Відповідь - для програм з підвищеною функціональною безпекою. за Крайній міріядра ARM Cortex-R у високопродуктивних «реальночасових» мікроконтролерах компанії Texas Instrumentsдля цього і використовуються.

Хоча процесори Cortex-Rпрактично повністю сумісні з процесорами Cortex-A і Cortex-M щодо набору інструкцій, все-таки між ними є суттєві відмінності. Зокрема, ядро ​​Cortex-R характеризується більш високою продуктивністю порівняно з Cortex-M, і в той же час воно може виконувати детерміновані операції, чого важко досягти процесорах додатків Cortex-A. Так що з точки зору продуктивності Cortex-R розташовується між Cortex-M і Cortex-A, але в той же час може застосовуватися як мікроконтролерів, так і в процесорах.

Ядро Cortex-R побудоване за гарвардською архітектурою та забезпечує високу тактову частоту завдяки 8-ступінчастому конвеєру та суперскалярному виконанню інструкцій. Апаратні SIMD-інструкції дозволяють здійснювати високопродуктивну цифрову обробкусигналів та роботу з медіа-даними. Крім того, Cortex-M характеризується такими збільшуючими продуктивність особливостями, як блок передвиборки інструкцій, блок передбачення розгалужень та апаратний дільник. Такі архітектурні компоненти допомагають процесорам Cortex-R4 та Cortex-R5 досягти високих показниківпродуктивності DMIPS/МГц. Іншою цікавою особливістю ядра Cortex-R є те, що конвеєр операцій з плаваючою точкою, сумісний із стандартом IEEE-754, підтримує формати як одинарної точності (32 біти), так і подвійної точності (64 біти), і працює паралельно з конвеєром операцій над числами із фіксованою точкою.

Завдяки тісно пов'язаній із процесором пам'яті з малою затримкою відгуки на події реального часу відбуваються максимально швидко, також максимально швидко виконується обробка переривань. Ці можливості, а також висока продуктивністьі детермінізм ядра Cortex-R дозволяють відповідати вимогам додатків реального часу, для яких також необхідна функціональна безпека.

Якщо ви працюєте в галузі, пов'язаної із забезпеченням безпеки та надійності пристроїв, то, напевно, чули про функціональну безпеку програмованих електронних компонентів, і в першу чергу на думку може спасти стандарт IEC 61508. Це основний міжнародний стандарт безпеки, що існує близько 20 років і дотримується у багатьох галузях. Функціональна безпека передбачається на транспорті (аерокосмічна, залізнична та автомобільна галузі), у промисловості, медицині, відновлюваній енергетиці та інших областях. У цих галузях або було розроблено власні стандарти безпеки, або адаптовано міжнародні стандарти, наприклад, IEC 61508. Особливо слід зазначити, що у 2012 році в автомобільній промисловості було затверджено власний стандарт функціональної безпеки ISO 26262.

Так, чим же гарний Cortex-R щодо функціональної безпеки? Насамперед унікальними конфігураційними особливостями, що дозволяють здійснювати корекцію помилок. Ці особливості є опціями, які компанія ARM вбудувала прямо в ядро, і які включають функції виявлення та виправлення помилок, що захищають шини та системи пам'яті першого рівня, користувальницький та привілейований режими роботи програмного забезпеченняз блоком захисту пам'яті (MPU) та підтримку конфігурації dual-core Lock Step (DCLS).

Що ж таке DCLS і навіщо воно потрібне? Якщо ви інженер-програміст і працюєте над проектом, що передбачає надійну та безпечну роботу пристрою, то DCLS зробить ваше життя набагато простіше. Це особливо корисно, якщо ви використовуєте два мікроконтролери або два незалежні ядра для діагностики помилок в одному ядрі.

Працюючи з незалежним ядром є пара специфічних проблем. По-перше, вам потрібно писати «зайвий» код для кожного мікроконтролера, який моніторитиме інший мікроконтролер. По-друге, тепер вам потрібно зробити цей код основною частиною вашого модуля системної безпеки, це означає, що ви повинні в кожному рядку цього коду передбачити надійність та безпеку подальшої роботи. Завдяки DCLS цей «зайвий» код, а також необхідність його убезпечити відходять у минуле. Звичайно, розробнику все одно доведеться написати багато рядків пов'язаного з безпекою коду, але даний механізмвсе ж таки дозволяє полегшити йому життя.

Для простоти розуміння механізм DCLS можна як поєднання основного процесора і перевірочного модуля. З погляду програміста програмування такої системи не відрізнятиметься від програмування звичайного одноядерного мікроконтролера. Друге ядро, тобто перевірочний модуль, поряд з логікою порівняння виконує роботу описаного вище зайвого коду, а також багато чого ще. Логіка порівняння може виявити помилку за кілька циклів процесора у той час, як дискретне ядро ​​може витратити на це сотні або навіть тисячі циклів. Тому DCLS набагато швидше у справі виявлення помилок і може заощадити дорогоцінний час розробки надійного коду.

Переважна більшість сучасних гаджетіввикористовують процесори на архітектурі ARM, розробкою якої займається однойменна компанія ARM Limited. Що цікаво, компанія сама не виробляє процесори, лише ліцензує свої технології для сторонніх виробників чіпів. Крім цього компанія також розробляє процесорні ядра Cortex і графічні прискорювачі Mali, яких ми обов'язково торкнемося в цьому матеріалі.

ARM Limited

Компанія ARM фактично є монополістом у своїй галузі, і переважна більшість сучасних смартфонів і планшетів на різних мобільних операційних системах використовують процесори саме на архітектурі ARM. Виробники чіпів ліцензують у ARM окремі ядра, набори інструкцій та супутні технології, причому вартість ліцензій значно різниться залежно від типу процесорних ядер (це можуть бути як малопотужні бюджетні рішення, так і ультрасучасні чотириядерні і навіть восьмиядерні чіпи). додаткових компонентів. Річний звіт про прибуток ARM Limited за 2006 рік показав виручку в 161 мільйон доларів за ліцензування близько 2,5 мільярда процесорів (у 2011 році цей показник становив уже 7,9 млрд), що означає приблизно 0,067 доларів за один чіп. Втім, з озвученої вище причини, це дуже усереднений показник через різницю в цінах на різні ліцензії, і з того часу прибуток компанії мав вирости багаторазово.

В даний час ARM-процесори мають дуже широке поширення. Чіпи на цій архітектурі використовуються всюди, аж до серверів, але найчастіше ARM можна зустріти у вбудованих і мобільних системахпочинаючи з контролерів для жорстких дисків і закінчуючи сучасними смартфонами, планшетами та іншими гаджетами.

Ядра Cortex

ARM розробляє кілька сімейств ядер, які використовуються для різних завдань. Наприклад, процесори, засновані на Cortex-Mx і Cortex-Rx (де "х" - цифра або число, що позначає точний номер ядра) використовуються у системах, що вбудовуються, і навіть побутових пристроях, наприклад, роутерах або принтерах.

Детально на них ми зупинятися не будемо, адже нас насамперед цікавить сімейство Cortex-Ax — чіпи з такими ядрами використовуються в найбільш продуктивних пристроях, у тому числі смартфонах, планшетах та ігрових консолях. ARM постійно працює над новими ядрами з лінійки Cortex-Ax, але на момент написання цієї статті у смартфонах використовуються такі:

Чим більша цифра — тим вища продуктивність процесора і, відповідно, дорожчий клас пристроїв, у яких він використовується. Втім, варто відзначити, що це правило дотримується не завжди: наприклад, чіпи на ядрах Cortex-A7 мають більшу продуктивність, ніж Cortex-A8. Тим не менш, якщо процесори на Cortex-A5 вже вважаються чи не застарілими і майже не використовуються в сучасних пристроях, то CPU на Cortex-A15 можна знайти у флагманських комунікаторах та планшетах. Нещодавно ARM офіційно оголосила про створення нових, потужніших і, водночас, енергоефективних ядер Cortex-A53 і Cortex-A57, які будуть об'єднані на одному чіпі із застосуванням технології ARM big.LITTLE і підтримувати набір команд ARMv8 (“версію архітектури”) , але нині вони застосовуються у масових споживчих пристроях. Більшість чіпів з ядрами Cortex можуть бути багатоядерними, і в сучасних топових смартфонах повсюдне поширення набули чотириядерні процесори.

Великі виробники смартфонів та планшетів зазвичай використовують процесори відомих чіпмейкерів на зразок Qualcomm або власні рішення, які вже встигли стати досить популярними (наприклад, Samsung та її сімейство чіпсетів Exynos), але серед технічних характеристикгаджетів більшості невеликих компанійнайчастіше можна зустріти опис на кшталт “процесор на Cortex-A7 із тактовою частотою 1 ГГц” або “двоядерний Cortex-A7 із частотою 1 ГГц”, який звичайному користувачевінічого не скаже. Щоб розібратися, у чому полягають відмінності таких ядер між собою, зупинимося на основних.

Ядро Cortex-A5 використовуються в недорогих процесорах для найбільш бюджетних пристроїв. Такі пристрої призначені тільки для виконання обмеженого кола завдань і запуску простих програм, але зовсім не розраховані на ресурсомісткі програми і, тим більше, ігри. Як приклад гаджета із процесором на Cortex-A5 можна назвати Highscreen Blast, який отримав чіп Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225, що містить два ядра Cortex-A5 з тактовою частотою 1,2 ГГц.

Процесори на Cortex-A7 більш потужні, ніж чіпи Cortex-A5, а крім того, більш поширені. Такі чіпи виконуються за 28-нанометровим техпроцесом і мають великий кеш другого рівня до 4 мегабайт. Ядра Cortex-A7 зустрічаються, переважно, в бюджетних смартфонахі недорогих пристроях середнього сегмента на кшталт iconBIT Mercury Quad, а також, як виняток, у Samsung Galaxy S IV GT-i9500 з процесором Exynos 5 Octa – цей чіпсет при виконанні невибагливих завдань використовує енергозберігаючий чотириядерний процесордля Cortex-A7.

Ядро Cortex-A8 не так поширене, як його "сусіди", Cortex-A7 і Cortex-A9, але все ж таки використовується в різних гаджетах початкового рівня. Робоча тактова частота чіпів на Cortex-A8 може становити від 600 МГц до 1 ГГц, але іноді виробники розганяють процесори і більше високих частот. Особливістю ядра Cortex-A8 є відсутність підтримки багатоядерних конфігурацій (тобто процесори на цих ядрах можуть бути тільки одноядерними), а виконуються вони за 65-нанометровим техпроцесом, який вже вважається застарілим.

Сortex-A9

Ще кілька років тому ядра Cortex-A9 вважалися топовим рішенням і використовувалися як у традиційних одноядерних, так і потужніших двоядерних чіпах, наприклад Nvidia Tegra 2 і Texas Instruments OMAP4. В даний час процесори на Cortex-A9, виконані за 40-нанометровим техпроцесом, не втрачають популярність і використовуються в багатьох смартфонах середнього сегменту. Робоча частота таких процесорів може становити від 1 до 2 і більше гігагерц, але вона обмежується 1,2-1,5 ГГц.

У червні 2013 року компанія ARM офіційно представила ядро ​​Cortex-A12, яке виконується за новим 28-нанометровим техпроцесом і покликане замінити ядра Cortex-A9 у смартфонах середнього сегменту. Розробник обіцяє збільшення продуктивності на 40% у порівнянні з Cortex-A9, а крім того, ядра Cortex-A12 зможуть брати участь в архітектурі ARM big.LITTLE як продуктивні разом з енергозберігаючими Cortex-A7, що дозволить виробникам створювати недорогі восьмиядерні чіпи. Правда, на момент написання статті все це тільки в планах, і масове виробництво чипів на Cortex-A12 ще не налагоджено, хоча компанія RockChip вже оголосила про свій намір випустити чотириядерний процесор на Cortex-A12 із частотою 1,8 ГГц.

На 2013 рік ядро ​​Cortex-A15 та його похідні є топовим рішенням і використовується у чіпах флагманських комунікаторів різних виробників. Серед нових процесорів, виконаних за 28-нм техпроцесом і заснованих на Cortex-A15 - Samsung Exynos 5 Octa та Nvidia Tegra 4, а також це ядро ​​нерідко виступає платформою для модифікацій інших виробників. Наприклад, останній процесор Apple A6X використовує ядра Swift, які є модифікацією Cortex-A15. Чіпи на Cortex-A15 здатні працювати на частоті 1,5-2,5 ГГц, а підтримка множини стандартів сторонніх компаній і можливість адресувати до 1 ТБ фізичної пам'ятіуможливлює застосування таких процесорів в комп'ютерах (як тут не згадати міні-комп'ютер розміром з банківську картку Raspberry Pi).

Cortex-A50 series

У першій половині 2013 року ARM представила нову лінійкучіпів, яка одержала назву Cortex-A50 series. Ядра цієї лінійки будуть виконані по нової версіїархітектури, ARMv8, та підтримувати нові набори команд, а також стануть 64-бітними. Перехід на нову розрядність вимагатиме оптимізації мобільних операційних систем та додатків, але, зрозуміло, збережеться підтримка десятків тисяч 32-бітових додатків. Першою на 64-бітну архітектуру перейшла компанія Apple. Останні пристрої компанії, наприклад, iPhone 5S, працюють саме на такому ARM-процесорі Apple A7. Примітно, що він не використовує ядра Cortex – вони замінені на власні ядравиробника за назвою Swift. Однією з очевидних причин необхідності переходу до 64-бітових процесорів є підтримка понад 4 ГБ оперативної пам'яті, а, крім того, можливість оперувати при обчисленні набагато великими числами. Звичайно, поки що це актуально, насамперед, для серверів та ПК, але ми не здивуємося, якщо через кілька років на ринку з'являться смартфони та планшети з таким обсягом ОЗУ. На сьогоднішній день про плани випуску чіпів на новій архітектурі та смартфонів з їх використанням нічого не відомо, але, ймовірно, саме такі процесори і отримають флагмани в 2014 році, про що вже заявила компанія Samsung.

Відкриває серію ядро ​​Cortex-A53, яке буде прямим спадкоємцем Cortex-A9. Процесори на Cortex-A53 помітно перевершують чіпи на Cortex-A9 у продуктивності, але при цьому зберігається низьке енергоспоживання. Такі процесори можуть бути використані як поодинці, так і в конфігурації ARM big.LITTLE, об'єднані на одному чіпсеті з процесором на Cortex-A57

Perfomance Cortex-A53, Cortex-A57

Процесори на Cortex-A57, які будуть виконані за 20-нанометровим техпроцесом, повинні стати найпотужнішими ARM-процесорами в найближчому майбутньому. Нове ядро ​​значно перевершує свого попередника, Cortex-A15 різним параметрампродуктивності (порівняння ви можете бачити вище), і, за словами ARM, яка всерйоз націлена на ринок ПК, стане вигідним рішенням для звичайних комп'ютерів(включаючи лептопи), а не лише мобільних пристроїв.

ARM big.LITTLE

Як високотехнологічне вирішення проблеми енергоспоживання сучасних процесорів ARM пропонує технологію big.LITTLE, суть якої полягає в об'єднанні на одному чіпі ядер різних типів, як правило, однакової кількості енергозберігаючих та високопродуктивних.

Існує три схеми роботи ядер різного типуна одному чіпі: big.LITTLE (міграція між кластерами), big.LITTLE IKS (міграція між ядрами) та big.LITTLE MP (гетерогенний мультипроцесинг).

big.LITTLE (міграція між кластерами)

Першим чіпсетом на архітектурі ARM big.LITTLE став процесор Samsung Exynos 5 Octa. У ньому використовується оригінальна схема big.LITTLE “4+4”, що означає об'єднання у два кластери (звідси і назва схеми) на одному кристалі чотирьох високопродуктивних ядер Cortex-A15 для ресурсоємних додатків та ігор та чотирьох енергозберігаючих ядер Cortex-A7 для повсякденної роботи з більшістю програм, причому одночасно можуть працювати ядра лише одного типу. Перемикання між групами ядер відбувається практично миттєво і непомітно для користувача повністю автоматичному режимі.

big.LITTLE IKS (міграція між ядрами)

Більш складна реалізація архітектури big.LITTLE — об'єднання кількох реальних ядер (як правило двох) в одне віртуальне кероване ядром операційної системи, яке вирішує, які задіяти ядра — енергоефективні чи продуктивні. Зрозуміло, віртуальних ядертакож кілька — на ілюстрації наведено приклад схеми IKS, де у кожному з чотирьох віртуальнихядер знаходяться по одному ядру Cortex-A7 та Cortex-A15.

big.LITTLE MP (гетерогенний мультипроцесинг)

Схема big.LITTLE MP є найбільш "просунутою" - у ній кожне ядро ​​є незалежним і може включатися ядром ОС за потребою. Це означає, що якщо використовуються чотири ядра Cortex-A7 і стільки ж ядер Cortex-A15, у чіпсеті, побудованому на архітектурі ARM big.LITTLE MP, зможуть працювати одночасно всі 8 ядер, навіть незважаючи на те, що вони різних типів. Одним з перших процесорів такого типу став восьмиядерний чіп компанії Mediatek - MT6592, який може працювати на тактовій частоті 2 ГГц, а також записувати та відтворювати відео в роздільній здатності UltraHD.

Майбутнє

За наявною зараз інформацією, найближчим часом ARM спільно з іншими компаніями планує налагодити випуск big.LITTLE чіпів наступного покоління, які будуть використовувати нові ядра Cortex-A53 і Cortex-A57. Крім того, бюджетні процесорина ARM big.LITTLE збирається випускати китайський виробник MediaTek, які будуть працювати за схемою "2+2", тобто використовувати дві групи по два ядра.

Графічні прискорювачі Mali

Крім процесорів, ARM також розробляє графічні прискорювачі сімейства Mali. Подібно до процесорів, графічні прискорювачі характеризуються безліччю параметрів, наприклад, рівнем згладжування, інтерфейсом шини, кешем (надшвидка пам'ять, що використовується для підвищення швидкості роботи) і кількістю "графічних ядер" (хоча, як ми писали в минулій статті, цей показник, незважаючи на схожість терміном, що використовується при описі CPU, практично не впливає продуктивність при порівнянні двох GPU).

Першим графічним прискорювачем ARM став Mali 55, який нині не використовується. сенсорний телефон LG Renoir (так-так, звичайнісінькому стільниковий телефон). GPU не використовувався в іграх - тільки для малювання інтерфейсу, і мав примітивні за нинішніми мірками характеристики, але саме він став "родоначальником" серії Mali.

З того часу прогрес ступив далеко вперед, і зараз чимале значення мають підтримувані API та ігрові стандарти. Наприклад, підтримка OpenGL ES 3.0 зараз заявлена ​​тільки в найпотужніших процесорах на кшталт Qualcomm Snapdragon 600 і 800, а якщо говорити про продукцію ARM, то стандарт підтримують такі прискорювачі, як Mali-T604 (саме він став першим графічним процесором ARM, виконаним на новій мікроархітектурі Midgard), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 та деякі інші близькі до них за характеристиками чіпи. Той чи інший GPU, як правило, тісно пов'язаний з ядром, але, тим не менш, вказується окремо, а значить, якщо вам важлива якість графіки в іграх, то має сенс подивитися на назву прискорювача в специфікаціях смартфона або планшета.

Є у ARM у лінійці і графічні прискорювачі для смартфонів середнього сегмента, найбільш поширеними серед яких є Mali-400 MP та Mali-450 MP, які відрізняються від своїх старших братів порівняно невеликою продуктивністю та обмеженим набором API та підтримуваних стандартів. Незважаючи на це, зазначені GPU продовжують використовуватися в нових смартфонах, наприклад, Zopo ZP998, який отримав графічний прискорювач Mali-450 MP4 (покращену модифікацію Mali-450 MP) до восьмиядерного процесора MTK6592.

Імовірно, наприкінці 2014 року мають з'явитися смартфони з найновішими графічними прискорювачами ARM: Mali-T720, Mali-T760 та Mali-T760 MP, які були представлені у жовтні 2013 року. Mali-T720 має стати новим GPU для недорогих смартфонів та першим графічним процесором цього сегмента з підтримкою Open GL ES 3.0. Mali-T760, у свою чергу, стане одним з найбільш потужних мобільних графічних прискорювачів: за заявленими характеристиками, GPU має 16 обчислювальних ядер і має воістину величезну обчислювальну потужність, 326 Гфлопс, але, в той же час, у чотири рази меншим енергоспоживанням, ніж згаданий вище Mali-T604.

Роль CPU та GPU від ARM на ринку

Незважаючи на те, що компанія ARM є автором і розробником однойменної архітектури, яка, повторимося, зараз використовується в переважній більшості мобільних процесорів, її рішення у вигляді ядер та графічних прискорювачів не користуються популярністю великих виробниківсмартфонів. Наприклад, справедливо вважається, що флагманські комунікатори на Android OS повинні мати процесор Snapdragonз ядрами Krait і графічний прискорювач Adreno від Qualcomm, чіпсети цієї компанії використовуються в смартфонах на Windows Phone, А деякі виробники гаджетів, наприклад, Apple, розробляють власні ядра. Чому ж нині склалася саме така ситуація?

Можливо, частина причин може лежати глибше, але одна з них – відсутність чіткого позиціонування CPU та GPU від ARM серед продуктів інших компаній, внаслідок чого розробки компанії сприймаються як базові компоненти для використання у пристроях B-брендів. недорогих смартфонахта створення на їх основі більш зрілих рішень. Наприклад, компанія Qualcomm майже на кожній своїй презентації повторює, що однією з її головних цілей при створенні нових процесорів є зменшення енергоспоживання, а її ядра Krait, будучи доопрацьованими ядрами Cortex, стабільно показують вищі результати продуктивності. Аналогічне твердження справедливе і для чіпсетів Nvidia, які орієнтовані на ігри, а щодо процесорів Exynos від Samsung і A-серії від Apple, то вони мають свій ринок за рахунок установки в смартфони цих же компаній.

Вищесказане зовсім не означає, що розробки ARM значно гірше процесоріві ядер сторонніх компаній, але конкуренція на ринку зрештою йде покупцям смартфонів тільки на користь. Можна сказати, що ARM пропонує деякі заготівлі, купуючи ліцензію на які, виробники можуть вже самостійно їх доопрацювати.

Висновок

Мікропроцесори на архітектурі ARM успішно завоювали ринок мобільних пристроїв завдяки низькому енергоспоживання та порівняно великому. обчислювальної потужності. Раніше з ARM конкурували інші RISC-архітектури, наприклад, MIPS, але зараз у неї залишився лише один серйозний конкурент. компанія Intelз архітектурою x86, яка, до речі, хоч і активно бореться за свою частку ринку, поки не сприймається ні споживачами, ні більшістю виробників серйозно, особливо за фактичної відсутності флагманів на ній (Lenovo K900 зараз уже не може конкурувати з останніми топовими смартфонамина ARM-процесорах).

А як ви вважаєте, чи зможе хтось потіснити ARM, і як далі складеться доля цієї компанії та її архітектури?

ARM процесор - мобільний процесор для смартфонів та планшетів.

У цій таблиці представлені всі відомі на сьогоднішній день процесори ARM. Таблиця ARM процесорів доповнюватиметься і модернізуватиметься в міру появи нових моделей. У цій таблиці використовується умовна система оцінки продуктивності CPU та GPU. Дані про продуктивність ARM процесорів були взяті з найбільш різних джерел, в основному виходячи з результатів таких тестів, як: PassMark, Antutu, GFXBench.

Ми не претендуємо на абсолютну точність. Абсолютно точно ранжувати і оцінити продуктивність ARM процесорівнеможливо, з тієї простої причини, що кожен з них у чомусь має переваги, а в чомусь відстає від інших ARM процесорів. Таблиця ARM процесорів дозволяє побачити, оцінити та, головне, порівняти різні SoC (System-On-Chip)рішення. Скориставшись нашою таблицею, Ви зможете порівняти мобільні процесориДосить точно дізнатися, як позиціонується ARM-серце Вашого майбутнього (або теперішнього) смартфона або планшета.

Ось ми провели порівняння ARMпроцесорів. Подивилися і порівняли продуктивність CPU та GPU у різних SoC (System-on-Chip). Але у читача може виникнути кілька питань: Де використовуються процесори ARM? Що таке процесор ARM? Чим відрізняється архітектура ARM від x86 процесорів? Спробуємо розібратися у всьому цьому, не сильно заглиблюючись у подробиці.

Спочатку визначимося з термінологією. ARM - це назва архітектури та водночас назва компанії, що веде її розробку. Абревіатура ARM розшифровується як (Advanced RISC Machine або Acorn RISC Machine), що можна перекласти як: вдосконалена машина RISC. ARM архітектурапоєднує в собі сімейство як 32, так і 64-розрядних мікропроцесорних ядер, розроблених та ліцензованих компанією ARM Limited. Відразу хочеться відзначити, що компанія ARM Limited займається суто розробкою ядер та інструментарію для них (засоби налагодження, компілятори тощо), але ніяк не виробництво самих процесорів. Компанія ARM Limitedпродає ліцензії виробництва ARM процесорів стороннім фірмам. Ось неповний список компаній, які отримали ліцензію на виробництво процесорів ARM сьогодні: AMD, Atmel, Altera, Cirrus Logic, Intel, Marvell, NXP, Samsung, LG, MediaTek, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, nVidia, Freescale ... і багато інших.

Деякі компанії, які отримали ліцензію на випуск процесорів ARM, створюють власні варіанти ядер на базі ARM архітектури. Як приклад можна назвати: DEC StrongARM, Freescale i.MX, Intel XScale, NVIDIA Tegra, ST-Ericsson Nomadik, Qualcomm Snapdragon, Texas Instruments OMAP, Samsung Hummingbird, LG H13, Apple A4/A5/A6 та HiSilicon K3.

На базі ARM процесорів сьогодні працюютьпрактично будь-яка електроніка: КПК, мобільні телефонита смартфони, цифрові плеєри, портативні ігрові консолі, калькулятори, зовнішні жорсткідиски та маршрутизатори. Всі вони містять ARM-ядро, тому можна сказати, що ARM - мобільні процесори для смартфонівта планшетів.

ARM процесорявляє собою SoC, або "систему на чіпі". SoC система, або "система на чіпі", може містити в одному кристалі, крім самого CPU, та інші частини повноцінного комп'ютера. Це і контролер пам'яті, і контролер портів введення-виводу, і графічне ядро, і геопозиціонування система (GPS). У ньому може бути і 3G модуль, а також багато іншого.

Якщо розглядати окреме сімейство ARM процесорів, допустимо Cortex-A9 (або будь-яке інше), не можна сказати, що всі процесори однієї родини мають однакову продуктивність або всі мають GPS модулем. Всі ці параметри сильно залежать від виробника чіпа і того, що як він вирішив реалізувати у своєму продукті.

Чим відрізняється ARM від X86 процесорів? Сама по собі RISC (Reduced Instruction Set Computer) архітектура має на увазі під собою зменшений набір команд. Що, відповідно, веде до дуже помірного енергоспоживання. Адже всередині будь-якого ARM чіпа знаходиться набагато менше транзисторів, ніж у його побратима з х86 лінійки. Не забуваймо, що в SoC-системі все периферійні пристроїзнаходиться всередині однієї мікросхеми, що дозволяє процесору ARM бути ще більш економним у плані енергоспоживання. ARM архітектура спочатку була призначена для обчислення тільки цілих операцій, на відміну від х86, які вміють працювати з обчисленнями з плаваючою комою або FPU. Не можна однозначно порівнювати ці дві архітектури. У чомусь перевага буде за ARM. А десь і навпаки. Якщо спробувати відповісти однією фразою на запитання: у чому різниця між ARM і X86 процесорами, то відповідь буде такою: ARM процесор не знає тієї кількості команд, які знає х86 процесор. А ті, що знає, виглядають набагато коротшими. У цьому його як плюси, і мінуси. Як би там не було, у Останнім часомвсе говорить про те, що ARM процесора починають повільно, але впевнено наздоганяти, а в дечому і переганяти звичайні х86. Багато хто відкрито заявляє про те, що незабаром ARM процесори замінять х86 платформу в сегменті домашніх ПК. Як ми вже , 2013 року вже кілька компаній зі світовим ім'ям повністю відмовилися від подальшого випуску нетбуків на користь планшетних пк. Ну, а що буде насправді, час покаже.

Ми ж відстежуватимемо вже наявні на ринку ARM процесори.

Британська корпорація ARM удосконалила гетерогенну обчислювальну архітектуру ARM big.LITTLE, на якій засновані всі провідні мікропроцесори ARM починаючи з Cortex-A7 (2011 рік) – і вчора представила нову гетерогенну архітектуру DynamIQ big.LITTLE. На мікросхемах виділено місце спеціальних апаратних прискорювачів додатків машинного навчання. Можливо, в майбутньому апаратна підтримка нейромереж стане новим трендом серед розробників мікропроцесорів та невід'ємною якістю нових смартфонів.

Особливість архітектури ARM big.LITTLE полягає у наявності процесорних ядер двох типів: щодо повільних, енергоефективних (LITTLE) та щодо потужних та ненажерливих (big). Зазвичай система активує лише одне із двох типів ядер: лише великі чи лише маленькі. Зрозуміло, що фонові завданняна смартфоні або іншому пристрої зручно вирішувати з маленькими ядрами, які споживають дуже мало енергії. У разі потреби процесор активує потужні ненажерливі ядра, які у багатопотоковому режимі, працюючи спільно, демонструють особливо високу продуктивність. В принципі, у всіх ядер є доступ до спільної пам'яті, тому завдання можна ставити для виконання на обох типах ядер одночасно. Тобто великі та маленькі перемикатимуться на льоту.

Подібна гетерогенна архітектура та перемикання завдань на льоту з одного типу ядер на інший задумані для створення динамічної змінипотужності та енергоспоживання процесора. Сама ARM заявляла, що у деяких завданнях та архітектура заощаджує до 75% енергії.

DynamIQ big.LITTLE – це еволюційний крок уперед. Нова архітектура дозволяє задіяти різноманітні поєднання великих і малих ядер, які раніше були можливі. Наприклад, 1+3, 2+4 чи 1+7, і навіть 2+4+2 (ядра трьох різних потужностей). Типовий смартфон майбутнього може мати восьмиядерну систему на кристалі з двома потужними ядрами, чотирма середніми та двома низькопродуктивними ядрами для фонового режиму.

З апаратною підтримкою машинного навчання та ІІ розробникам стануть доступні нові спеціальні процесорні інструкції(наприклад, обчислення з обмеженою точністю). ARM обіцяє, що в наступні три-п'ять років процесори Cortex-A на новій архітектурі забезпечать до 50-кратного збільшення продуктивності в додатках ІІ, в порівнянні з нинішніми системами на базі Cortex-A73 і ще додаткове збільшення за рахунок вбудованих прискорювачів на мікросхемі. Спеціальний порт доступу з низькою затримкою між ЦП та акселераторами має 10-кратну продуктивність.

Це означає, що на смартфонах будуть набагато краще працювати навчені нейромережі, у тому числі які обраховують графіку та відео, додатки. комп'ютерного зорута інші системи, що обробляють великі потоки даних.

У кожному кластері може бути до восьми ядер різних характеристик. Це також можна використовувати для прискорення додатків ІІ порівняно з нинішніми системами. До того ж, перероблена підсистема пам'яті забезпечить більш швидкий доступдо даних та покращить енергоефективність. До речі, кластери ядер необов'язково взагалі включати ядра LITTLE зі слабкою продуктивністю, які зазвичай використовуються в мобільних пристрояхдля збереження заряду акумулятора. Якщо вам потрібна дуже висока продуктивність незалежно від енергоспоживання - ніхто не заважає робити кластери з восьми великих ядер і об'єднувати їх в особливо потужні комп'ютерні системи. ARM вважає, що це дозволить розширити сферу застосування ARM за межі смартфонів.

Кластери DynamIQ практично необмеженого масштабу із загальною пам'яттю - це пропозиція створювати найпотужніші обчислювальні системирізного призначення.

Додаткову гнучкість у динамічному підстроюванні потужності/енергоспоживання дасть функція індивідуальної зміни тактової частоти окремих процесорівв кластері з багатьох процесорів ARM. Розробники з Кембриджу вважають, що це особливо важливо у шоломах віртуальної реальності, які тривалі періоди часу перебувають у стані низького енергоспоживання. Переходи процесора до одного з трьох енергетичних станів(ON, OFF, SLEEP) здійснюються набагато швидше, автоматично на апаратному рівні.

Зрештою, просунута архітектура DynamIQ дозволяє будувати більш надійні системи з дублюванням функцій, що підвищує рівень безпеки в автономних системах, яким потрібно реагувати на збої Наприклад, це системи комп'ютерного зору в безпілотних автомобілях. Advanced Driver Assistance Systems (ADAS). Коли один кластер ядер виходить із ладу чи прискорювач збоїть - інший кластер автоматично бере його функції він.

Процесорну архітектуру ARM застосовують за ліцензією у своїх чіпах багато виробників, у тому числі Samsung, Qualcomm, Nvidia, Intel та Apple (iPhone, iPad). Між 2013 та 2017 роками у світі було продано понад 50 млрд мікрочіпів на архітектурі ARM, і англійські розробники сподіваються, що у найближчі чотири роки ця кількість подвоїться до понад 100 млрд.

Більшість пристроїв на процесорах ARM не потребують активному охолодженні. Компанія впевнена, що зі збільшенням потужності цих систем та переході на архітектуру DynamIQ все залишиться, як і раніше.

Напевно кожен із вас ставив питання: що ж таке ARM? Дуже часто можна почути цю абревіатуру, коли йдеться про процесор пристрою. І часом не кожному до кінця зрозуміла її суть.

Скажімо одразу, ARM – це компанія, але ARM ще й архітектура процесора, яку розробила компанія ARM.

ARM-процесор - це ЦПУ, засноване на RISC-архітектурі, розробленій компанією Acorn Computers у 1980-х роках, а в даний час розробляється компанією Advanced RISC Machines, до речі, звідси і абревіатура ARM. При цьому абревіатура ARM безпосередньо до архітектури процесора означає Acorn RISC Machine. Іншими словами, є два значення абревіатури ARM.

Advanced RISC Machines - це компанія, розташована у Великій Британії, яка розробляє, проектує та ліцензує ARM-архітектуру процесорів. ARM розробляє метод побудови ARM-процесорів і такі компанії, як Qualcomm та Samsung, розробляють свої процесори на основі ARM. В даний час практично всі пристрої, що мають невеликі габарити та оснащені акумулятором, мають процесори, побудовані на ARM-архітектурі.

Є кілька типів архітектури процесора: CISC, RISC, MISC. Перша відрізняється великим набором команд, тобто CISC розрахована працювати зі складними інструкціям різної довжини. RISC, навпаки, має скорочений набір команд, які мають один формат і відрізняються простим кодуванням.

Щоб зрозуміти різницю, уявіть, що на вашому персональному комп'ютерівстановлений процесор від AMD або Intel із архітектурою CISC. СISC-процесори генерують більше MIPS (мільйон інструкцій за секунду, тобто кількість певних інструкцій, виконуваних процесором за секунду).

RICS-процесори мають менше транзисторів, що дозволяє споживати менше енергії. Зменшена кількість інструкції дозволяє проектувати спрощені мікросхеми. Зменшений розмір мікросхеми призводить до невеликого розмірукристала, що дозволяє розташовувати на процесорі більше компонентів, це робить процесори від ARM маленькими і набагато енергоефективнішими.

ARM-архітектура відмінно підходить смартфонам, для яких головне - енергоспоживання, при цьому за продуктивністю ARM-процесори, звичайно, суттєво поступаються топовим рішенням від Intel та AMD. При цьому процесори ARM не можна назвати слабкими. ARM підтримує як 32-бітну архітектуру, так і 64-бітну, є також підтримка апаратної віртуалізації, просунуте управління живленням.

Головним параметром при оцінці ARM-процесорів є відношення продуктивності споживання енергії, тут ARM-процесори показують себе краще, ніж, наприклад, x86-процесор від Intel на базі архітектури CISC.

Таким чином, у випадку з суперкомп'ютерами більш привабливим стане використання мільйона процесорів ARM замість тисячі процесорів на архітектурі x86.

За матеріалами androidcentral