Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 118

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.

Читайте далее: чипы архитектуры ARM используются повсеместно — от кофеварок до телевизоров, а в автомобиле их может быть и несколько. Но смогут ли они вернуться в корпуса обычных ПК?

К оглавлению

Опубликовано28 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.

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.