Цифровой журнал «Компьютерра» 2012 № 18 (118) - [2]
Поскольку современные процессоры ARM — прямые потомки чипа, разработанного инженерами Acorn для компьютера Archimedes в 1987 году, все они считаются построенными на единой архитектуре ARM. Точно так же современные процессоры Intel и AMD, происходящие от Intel 8086, называются чипами на базе архитектуры x86.
Тем, кто знаком с историей платформы ПК, известно понятие «поколение», используемое применительно к микропроцессорам x86. За последние годы граница между ними стала более размытой, однако первоначально можно чётко разделить чипы серий 8086 и 8088, микросхемы семейства 80286, а также последующие серии 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV, Pentium D, Core и Core 2 и т.д.
Понятие поколений применимо и к чипам на архитектуре ARM, но с одним важным отличием. Если в чипах x86 одним из важнейших признаков нового поколения была разрядность (сначала 16 бит, затем 32 и, наконец, 64 бита), то процессоры ARM со дня своего появления были тридцатидвухразрядными и остаются таковыми до настоящего времени. Однако это вовсе не означает отсутствия инноваций.
Самый первый процессор с архитектурой ARM увидел свет в 1985 году, но он не пошёл в серию. Первым коммерчески доступным чипом стал ARM 2 1986 года, которым оснащался Archimedes, и он не слишком отличался от своего предшественника. Несмотря на тридцатидвухбитную архитектуру, он получил двадцатишестиразрядную адресную шину, позволяющую адресовать до 64 Мбайт памяти — немного по нынешним меркам, но громадный объём для середины 80-х.
8 МГц тактовой частоты тоже сегодня выглядят более чем скромно, однако благодаря архитектуре RISC этого было вполне достаточно, чтобы обеспечить производительность в 4 MIPS (миллионов инструкций в секунду). Для сравнения: представленный в 1988 году процессор Intel 80386 работал на частоте 16 МГц и демонстрировал лишь немногим большую производительность в 5 MIPS.
Чтобы оценить изменения, которые претерпела архитектура ARM за прошедшие 25 лет, нужно присмотреться к её современным представителям.
Самым высокопроизводительным вычислительным ядром ARM на сегодняшний день считается Cortex-A15 на основе архитектуры седьмого поколения ARMv7. И хотя тактовая частота чипа зависит от его производителя, примерный максимум составляет около 2,5 ГГц, и на этой частоте производительность чипа достигает 35 000 MIPS.
И хотя это значение выглядит смешно на фоне показателей, к примеру, Intel Core i7 (i7 Extreme Edition 3960X работает на частоте 3,33 ГГц и обеспечивает порядка 177 730 MIPS), в пересчёте MIPS на ядро на каждый MГц их характеристики довольно близки.
Однако суть даже не в этом: Cortex-A15 потребляет менее ватта электроэнергии на каждое ядро, в то время как Core i7 потребляет десятки ватт на ядро. По энергопотреблению Cortex-A15 близок к Intel Atom, но намного опережает его по производительности, в и этом заключается принципиальное преимущество всех ARM-процессоров перед чипами на архитектуре CISC.
Процессоры ARM: альтернативное будущее
Олег Нечай
Опубликовано 28 апреля 2012 года
Первые компании, занимающиеся поставками микросхем, разрабатывали и самостоятельно производили чипы. Intel всё ещё следует этой модели и выпускает процессоры на собственных фабриках. AMD первоначально также владела производственными мощностями, однако со временем избавилась от них и стала заниматься исключительно разработкой, размещая заказы на выпуск чипов на заводах контрактных производителей.
ARM Holdings за всё время своего существования не произвела ни одной микросхемы. Более того, эта компания даже не занимается продвижением продукции под своей маркой. Вместо этого она продаёт (лицензирует) интеллектуальную собственность, которая позволяет другим фирмам разрабатывать и производить чипы на основе архитектуры ARM.
Эти чипы могут быть как микропроцессорами в полном смысле этого слова, так и сложными «системами на чипе», представляющими собой аппаратную основу мобильных телефонов, планшетов или других устройств. Такие системы могут включать в себя самые разнообразные модули: графические ускорители, интерфейсы, блоки беспроводной связи и т.д.
Что же получает фирма, приобретая лицензию на выпуск чипа с вычислительными ядрами на архитектуре ARM? Первоначально в распоряжение покупателя поступала вся документация на так называемые топологические блоки, в которой подробно описывалась конструкция интегральной микросхемы. Со временем количество используемых в чипах транзисторов намного увеличилось, а число возможных технологических процессов выросло настолько, что такой подход потерял всякий смысл.
В настоящее время конструкция предоставляется в виде описания цепей, на основе которых лицензиат самостоятельно разрабатывает физический дизайн микросхемы под собственный техпроцесс. Такое описание представляет собой текстуальный рассказ о том, как различные блоки соединяются друг с другом. При этом используется специальный язык RTL (register transfer-level — «на уровне перемещения между регистрами»), который характеризует конструкцию не на уровне транзисторов, а описывает то, как потоки данных должны перемещаться между регистрами.
