Hallo! In meinem letzten Beitrag haben wir das 'Gehirn' des Computers, die CPU, die x86- und x64-Architekturen sowie den faszinierenden Wettbewerb zwischen den beiden Giganten Intel und AMD untersucht. Heute werden wir uns in dieser Thematik weiter vertiefen und eine weitere leistungsstarke CPU-Architektur, die selbst Intel und AMD zur Zusammenarbeit gezwungen hat, das ARM genauer anschauen. Außerdem werfen wir einen kurzen Blick auf die wichtigen Akteure im ARM-Ökosystem, nämlich Snapdragon und Raspberry Pi.

1. Was ist ARM? Die Stärke der RISC-Architektur

ARM (Advanced RISC Machines) ist, wie der Name schon sagt, eine Architektur für Befehlssätze auf Basis der RISC (Reduced Instruction Set Computing)-Technologie. Im Gegensatz zu x86, das bekanntlich auf CISC (Complex Instruction Set Computing) basiert, liegt hier der entscheidende Vorteil von ARM.

  • RISC vs. CISC:

    • CISC (x86): Eine einzelne Anweisung kann viele komplexe Aufgaben ausführen, was Flexibilität bietet. Allerdings ist die Interpretation der Befehle kompliziert und der Energieverbrauch kann relativ hoch sein.

    • RISC (ARM): Die Anzahl der Befehle wird reduziert und jeder Befehl wird vereinfacht. Dadurch erfolgt die Verarbeitung der Befehle schnell und effizient, und vor allem die Energieeffizienz ist außergewöhnlich hoch. Dies hat sich insbesondere in Umgebungen herum, in denen die Batterielebensdauer von zentraler Bedeutung ist, als überwältigender Vorteil erwiesen.

ARM produziert nicht direkt CPUs, sondern bietet Lizenzen für das Design der Architektur an. Eine Vielzahl von Halbleiterunternehmen wie Qualcomm, Samsung, Apple und MediaTek entwickeln CPUs entsprechend ihren eigenen Zielsetzungen auf Basis von ARMs Design.

2. Snapdragon: Qualcomms leistungsstarker ARM-basierter SoC

Was ist also Snapdragon? Snapdragon ist eine Produktreihe von Qualcomm, die mobile Systeme-on-Chip (SoC) entwickelt und verkauft.

  • Was ist ein SoC? Ein SoC ist nicht nur ein CPU, sondern integriert nahezu alle wesentlichen Komponenten, die für den Betrieb eines Smartphones erforderlich sind, wie GPU (Grafikprozessor), Kommunikationsmodem, Bildverarbeitungsgerät (ISP) und KI-Bearbeitungsgerät (NPU) in einem einzigen Chip. Man könnte sich dies wie ein Hauptplatinen-Design vorstellen, das in einem einzigen Chip untergebracht ist.

  • Auf ARM-Architektur basierend: Der Kern-CPU von Snapdragon ist auf der ARM-Architektur aufgebaut. Qualcomm erhält von ARM Lizenzen für die Architektur, um eigene maßgeschneiderte CPU-Kerne (z. B. Kryo) zu entwickeln oder die Standardkerne (z. B. Cortex-A-Serie) von ARM zu verwenden, um das Snapdragon SoC zu erstellen.

  • Samsung und Snapdragon: Auch Samsungs Galaxy-Produkte stehen in Verbindung mit Snapdragon. Samsung entwickelt zwar eigene ARM-basierte SoCs namens Exynos, verwendet jedoch gleichzeitig Qualcomms Snapdragon-Chips in ihren Flaggschiff-Galaxy-Smartphones. In der Vergangenheit gab es regionale Unterschiede in der Verwendung von Exynos und Snapdragon, doch aufgrund der Überlegenheit der Snapdragon-Chips wird mittlerweile in vielen Modellen Snapdragon verbaut. Dementsprechend kann man sagen, dass Snapdragon nicht Samsungs ARM-Chip ist, sondern Qualcomms ARM-basierter Chip, den Samsung für ihre Produkte verwendet.

Snapdragon zeichnet sich durch überlegene Leistung, Energieeffizienz und Kommunikationsmodem-Technologie aus und hat einen überwältigenden Marktanteil im Weltmarkt für Android-Smartphones.

3. ARM dominiert den mobilen Markt und überschreitet die Grenzen des x86

Anfangs wurde ARM hauptsächlich in eingebetteten Systemen oder tragbaren Geräten verwendet. Mit dem Aufkommen von Smartphones begann ARM seine wahre Stärke zu zeigen. Alle Smartphones, ob iPhone oder Android-Geräte, sind mit ARM-basierten Prozessoren ausgestattet.

ARM CPU close-up fantasy style

  • Batterieeffizienz: Einer der wichtigsten Faktoren für Smartphones ist die Batterielebensdauer. Die hervorragende Energieeffizienz von ARM erfüllt diese Anforderung perfekt.

  • Kleine Größe und geringe Kosten: Dank der Einfachheit der RISC-Architektur konnte die Chipgröße reduziert und die Produktionskosten gesenkt werden.

Nachdem ARM den mobilen Markt vollständig erobert hat, geht es jetzt über die mobilen Chips hinaus. In unzähligen Geräten, die uns umgeben, wie tragbaren Geräten, IoT-Geräten, Smart-TVs und Infotainmentsystemen in Autos, kommen ARM-basierte Chips zum Einsatz.

4. x86 vs. ARM: Der neue Krieg im PC- und Servermarkt

Nachdem ARM den mobilen Markt erobert hat, expandiert die Architektur jetzt in den PC- und Servermarkt, in dem x86 seit langem dominiert. Insbesondere Apples Wechsel im Jahr 2020 von Intel x86-Prozessoren zu den selbst entwickelten Apple Silicon (M-Serie Chips) hat das Interesse an der Leistung von ARM-basierten PCs geweckt und bestehende Vorurteile durchbrochen.

  • Markteintritt in den PC-Sektor:

    • Apple Silicon: Apples ARM-basierte Chips wie M1, M2 und M3 zeigen bemerkenswerte Leistung und Energieeffizienz und haben große Wellen im PC-Markt geschlagen. Besonders hervorzuheben ist, dass sie auch in lüfterlosen Laptops Höchstleistungen erbringen, was einen klaren Unterschied zu x86-basierten Laptops darstellt.

    • Windows auf ARM: Microsoft arbeitet ebenfalls mit Qualcomm (Snapdragon X Elite) zusammen, um ARM-basierte Windows-PCs zu entwickeln. Obwohl es noch Herausforderungen wie Softwarekompatibilität gibt, ist das Potenzial durchaus vorhanden.

  • Markteintritt in den Server-Sektor:

    • Cloud-Computing: ARM-basierte Server-Chips wie Amazons AWS Graviton-Prozessor werden in Rechenzentren zunehmend verwendet. Durch den geringen Energieverbrauch bei hoher Leistung können die Betriebskosten gesenkt werden.

    • Einfachheit der Anpassung: Das Lizenzmodell von ARM ermöglicht es Unternehmen, maßgeschneiderte Chips zu entwickeln, die für spezifische Workloads optimiert sind.

Reaktion des x86-Lagers: Die Verfolger von ARM, Intel und AMD, sind ebenfalls alarmiert. Sie arbeiten weiterhin daran, die Energieeffizienz ihrer bestehenden x86-Prozessoren zu verbessern und die Leistung weiter zu steigern.

5. Der kleine Riese, auch Raspberry Pi, ist ARM-basiert!

Der Raspberry Pi, bekannt für seine kleinen und günstigen Computer, basiert ebenfalls auf der ARM-Architektur. Ursprünglich für den Bildungsbereich entwickelt, hat er sich jetzt auch in vielen Projekten wie IoT, Hausautomatisierung, Medienserver und kleinen Robotern großer Beliebtheit erfreut.

  • ARM Cortex-Kerne: Der Kern des Raspberry Pi ist ein von Broadcom produziertes SoC, das ARM's Cortex-A-Serie CPU-Kerne integriert.

    • Zum Beispiel verwendet der Raspberry Pi 4 ARM Cortex-A72 Kerne, während der neueste Raspberry Pi 5 leistungsstärkere ARM Cortex-A76 Kerne verwendet.

  • Verbreitung des ARM-Ökosystems: Der Erfolg des Raspberry Pi ist ein gutes Beispiel dafür, dass die ARM-Architektur nicht nur in Smartphones, sondern auch als kostengünstige und leistungsstarke universelle Computing-Plattform eingesetzt werden kann.

6. ARM und x86, und die Zukunft des CPU-Ökosystems

Derzeit erleben wir eine interessante Zeit, in der x86 und ARM als zwei riesige Architekturen koexistieren und intensiv konkurrieren.

  • Beibehaltung ihrer Stärken: x86 behält nach wie vor eine starke Stellung in den Bereichen Hochleistungs-Computing, Gaming und spezifischen Fachaufgaben. Im Gegensatz dazu wächst ARM schnell im mobilen, eingebetteten sowie im leichten PC- und Servermarkt, wo Energieeffizienz wichtig ist.

  • Softwarekompatibilität: Um eine breitere Verbreitung von ARM-basierten Systemen zu gewährleisten, müssen Herausforderungen bezüglich der Softwarekompatibilität überwunden werden. Emulationstechnologien wie Rosetta 2 entwickeln sich weiter, aber die Entwicklung nativer ARM-Apps muss stärker gefördert werden. Ein Grund, warum viele PC-Spiele nicht unter MacOS laufen, ist, dass viele Spieleentwickler ihre Spiele für eine größere Anzahl von Nutzern auf x86-Architekturbasis entwickeln. Daher ist die Unterstützung von Softwareentwicklungsunternehmen für den Wachstum des ARM-CPU-Marktes von entscheidender Bedeutung.

  • Hybrides System: In Zukunft könnten Systeme in hybrider Form entstehen, die die Vorteile beider Architekturen kombinieren, oder es könnte eine Vielzahl anderer Architekturen koexistieren, die für spezifische Aufgaben optimiert sind.

Während Intel und AMD daran arbeiten, das x86-Ökosystem gegen das Aufkommen von ARM zu festigen, erweitert ARM gleichzeitig sein Gebiet und treibt Innovationen voran. Es bleibt abzuwarten, welche faszinierenden technologischen Fortschritte diese interessante Konkurrenz in der Zukunft mit sich bringen wird.

Zusammenfassend

Heute haben wir die ARM-Architektur als Herrscher des mobilen Marktes und starken Herausforderer auf dem PC- und Servermarkt kennengelernt. Darüber hinaus haben wir die wichtigsten Akteure im ARM-Ökosystem, nämlich Snapdragon und den kleinen, aber starken Raspberry Pi, näher betrachtet.

Benutzt ihr ARM-basierte Geräte? Oder bevorzugt ihr immer noch Systeme auf Basis von x86? Welche Architektur glaubt ihr, wird in Zukunft die Hauptrolle im Computing spielen? Teilt eure Meinungen in den Kommentaren! Ich freue mich darauf, euch mit einer weiteren spannenden IT-Geschichte im nächsten Beitrag wiederzusehen. Vielen Dank!