ARM: Desde móviles hasta servidores, la arquitectura de CPU que amenaza a x86

¡Hola! En la publicación anterior, exploramos el 'cerebro' de la computadora, el CPU, así como la interesante competencia entre los gigantes x86, x64, Intel y AMD. Hoy, continuando con ese tema, nos adentraremos en otra poderosa arquitectura de CPU que ha logrado incluso que archienemigos como Intel y AMD colaboren, es decir, el ARM. Además, mencionaré brevemente a Snapdragon y Raspberry Pi, que juegan un papel importante en el ecosistema ARM.

1. ¿Qué es ARM? La potencia de RISC

ARM (Advanced RISC Machines), como su nombre indica, es una arquitectura de conjunto de instrucciones basada en RISC (Reduced Instruction Set Computing). La última vez hablamos de que x86 es de tipo CISC (Complex Instruction Set Computing), ¿verdad? Aquí es donde comienzan las principales fortalezas de ARM.

• RISC vs. CISC:

  • CISC (x86): Diseñado para que una sola instrucción realice múltiples tareas complejas, lo cual es flexible. Sin embargo, la interpretación de instrucciones puede ser compleja, y el consumo de energía puede ser relativamente alto.

  • RISC (ARM): Reduce el número de instrucciones y simplifica cada una de ellas. Gracias a ello, la ejecución de instrucciones es rápida y eficiente, y sobre todo, la eficiencia energética es excepcional. Esto se ha convertido en una ventaja abrumadora en entornos donde la duración de la batería es crítica, como en dispositivos móviles.

ARM no produce directamente CPUs, sino que ofrece licencias de diseño de arquitectura. Muchas empresas de semiconductores, como Qualcomm, Samsung, Apple y MediaTek, fabrican CPUs basadas en el diseño de ARM según sus necesidades.

2. Snapdragon: el potente SoC ARM de Qualcomm

¿Qué es entonces Snapdragon? Snapdragon es una línea de productos de SoC (System on Chip) desarrollado y comercializado por la empresa Qualcomm.

• ¿Qué es un SoC? Un SoC integra no solo la CPU, sino también GPU (unidad de procesamiento gráfico), módem de comunicación, procesador de imágenes (ISP), y unidad de procesamiento de inteligencia artificial (NPU), agrupando casi todas las piezas esenciales para el funcionamiento de un smartphone en un solo chip. Lo puedes imaginar como si toda la placa base de una computadora estuviera contenida dentro de un solo chip.

• Basado en arquitectura ARM: La CPU en el corazón de Snapdragon se diseña con base en la arquitectura ARM. Qualcomm adquiere licencias de arquitectura de ARM para crear sus propios núcleos de CPU personalizados (por ejemplo, Kryo) o utiliza núcleos estándar proporcionados por ARM (por ejemplo, la serie Cortex-A) para fabricar el SoC de Snapdragon.

• Samsung y Snapdragon: La serie Galaxy de Samsung también está relacionada con Snapdragon. Samsung desarrolla su propio SoC basado en ARM llamado Exynos, pero al mismo tiempo utiliza chips Snapdragon de Qualcomm en dispositivos como sus teléfonos inteligentes Galaxy de gama alta. Históricamente, se usaban Exynos y Snapdragon en diferentes regiones, pero recientemente, debido a la superioridad de rendimiento de los chips Snapdragon, la tendencia es integrar Snapdragon en más modelos. En otras palabras, Snapdragon no es un chip ARM de Samsung, sino un chip basado en ARM de Qualcomm que Samsung utiliza en sus productos.

Snapdragon cuenta con un rendimiento sobresaliente, eficiencia energética y capacidad tecnológica en módems de comunicación, lo que le da una cuota de mercado abrumadora en todo el mercado mundial de smartphones Android.

3. ARM, dominando el mercado móvil y más allá

En sus inicios, ARM se utilizó principalmente en sistemas embebidos o dispositivos portátiles. A medida que los smartphones comenzaron a emerger, se empezó a ver el verdadero potencial de ARM. Todos los smartphones, ya sean iPhones o Android, vienen equipados con procesadores basados en ARM.

• Eficiencia energética: Uno de los factores más importantes para un smartphone es la duración de la batería. La excelente eficiencia energética de ARM ha cumplido perfectamente con esta necesidad.

• Tamaño pequeño y bajo costo: Gracias a la simplicidad de la arquitectura RISC, se ha podido reducir el tamaño del chip y bajar los costos de producción.

Habiendo dominado completamente el mercado móvil, ARM ha trascendido más allá de los simples chips móviles. Muchos dispositivos en nuestro alrededor, desde dispositivos portátiles, dispositivos de IoT, televisores inteligentes, hasta sistemas de infoentretenimiento en automóviles, utilizan chips basados en ARM.

4. x86 vs. ARM: La nueva guerra en el mercado de PCs y servidores

Después de haber conquistado el mercado móvil, ARM está ahora expandiendo su influencia hacia el mercado de PC y servidores, donde x86 ha reinado durante mucho tiempo. Especialmente desde que Apple cambió su línea de Mac de procesadores Intel x86 a su propio Apple Silicon (chips de la serie M) en 2020, el rendimiento de las PCs basadas en ARM ha comenzado a atraer atención, rompiendo prejuicios previos.

• Ingreso al mercado de PC:

  • Apple Silicon: Los chips ARM de Apple, como M1, M2 y M3, han demostrado un rendimiento y eficiencia energética sorprendentes, causando un gran impacto en el mercado de PCs. Especialmente el rendimiento alto de los portátiles sin ventilador supone una clara diferenciación respecto a los portátiles basados en x86.

  • Windows en ARM: Microsoft también está colaborando con Qualcomm (Snapdragon X Elite) para desarrollar PCs basadas en Windows en ARM. Aunque todavía persisten desafíos como la compatibilidad del software, el potencial es enorme.

• Ingreso al mercado de servidores:

  • Computación en la nube: Cada vez más están siendo utilizados chips de servidores basados en ARM, como el procesador Graviton de Amazon Web Services (AWS), en centros de datos. Esto se debe a que ofrecen un alto rendimiento con bajo consumo de energía, ayudando a reducir los costos operativos.

  • Facilidad de personalización: El modelo de licencia de ARM permite a las empresas diseñar chips personalizados optimizados para cargas de trabajo específicas.

Respuesta del mundo x86: Intel y AMD también están sintiendo la presión ante la competencia de ARM. Continúan trabajando para mejorar la eficiencia energética de sus procesadores x86 y elevar aún más su rendimiento.

5. ¡El pequeño gigante, Raspberry Pi, también es ARM!

El Raspberry Pi, famoso por ser una computadora pequeña y económica, también está basado en la arquitectura ARM. Inicialmente fue desarrollado para educación, pero ahora es ampliamente utilizado en diversos proyectos, como IoT, automatización del hogar, servidores multimedia, y robots pequeños, ganando enorme popularidad.

• Núcleos ARM Cortex: El Raspberry Pi utiliza un SoC producido por Broadcom, que incluye núcleos de CPU de la serie Cortex-A de ARM.

  • Por ejemplo, el Raspberry Pi 4 utiliza el núcleo ARM Cortex-A72, mientras que el más reciente Raspberry Pi 5 utiliza el más robusto núcleo ARM Cortex-A76.

• Expansión del ecosistema ARM: El éxito de Raspberry Pi demuestra que la arquitectura ARM puede ser utilizada como una plataforma de computación universal, potente y económica, trascendiendo su uso en smartphones.

6. ARM y x86, y el futuro del ecosistema CPU

En la actualidad, el mercado de CPUs está en una era fascinante donde coexisten y compiten intensamente dos gigantes arquitectónicos: x86 y ARM.

• Manteniendo cada uno sus fortalezas: x86 aún mantiene una sólida posición en computación de alto rendimiento, juegos y tareas especializadas. Por otro lado, ARM está creciendo rápidamente en el mercado de PC livianos y servidores donde la eficiencia energética es crucial.

• Compatibilidad de software: Para que los sistemas basados en ARM se expandan ampliamente, deben resolverse los problemas de compatibilidad de software. Aunque tecnologías de emulación como Rosetta 2 están avanzando, el desarrollo de aplicaciones nativas para ARM necesita ser más activo. Una de las razones por las que muchos juegos de PC no funcionan en MacOS es que muchos desarrolladores crean juegos para un mayor número de usuarios basados en la arquitectura x86. Para que el mercado de CPU de ARM crezca aún más, se requiere el esfuerzo y la contribución de estas empresas de desarrollo de software.

• Sistemas híbridos: En el futuro, podríamos ver un entorno computacional más diverso que combine las ventajas de ambas arquitecturas, además de diversas arquitecturas optimizadas para tareas específicas coexistan.

Mientras Intel y AMD trabajan para reforzar su ecosistema x86 frente al crecimiento de ARM, ARM también está ampliando su propio territorio y liderando la innovación. Espero con ansias qué avances tecnológicos sorprendentes traerá esta interesante competencia en el futuro.

Conclusión

Hoy aprendimos acerca de la arquitectura ARM, que es el rey del mercado móvil y un poderoso retador en el mercado de PCs y servidores. También observamos a importantes actores en el ecosistema ARM, como Snapdragon y el pequeño pero poderoso Raspberry Pi.

¿Estás utilizando dispositivos basados en ARM? ¿O aún prefieres sistemas basados en x86? Comparte tus opiniones sobre qué arquitectura crees que dominará la computación futura en los comentarios. Nos vemos en la próxima publicación con más historias interesantes de tecnología. ¡Gracias!