Цифровой журнал «Компьютерра» 2012 № 18 (118) - [3]
Разумеется, такая схема подходит не всем, и ARM иногда предоставляет партнёрам готовые топологические блоки, что позволяет оптимизировать конструкцию под конкретные задачи и ускорить вывод готовой системы на рынок. К примеру, так продаются лицензии на процессор Osprey (двуядерный Cortex-A9), и всё, что остаётся сделать производителю, — это изготовить литографические маски для тиражирования микросхем.
Обычно мы представляем себе процессор в виде главной микросхемы на системной плате, а ядра, которых может быть несколько, — как его составные части, непосредственно отвечающие за исполнение инструкций.
В мире ARM термины «процессор» и «ядро» имеют несколько иное значение. Процессором называется конструкция, состоящая из одного или нескольких ядер, кэш-памяти, системной шины и прочих элементов, которую производитель может немедленно превратить в микросхему. Так, процессоры ARM Cortex-A9 в настоящее время выпускают несколько компаний, среди которых NEC, Texas Instruments и Toshiba.
Ядро — это центральный элемент микропроцессора, который производитель может использовать для создания микросхем собственной конструкции. Такая «система на чипе» (SoC) может представлять собой гораздо более сложное изделие, чем процессор, и отвечать за большую часть функциональности того или иного устройства в целом. Подобные микросхемы позволяют свести к минимуму число компонентов для сборки конечного продукта, уменьшить габариты печатной платы и снизить себестоимость, что особенно важно для крупносерийного производства.
Типичный пример современной «системы на чипе» — микросхема Samsung Exynos 4210, предназначенная для сборки смартфонов, планшетов и нетбуков. В состав этого чипа входят два ядра ARM Cortex-A9, работающие на частоте 1,2 ГГц, графический 3D-ускоритель, кодек видео высокой чёткости 1080p, звуковой адаптер, флэш-память, интерфейсы для подключения экрана, камеры и клавиатуры, шины USB, PCI Express, SATA. Кроме того, предусмотрена возможность работы с различными чипами беспроводной связи 3G/4G, HSPA+, Wi-Fi и GPS. Иными словами, в одной такой микросхеме умещается практически всё, что представлено отдельными модулями на материнской плате обычного настольного ПК.
Всем известно, что процессоры ARM и «системы на кристалле» на базе архитектуры ARM используются в смартфонах, планшетах, нетбуках и других портативных устройствах, но это лишь вершина айсберга.
Гуляя по любому современному торговому центру, вы проходите мимо огромного количества процессоров ARM, даже не подозревая об этом. Такие чипы установлены в самой разнообразной электронике: в телевизионных и игровых приставках, медиаплеерах и интернет-радиоприёмниках, телевизорах и музыкальных центрах, проигрывателях DVD и Blu-ray, приёмниках GPS и электронных книгах, цифровых фото- и видеокамерах и в домашних медиацентрах. Процессоры ARM используются в разнообразном медицинском оборудовании — от сканеров до систем удалённого мониторинга.
Микросхемы ARM применяются в качестве «мозга» жёстких дисков и твёрдотельных накопителей, принтеров и маршрутизаторов, точек доступа и беспроводных клавиатур. Более дешёвые и простые чипы на ядрах ARM можно обнаружить в кофеварках, беспроводных телефонах и даже в игрушках. Если у вас более-менее современный автомобиль, то в нём наверняка найдётся несколько устройств с микросхемами ARM — это и информационно-навигационные системы, и модули управления подушками безопасности, и блоки управления двигателем.
Заслуживает отдельного упоминания проект Mont-Blanc, объединивший европейских разработчиков аппаратного и программного обеспечения в работе над гибридным суперкомпьютером на базе чипов ARM NVIDIA Tegra. Цель проекта — создать на площадке Барселонского супервычислительного центра машину, не уступающую по производительности лучшим современным суперкомпьютерам, но чтобы при этом она потребляла в 15-30 раз меньше электроэнергии. К 2014 году планируется добиться примерно десятикратной энергоэффективности по сравнению с машинами на чипах x64 при сопоставимой производительности.
Архитектура ARM зародилась в чипах для настольных персональных компьютеров, затем в течение двух десятилетий она пряталась в микросхемах для бытовой техники и промышленного оборудования, а сегодня снова вышла на компьютерный рынок в планшетах и нетбуках. Но смогут ли процессоры ARM вернуться в корпуса обычных ПК и потеснить чипы CISС?
Скорее всего, нет, но рынок стремительно движется к отказу от десктопов в сторону всё более мобильных устройств — ноутбуков, нетбуков, планшетов. Для такой техники, рассчитанной на работу от аккумуляторов, критически важным становится низкое энергопотребление, а именно это — одна из самых сильных сторон архитектуры ARM. Кроме того, «системы на кристалле» позволяют сделать максимально компактный аппарат, что не менее важно для мобильного гаджета.
К ограничениям современных процессоров ARM часто относят их тридцатидвухразрядную архитектуру, ограничивающую объём адресуемой памяти, однако уже в ближайшем будущем ожидается появление нового поколения шестидесятичетырёхбитных чипов ARMv8, которые смогут найти применение там, где требуется работа с большими объёмами данных, например в серверах. Новые процессоры особенно хорошо подходят для серверов, размещаемых в дата-центрах, одними из ключевых требований к которым являются энергоэффективность и коэффициент производительности MIPS на единицу занимаемой площади.
