Здравствуйте! В предыдущем посте мы рассмотрели ЦПУ, или "мозг" компьютера, а также интересную конкуренцию между x86, x64 архитектурами и гигантами Intel и AMD. Сегодня продолжим эту тему и углубимся в другую мощную архитектуру ЦПУ, которая даже заставила этих соперников сотрудничать, а именно в ARM. Также вскользь обсудим такие важные компоненты экосистемы ARM, как Snapdragon и Raspberry Pi.

1. Что такое ARM? Сила на базе RISC

ARM (Advanced RISC Machines) — это архитектура набора команд, как и следует из названия, основанная на RISC (Reduced Instruction Set Computing). В прошлый раз мы упоминали, что x86 использует CISC (Complex Instruction Set Computing), не так ли? Именно здесь начинается основное преимущество ARM.

  • RISC против CISC:

    • CISC (x86): одна команда может выполнять несколько сложных задач, что делает ее гибкой. Однако интерпретация команд сложна, а потребление энергии относительно высоко.

    • RISC (ARM): сокращает количество команд и делает каждую из них более простой. Это обеспечивает быструю и эффективную обработку команд, а главное, энергетическая эффективность очень высока. Это оказалось подавляющим преимуществом в условиях, где важна длительность работы от батареи, например в мобильных устройствах.

ARM не производит ЦПУ напрямую, а предоставляет лицензии на проектирование архитектуры. Множество полупроводниковых компаний, таких как Qualcomm, Samsung, Apple и MediaTek, создают свои ЦПУ на основе дизайна ARM.

2. Snapdragon: мощный ARM-ориентированный SoC от Qualcomm

Так что же такое Snapdragon? Snapdragon — это линейка мобильных систем на кристалле (SoC: System on Chip), разработанных и продаваемых компанией Qualcomm.

  • Что такое SoC? SoC объединяет в себе почти все ключевые компоненты, необходимые для работы смартфона, включая ЦПУ, GPU (графический процессор), модемы связи, устройства обработки изображений (ISP) и устройства обработки искусственного интеллекта (NPU), в одном чипе. Представьте, что вся материнская плата компьютера помещена в один чип.

  • На основе архитектуры ARM: ключевой ЦПУ в Snapdragon проектируется на основе архитектуры ARM. Qualcomm получает лицензии на архитектуру от ARM, чтобы создавать свои собственные индивидуальные ядра ЦПУ (например, Kryo) или использовать стандартные ядра, предлагаемые ARM (например, Cortex-A серии) для создания SoC Snapdragon.

  • Samsung и Snapdragon: И Galaxy от Samsung также связана с этой технологией. Samsung самостоятельно разрабатывает SoC на основе ARM под названием Exynos, но одновременно использует чипы Snapdragon от Qualcomm в своих флагманских смартфонах. Особенно в прошлом они делили использование Exynos и Snapdragon по регионам, но в последнее время из-за преимуществ производительности чипов Snapdragon многие модели теперь комплектуются именно ими. Таким образом, Snapdragon является не собственным ARM-чипом Samsung, а чипом на базе ARM от Qualcomm, который она использует в своих продуктах.

Snapdragon занимает подавляющую долю на мировом рынке смартфонов Android благодаря высокой производительности, энергоэффективности и передовым технологиям модемов.

3. ARM, превосходя x86, захватывает мобильный рынок

Сначала ARM в основном использовался в встроенных системах и портативных устройствах. С появлением смартфонов истинные возможности ARM начали проявляться. Все современные смартфоны, как iPhone, так и Android, оснащены процессорами на базе ARM.

ARM CPU close-up fantasy style

  • Энергоэффективность: один из самых важных факторов для смартфона — это время работы от батареи. Превосходная энергоэффективность ARM полностью удовлетворила этот запрос.

  • Маленький размер и низкая стоимость: благодаря простоте архитектуры RISC удалось уменьшить размер чипа и снизить производственные затраты.

Завоевав мобильный рынок, ARM теперь вышел за рамки простых мобильных чипов. Чипы на базе ARM используются в носимых устройствах, устройствах Интернета вещей (IoT), смарт-телевизорах, информационно-развлекательных системах автомобилей и во множестве других устройств, окружающих нас.

4. x86 против ARM: новая война на рынке ПК и серверов

После того, как ARM завоевал мобильный рынок, он теперь расширяет свое влияние на рынок ПК и серверов, который долгое время находился под контролем x86. Особенно после того, как Apple в 2020 году перешла от процессоров Intel x86 к разработанным самостоятельно Apple Silicon (чипы M-серии), производительность ПК на базе ARM начала привлекать внимание, разрушая существующие стереотипы.

  • Выход на рынок ПК:

    • Apple Silicon: Чипы ARM, такие как M1, M2 и M3, обладают потрясающей производительностью и энергоэффективностью, вызвав серьезные изменения на рынке ПК. Особенно удивительно, что они могут демонстрировать высокую производительность даже в ноутбуках без вентилятора, что ярко отличает их от ноутбуков на базе x86.

    • Windows на ARM: Microsoft также сотрудничает с Qualcomm (Snapdragon X Elite) для разработки ПК на базе ARM под Windows. Хотя есть еще задачи с совместимостью программного обеспечения и другие вызовы, потенциал является значительным.

  • Выход на серверный рынок:

    • Облачные вычисления: Чипы серверов на базе ARM, такие как Graviton от Amazon Web Services (AWS), все чаще используются в центрах обработки данных, так как они обеспечивают высокую производительность при низком потреблении энергии для снижения эксплуатационных расходов.

    • Удобство настройки: Модель лицензирования ARM позволяет компаниям проектировать индивидуальные чипы, оптимизированные под специфические рабочие нагрузки.

Ответ x86: Intel и AMD также обеспокоены стремлением ARM. Они продолжают принимать меры по улучшению энергоэффективности и производительности существующих процессоров x86.

5. Маленький гигант, Raspberry Pi также на ARM!

Известный своим маленьким размером и низкой ценой Raspberry Pi также основан на архитектуре ARM. Первоначально разработанный для образовательных целей, сейчас он широко используется в IoT, домашней автоматизации, медиасерверах, малых роботах и пользуется огромной популярностью.

  • Ядра ARM Cortex: Основой Raspberry Pi является SoC, производимый Broadcom, который включает в себя ЦПУ ядра Cortex-A серии от ARM.

    • Например, Raspberry Pi 4 использует ядро ARM Cortex-A72, а новейшая Raspberry Pi 5 использует более мощное ядро ARM Cortex-A76.

  • Расширение экосистемы ARM: Успех Raspberry Pi показывает, что архитектура ARM может быть адаптирована не только для смартфонов, но и как мощная и доступная платформа для универсальных вычислений.

6. ARM и x86, и перспективы экосистемы ЦПУ будущего

В настоящее время рынок ЦПУ представляет собой интересное время, когда сосуществуют и интенсивно конкурируют две огромные архитектуры: x86 и ARM.

  • Сохранение сильных сторон: x86 по-прежнему занимает прочные позиции в области высокопроизводительных вычислений, игр и специализированных задач. В то время как ARM быстро растет в областях мобильных, встроенных и легких ПК и серверов, где важна энергоэффективность.

  • Совместимость программного обеспечения: Чтобы системы на базе ARM стали широко распространенными, необходимо решить проблемы совместимости программного обеспечения. Хотя такие технологии эмуляции, как Rosetta 2, развиваются, необходимо активнее разрабатывать нативные приложения для ARM. Одна из причин, почему многие ПК-игры не работают в MacOS, заключается в том, что многие разработчики игр создают их на базе x86, поскольку пользователи х хотят большее количество игр. Поэтому, чтобы рынок ЦПУ ARM стал еще больше, нужны усилия и вклад разработчиков программного обеспечения.

  • Гибридные системы: В будущем могут появиться гибридные системы, объединяющие лучшие качества обеих архитектур, а также различные архитектуры, оптимизированные под конкретные задачи.

Intel и AMD укрепляют рынок экосистемы x86 в ответ на рост ARM, в то время как ARM также расширяет свои области и ведет инновации. Интересно, какие удивительные технологические прорывы принесет эта увлекательная конкуренция в будущем.

В заключение

Сегодня мы обсудили ARM, который является правителем мобильного рынка и мощным противником на рынке ПК и серверов. Также рассмотрели ключевых игроков экосистемы ARM, таких как Snapdragon и маленький, но мощный Raspberry Pi.

Вы используете устройства на базе ARM? Или вы все еще предпочитаете системы на базе x86? Какую архитектуру вы думаете, что станет доминирующей в будущем?! Поделитесь своим мнением в комментариях! В следующем посте мы встретимся снова с другой интересной IT-историей. Спасибо!