лэптопе Samsung Chromebook

Очень скоро в продажу поступят многочисленные гаджеты на базе NVIDIA Tegra 4 с четырьмя ядрами ARM Cortex-A15 и пятым ядром-компаньоном Cortex-A7. Вслед за NVIDIA концепцию big.LITTLE подхватила компания Samsung: «сердцем» смартфона Galaxy S4 стал чип Exynos 5 Octa с четырьмя ядрами Cortex-A15 и таким же количеством энергоэффективных ядер Cortex-A7.

Схема однокристальной системы big.LITTLE с процессорными ядрами ARM Cortex-A15 (big) и Cortex-A7 (LITTLE)

NVIDIA (Санта-Клара, Калифорния, США)

Tegra 2. История ARM-процессоров компании NVIDIA тянется еще с чипа Tegra первого поколения (архитектура ARM11), который смог засветиться разве что в плеере Microsoft Zune HD. Настоящую же славу именитому производителю видеокарт на новом для него рынке принес двухъядерный мобильный процессор Tegra 2. Чуть ли не все брендовые 10-дюймовые планшеты образца 2011 года основывались на этом чипе: Acer Iconia Tab A500, ASUS Eee Pad Transformer TF101, Motorola XOOM, Samsung Galaxy Tab 10.1 и др.

Несмотря на архитектуру ARM Cortex-A9 инженеры NVIDIA все же «покопались» внутри Tegra 2 и убрали из него видеодекодер NEON, чтобы уместить графический ускоритель помощнее (GeForce UPL c 4 ядрами). В результате Tegra 2 и правда неплохо «ворочал» трехмерные игры, но напрочь отказывался воспроизводить FullHD-видео. Спустя два года, устройства на базе NVIDIA Tegra 2 все еще можно встретить в розничной продаже, например смартфон ZTE Mimosa X и планшет Acer Iconia Tab A200.

Tegra 3. Вышедший в 2012 году чип NVIDIA Tegra 3 (графика GeForce UPL с 12 ядрами) повторил успех предшественника на рынке планшетов. Поспособствовал этому в первую очередь 200-долларовый планшет Google Nexus 7. Да и сам процессор Tegra 3 оказался весьма интересным: помимо четырех ядер ARM Cortex-A9 (до 1,7 ГГц) в нем предусмотрено дополнительное энергоэффективное ядро (500 МГц) для решения простых задач.

Помимо Nexus 7 встретить NVIDIA Tegra 3 можно в смартфонах HTC One X и LG Optimus 4X HD, а также Android-планшетах Lenovo IdeaTab A2109, ASUS Transformer Pad TF300T и TF700, Acer Iconia Tab A510 и A700. Поддерживается чип NVIDIA и операционной системой Windows RT – на его основе построены планшеты-трансформеры Microsoft Surface и Lenovo IdeaPad Yoga 11.

Tegra 4. 2013 год у NVIDIA проходит под знаменем Tegra 4, причем новых процессоров выйдет сразу два: мощный для планшетов и энергоэффективный для смартфонов. Так, планшетная модификация Tegra 4 получит четыре ядра Cortex-A15, дополнительное энергоэффективное ядро и графику GeForce ULP с аж 72 ядрами. Основываться на базе Tegra 4 будут планшеты-трансформеры ASUS Transformer Pad Infinity и HP SlateBook x2, а также портативная игровая консоль NVIDIA Shield.

В качестве основы для смартфонов компания NVIDIA предлагает использовать энергоэффективный чип Tegra 4i. Он обладает четырьмя ядрами ARM Cortex-A9 R4 с частотой до 2,3 ГГц, графическим ускорителем GeForce ULP с урезанным до 60 количеством шейдеров и, что особенно интересно, LTE-модемом Icera i500. Основой Tegra 4i пока стал лишь для показанного на выставке MWC 2013 эталонного смартфона NVIDIA Pheonix. Также поговаривают о смартфонах HTC и ZTE.

Программные особенности

Три вида операционных систем нацелено на процессоры ARM:

  • Android от поискового гиганта

  • iOS от APPLE.

  • Windows Mobile от «Майкрософт».

Все остальное системное программное обеспечение пока не получило большого распространения. Наибольшую долю на рынке такого софта, как не сложно догадаться, занимает именно Android. Эта система имеет простой и понятный интерфейс и устройства на ее основе начального уровня являются очень и очень доступными. До версии 4.4 включительно она была 32-битной, а с 5.0 стала поддерживать 64-разрядные вычисления. Эта ОС успешно функционирует на любом семействе ЦПУ архитектуры RISC, в том числе и ARM Cortex A7. Инженерное меню — это еще одна важная особенность данного системного софта. С ее помощью можно существенно перенастроить возможности ОС. Доступ же к этому меню можно получить с помощью кода, который для каждой модели ЦПУ индивидуален.

Еще она важная особенность этой ОС — установка всех возможных обновлений автоматически. Поэтому даже новые возможности могут появиться на чипах семейства ARM Cortex A7. Прошивка их может добавить. Вторая система нацелена на мобильные гаджеты компании APPLE. Такие устройства в основном занимают премиум — сегмент и имеют соответствующие уровни быстродействия и стоимость. Последняя ОС в лице Windows Mobile пока не получила большого распространения. Устройства на ее основе есть в любом сегменте мобильны гаджетов, но вот малое количество прикладного софта в данном случае является сдерживающим фактором для ее распространения.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий