מהי ארכיטקטורת ARM במחשבים ולמה היא חשובה?

אינפורמטק דיגיטל » Recursos » מהי ארכיטקטורת ARM במחשבים ולמה היא חשובה?

ארכיטקטורת ARM התפתחה מהפעלת גאדג'טים פשוטים להפעלת מחשבים ניידים, מחשבים שולחניים ושרתים . אם אי פעם השתמשתם בטלפון אנדרואיד, אייפון, רספברי פאי או מק חדש, כבר עבדתם עם מעבדים המבוססים על עיצוב זה, גם אם לא הייתם מודעים לכך.

בשורות הבאות, נבחן בפירוט מהי למעשה ארכיטקטורת ARM במחשבים, כיצד היא פועלת, מקורותיה ומדוע היא משנה את הנוף בהשוואה לארכיטקטורת x86 של אינטל ו-AMD . נדון גם בקשר שלה עם RISC-V, בתפקידה ב-Windows, macOS ו-Linux, ומדוע יצרנים גדולים אימצו סוג זה של מעבד.

מהי ארכיטקטורת ARM ועל מה היא מבוססת?

כשאנחנו מדברים על ARM אנחנו מתייחסים לארכיטקטורת מערך הוראות RISC (Reduced Instruction Set Computing) , שנועדה עבור מעבדים בעלי צריכת אנרגיה נמוכה אך חזקים יותר ויותר, המשמשים החל ממיקרו-בקרים זעירים ועד מחשבים אישיים ומרכזי נתונים.

בניגוד לארכיטקטורות CISC כמו x86/x86-64 (ראו את ההבדלים בין מעבדי אינטל ו-AMD ), ARM מסתמכת על מערך הוראות פשוט, קומפקטי ויעיל יותר . זה מאפשר מעבדים עם פחות טרנזיסטורים, פחות מורכבות פנימית וצריכת חשמל נמוכה משמעותית - גורם מפתח במכשירים ניידים ומחשבים ניידים קלים במיוחד.

נקודה חשובה היא ש- ARM Holdings (כיום Arm Ltd.) אינה מייצרת מעבדים . החברה מתכננת את הארכיטקטורה והליבות, ולאחר מכן מעבירה רישיון לטכנולוגיה זו לצדדים שלישיים (אפל, קוואלקום, סמסונג וכו'), אשר משלבים אותה ב-SoCs שלהם על ידי הוספת מעבדים גרפיים מותאמים אישית, בקרי זיכרון, מודמים ורכיבים אחרים.

בפועל, משמעות הדבר היא שיש מאות גרסאות של מעבדי ARM עם התנהגויות וביצועים שונים למדי , למרות שלכולם יש את אותו בסיס פקודות, המאפשר פיתוח של מערכות הפעלה ויישומים תואמים.

היסטוריה קצרה של ARM: מ-Acorn לדומיננטיות בשוק

סיפורה של ARM מתחיל בשנת 1983, כאשר חברת Acorn Computers החליטה לפתח מעבד חדש המבוסס על ניסיונה עם ה-MOS 6502 , השבב ששימש ברבים ממחשביה האישיים באותה תקופה. את הפרויקט הובילו סופי וילסון וסטיב פורבר.

מטרתם הייתה ליצור מעבד מתקדם אך פשוט מאוד מבחינה פנימית, ללא מיקרו-קוד ועם פילוסופיית RISC ברורה . בשנת 1985 הם השלימו את תכנון האב-טיפוס הראשון, ה-ARM1, ובשנת 1986 הגיע ה-ARM2, הגרסה המסחרית הראשונה ששימשה במחשבים כמו ה-Acorn Archimedes.

ל-ARM2 היה אפיק נתונים של 32 סיביות, מרחב כתובות של 26 סיביות, ו-16 אוגרים כלליים של 32 סיביות . אחד מאוגרים אלה שימש כמונה תוכניות (PC), כאשר חלק מהסיביות שימשו כדגלי סטטוס. מבחינה טכנית, זה היה פשוט ביותר: כ-30.000 טרנזיסטורים וללא זיכרון מטמון.

פשטות זו הביאה לצריכת אנרגיה נמוכה להפליא עבור זמן וביצועים עולים על אלו של אינטל 286. יורשו, ה-ARM3, הוסיף מטמון מאוחד קטן של 4 KB ששיפר משמעותית את הגישה החוזרת על עצמה לזיכרון.

בסוף שנות ה-80, אפל החלה לשתף פעולה עם Acorn על גרסאות חדשות של ליבת ARM . כדי להימנע מחששות מצד יצרנים אחרים, הוקמה בשנת 1990 החברה העצמאית Advanced RISC Machines (ARM), שתפקידה היה לתכנן ולרשוי דורות עתידיים של מעבדים.

שלב זה ראה את הופעתו של ה-ARM6, שהוצג בשנת 1991, בו השתמשה אפל בניוטון (ARM 610) ועל ידי Acorn ב-RiscPC. הליבה נותרה פשוטה באופן מפתיע: רק 35.000 טרנזיסטורים , מה שאפשר לשלב אותה עם ציוד היקפי מגוון וליצור מערכות מותאמות אישית.

הקפיצה העצומה של ARM לשוק הצרכני הגיעה עם ה- ARM7TDMI, הנמצא במיליוני טלפונים ניידים, קונסולות ניידות ומערכות משובצות . במקביל, Digital (DEC) רישתה את העיצוב ויצרה את ה-StrongARM, המסוגל לפעול בתדר של 233 מגה-הרץ תוך צריכת הספק של כ-1 וואט, אבן דרך ביעילות.

עם הזמן, טכנולוגיה זו עברה לידי אינטל, אשר שילבה אותה במשפחת Intel i960 ובפתרונות XScale שלה, בעוד ענקיות אחרות כמו Freescale, IBM, Texas Instruments, Nintendo, Philips, Samsung, STMicroelectronics או Atmel גם הן העניקו רישיון לארכיטקטורת ARM.

כיום, בערך שלושה רבעים ממעבדי ה-32 סיביות בעולם משלבים ליבות ARM . נוכחות זו מייצגת נוכחות עצומה: כוננים קשיחים, נתבים, צעצועים, מכוניות, טלוויזיות, טלפונים ניידים, טאבלטים, מחשבים ניידים, ובאופן גובר, מחשבים אישיים ושרתים.

משפחות מעבדי ARM עיקריות

במהלך העשורים, ARM הוציאה משפחות וגרסאות שונות של ארכיטקטורות (ARMv1, v2, v3 וכו'), כל אחת עם שיפורים בביצועים, קיבולות זיכרון, מטמונים, תמיכה בנקודה צפה ותכונות נוספות.

הדורות הראשונים, כגון ARM1, ARM2 ו-ARM3 (ARMv1 ו-ARMv2) , התמקדו במתן מעבד 32 סיביות פשוט מאוד עבור מחשבים כמו ה-BBC Micro עם מעבד ARM, ה-Acorn Archimedes או ה-RiscPC. שבבים אלה חסרו MMU מלא (במקרים מסוימים באמצעות MEMC חיצוני) והיו להם מעט מאוד מטמון, אם בכלל.

עם משפחת ARM6 (ARMv3) , נעשה הקפיצה לכתובת מלאה של 32 סיביות, ומשולבות ליבות כמו ARM600 או ARM610, חלקן עם מטמון משולב ואוטובוסים ספציפיים עבור מעבדי נקודה צפה.

מאוחר יותר הגיעו ARM7 ו-ARM7TDMI (ARMv3 ו-ARMv4T) , עם תמיכה בערכת הוראות Thumb של 16 סיביות, צינור בן 3 שלבים, וגרסאות עם מטמון, MMU או MPU. ליבות אלו הן הבסיס למוצרים פופולריים כמו Game Boy Advance, Nintendo DS, Apple iPod ומערכות משובצות של NXP, Atmel ו-Psion.

במקביל, מופיעה משפחת StrongARM (ARMv4) , תוצאה של שיתוף פעולה עם DEC, המתמקד בהשגת MIPS גבוה לוואט עבור מחשבי כף יד ומחשבים קטנים (Apple Newton 2×00, iPAQ, Zaurus וכו'), עם מטמוני L1 גדולים יחסית לאותה תקופה ו-MMU שלם.

מאוחר יותר, סדרות ARM9, ARM9E ו-ARM10E (ARMv4T ו-ARMv5) הציגו צינורות עמוקים יותר, שיפורים בהוראות DSP, תמיכה רחבה יותר ב-Thumb, יכולות Jazelle להפעלת קוד בייט של Java בחומרה, ומטמונים גדולים וניתנים להגדרה. ליבות אלו משמשות בטלפונים ניידים, מצלמות דיגיטליות, התקני רשת, קונסולות ניידות ואינספור מערכות על גבי שבבים (SoCs) אחרות.

ענף חשוב הוא XScale (ARMv5TE) , שנרכשה על ידי אינטל, שנועד למעבדי יישומים ומעבדי רשת עם תדרים גבוהים, מטמוני L1/L2 נדיבים, ובמקרים מסוימים, מאיצי RAID או פונקציות ספציפיות מאוד עבור קלט/פלט.

ARM11 (ARMv6) הציגה תוכנית של עד 9 שלבים, תמיכה ב-SIMD, Thumb-2, Jazelle DBX, שיפורי DSP וטכנולוגיות אבטחה כגון TrustZone. גרעינים אלו שימשו במכשירים ידועים כמו האייפון הראשון, ה-iPod touch מהדור המוקדם, כמה טלפונים מסדרת N של נוקיה, קונסולות משחקים וה-Raspberry Pi הראשון.

המהפכה המודרנית הגדולה הגיעה עם משפחת ה-Cortex , במיוחד ב-ARMv7-A ובפרופילי יישומים מאוחרים יותר. ליבות כמו Cortex-A5, Cortex-A8, Cortex-A9, והגרסאות מרובות הליבות שלהן (MPCore) הפכו לסטנדרט דה פקטו בסמארטפונים, טאבלטים, טלוויזיות חכמות ומחשבים ניידים קלים.

ליבות אלו משלבות ביצוע סופר-סקלרי, צינורות עמוקים, NEON (SIMD), VFP לפעולות נקודה צפה, Thumb-2 מתקדם ו-TrustZone . הן נמצאות ב-SoCs כמו אלו בסדרת OMAP של Texas Instruments, Samsung Exynos, Nvidia Tegra, Qualcomm Snapdragon ו-Apple A4/A8 ויורשיהם.

בתחום המיקרו-בקרים והמשובצים, משפחות ה- Cortex-R (פרופיל בזמן אמת) וה-Cortex-M (פרופיל מיקרו-בקרים) בולטות , עם גרסאות כגון Cortex-R4, Cortex-M0, M1, M3 ו-M4, המיועדות למערכות קריטיות, בקרה תעשייתית, רכב ואלקטרוניקה צרכנית שבהן חיזוי זמן תגובה ויעילות הם בעלי חשיבות עליונה.

סט הוראות ARM: מצבי RISC, מצבי תנאי ומצבי Thumb

מערך הפקודות של ARM תוכנן מלכתחילה כ- RISC טהור: הוראות פשוטות בגודל קבוע, שבמקרים רבים ניתן לבצע אותן במחזור שעון אחד . המפתח הוא שהמהדר ייצור רצפים יעילים עם מספר מועט של הוראות אטומיות ביותר.

מאפיין מיוחד מאוד הוא שבמצבי 32 סיביות קלאסיים, כל הוראה כוללת קוד תנאי ב-4 הביטים הגבוהים ביותר שלה . זה מאפשר כמעט לכל הוראה להיות מותנית (להתבצע רק אם מתקיימים דגלים מסוימים), מה שמפחית את הצורך בקפיצות ומונע בועות צינור בבלוקים קטנים של קוד עם תנאים תכופים.

יתר על כן, ARM מאפשר שילוב של פעולות אריתמטיות/לוגיות עם הזזות וסיבובי אוגרים בהוראה אחת . לדוגמה, משהו שווה ערך ב-C ל-"a += (j << 2);" יכול להתבטא כהוראת ARM אחת שמוסיפה ערך הזזה לאוגסטר, תוך שמירת הוראות וגישות לזיכרון.

יתרון נוסף הוא שקבוצת הכתובות תומכת במצבי טרום-הגדלה ואחרי-הגדלה, כתובות יחסיות ושיטות כתובות גמישות אחרות , שאינן נפוצות בארכיטקטורות אחרות הנחשבות גם הן כ-RISC. כל זה תורם להפחתת המספר הכולל של הוראות ולשיפור הביצועים לכל מחזור.

הארכיטקטורה הקלאסית מגדירה 16 ​​אוגרים גלויים למתכנתים בני 32 סיביות (R0-R15) . באופן עקרוני הם סימטריים, אם כי R15 משמש כמונה תוכניות (PC), R14 משמש בדרך כלל כאוגר קישור (כתובת החזרה של תת-שגרות או חריגים) ו-R13 משמש כמצביע מחסנית.

ל-ARM שני מצבי ביצוע עיקריים: מצב ARM (הוראות 32 סיביות) ומצב Thumb (הוראות 16 סיביות) . מצב ARM מציע יותר כוח (סט הוראות שלם יותר) אך מייצר קוד גדול יותר; מצב Thumb מקטין את גודל כל הוראה בחצי, ומשפר את צפיפות הקוד, ובמקרים רבים, את הביצועים במערכות עם אפיקי זיכרון צרים יותר.

Thumb הוא למעשה תת-קבוצה של ההוראות הנפוצות ביותר במשחק ARM . המעבד הראשון ששילב אותו היה ה-ARM7TDMI, ומאז כמעט כל המשפחות הבאות (ARM9, XScale, Cortex וכו') כוללות תמיכה ב-Thumb או בהתפתחות שלו, Thumb-2.

בנוסף, קיימת Jazelle DBX, טכנולוגיה המאפשרת לקוד בייט של ג'אווה לרוץ ישירות על חומרה בליבות מסוימות (אלה ששמן כולל "J", כמו ARM926EJ-S). פונקציונליות זו נועדה להאיץ מכונות וירטואליות של ג'אווה על מכשירים עם משאבים מוגבלים.

יתרונות עיקריים של ארכיטקטורת ARM

הפופולריות של ARM אינה מקרית: היא נובעת משילוב של יעילות אנרגטית, גמישות עיצובית, עלות וביצועים המספיקים לרוב השימושים.

מצד אחד, בהיותן ארכיטקטורת RISC עם סט הוראות קטן יחסית וללא מיקרו-קוד כבד, ניתן לייצר ליבות ARM עם הרבה פחות טרנזיסטורים מאשר עיצוב x86 מקביל . פחות טרנזיסטורים פירושם צריכת חשמל נמוכה יותר, פחות חום ושבבים קטנים וזולים יותר.

זה מאפשר למעבדי ARM להציע ביצועים טובים מאוד עם צריכת חשמל מינימלית , דבר קריטי בטלפונים ניידים, טאבלטים, מחשבים ניידים קלים במיוחד, התקני IoT ומערכות משובצות המופעלות על ידי סוללות או עם מגבלות תרמיות.

מודל הרישוי פועל גם לטובתה: ARM מוכרת את הקניין הרוחני של הליבות שלה לכל מיני יצרנים , שיכולים להתאים אותן אישית, למזג אותן עם בלוקים אחרים (מעבד גרפי, מודם, מאיצי בינה מלאכותית) וליצור מערכות על שבב (SoCs) המותאמות במלואן למוצרים שלהן.

זה יוצר מערכת אקולוגית עצומה של יצרנים, עם שיפורים מתמשכים בביצועים וביעילות , ומגוון רחב מאוד של הצעות כמעט לכל נישה: החל ממיקרו-בקרים זולים במיוחד ועד למעבדי 64 סיביות לשרתים.

לסיכום, ARM מציעה צריכת חשמל נמוכה, מחיר משתלם, צפיפות קוד טובה, כלים בוגרים וביצועים מקובלים שממשיכים להשתפר . היא לא תמיד מגיעה לרמות הביצועים הגולמיות של x86 במחשבי גיימינג יוקרתיים, אבל היא לא צריכה לעשות זאת ברוב התרחישים.

ARM של 32 סיביות ו-64 סיביות: אבולוציה אחרונה

העיצובים הראשונים של ARM היו ברמת 32 סיביות, ובמשך עשרות שנים הם שלטו בשוק המכשירים המשובצים והניידים . עם זאת, החל משנת 2011, Arm הציגה ארכיטקטורות עם תמיכה מקורית ב-64 סיביות (ARMv8 ואילך), מה שפתח את הדלת לעומסי עבודה כבדים בהרבה.

המעבר לארכיטקטורת 64 סיביות ב-ARM לא בא על חשבון יעילות RISC; אלא, הוא הושג הודות לתכנון מתוחכם יותר של מערך ההוראות המודרני . זה מאפשר כתובות זיכרון גדולות בהרבה ופעולות אריתמטיות מדויקות יותר, דבר שכבר חיוני במכשירים ניידים מתקדמים וכמובן, במחשבים ובשרתים.

המורכבות המופחתת בהשוואה ל-x86 נותרה יתרון: אפילו בגרסאות 64 הסיביות שלהם, מעבדי ARM משתמשים בפחות טרנזיסטורים לאותה משימה , וכתוצאה מכך עלויות ייצור נמוכות יותר וצריכת חשמל נמוכה יותר.

בתחום המחשבים האישיים, הדבר התממש במעבדים כמו Apple Silicon (M1, M2, M3...) ו- Snapdragon X Elite החדש של קוואלקום , המשלבים ליבות בעלות ביצועים גבוהים עם ליבות יעילות גבוהה וגרפיקה משולבת המסוגלת להתחרות במחשבים ניידים רבים בעלי רמת x86 במשימות כלליות.

שימוש ב-ARM במחשבים, מחשבים ניידים ומכשירים אחרים

באופן מסורתי, מעבדי ARM היו שמורים לסמארטפונים , טאבלטים, טלוויזיות חכמות, נתבים, קונסולות ניידות וגאדג'טים שבהם צריכת חשמל נמוכה הייתה המפתח ולא היה צורך בעוצמה מלאה של שולחן עבודה.

אבל זה משתנה במהירות. מצד אחד, מכשירים כמו ה-Raspberry Pi הראו שמערכת ARM יכולה לתפקד בצורה מושלמת כמיקרו-מחשב שולחני או מיני-PC למשימות משרדיות עם מערכת הפעלה מתאימה (בדרך כלל לינוקס) לעבודות משרדיות, גלישה ותכנות קל.

ראינו גם מוצרים חזקים יותר מבוססי ARM כמו ה-NVIDIA Tegra X1 , בו משתמשת Nvidia ב-Shield TV שלה, ומעל הכל, נינטנדו ב-Switch, שם האיזון בין ביצועי הגרפיקה לצריכת החשמל הוא קריטי.

בתחום הטאבלטים המתקדמים, אפל, עם שבבי סדרה A (ומאוחר יותר סדרה M), הראתה ש-ARM SoC מעוצב היטב יכול לספק ביצועים מרהיבים ביישומים יצירתיים, עבודה משרדית וריבוי משימות כבד, מבלי להזדקק למאווררים אגרסיביים.

מיקרוסופט, מצידה, משלבת מעבדי ARM במכשירים כמו Surface Pro X וגרסאות אחרות של משפחת Surface , תוך התמקדות במכשירים קלים ושקטים עם קישוריות LTE משולבת שיכולים להתחרות במחשבים ניידים מסורתיים לעבודה ניידת.

בינתיים, גוגל מקדמת מאוד את ARM במערכת האקולוגית של Chromebook . מערכת ההפעלה Chrome OS, המבוססת על Chromium ואנדרואיד, מתאימה מאוד לארכיטקטורה זו, ומציעה מחשבים ניידים קלים ובמחירים נוחים עם חיי סוללה מצוינים. יצרני Chromebook רבים בוחרים ב-ARM SoCs דווקא כדי למקסם את חיי הסוללה ולהפחית עלויות.

ARM ומערכות הפעלה: Windows, macOS, Linux ואחרות

למרות שאנשים רבים מקשרים ARM רק עם מכשירים ניידים, לרוב מערכות ההפעלה העיקריות כבר יש תמיכה בוגרת בארכיטקטורה זו , הן בגרסאות משובצות והן בסביבות שולחן עבודה ושרת.

בתחום המובייל, אנדרואיד ו-iOS פועלים כמעט אך ורק על מעבדי ARM במשך שנים , תוך ניצול יתרונות היעילות שלהם. אפל, עם המעבר שלה ל-Apple Silicon, הרחיבה פילוסופיה זו גם למחשבים שולחניים וניידים, ונטשה את מעבדי Intel x86.

במחשבי מק עם מעבדי ARM, אפל מציעה את Rosetta 2, מערכת תרגום המאפשרת ליישומים שהורכבו עבור אינטל לפעול עם ביצועים מפתיעים לטובה. זה הקל מאוד על המעבר, עד כדי כך שכיום כמעט לכל היישומים הרלוונטיים יש גרסת ARM מקורית.

בתוך המערכת האקולוגית של מיקרוסופט, Windows בחנה גישות שונות ל-ARM . Windows CE ו-Windows Embedded Compact תמכו ב-ARMv5, v6 ו-v7 בעולם המשובץ במשך שנים. מאוחר יותר הגיע Windows 8 RT עבור טאבלטים של ARM כמו ה-Surface הראשון, עם תוצאות צנועות עקב מגבלות תוכנה.

Windows 10 ו-Windows 11 לוקחים את זה צעד קדימה, ומציעים גרסאות ARM עם אמולציית יישומים x86 . ב-Windows 11, האמולציה והביצועים השתפרו במידה ניכרת, אם כי עדיין קיימות בעיות תאימות עם חלק מתוכנות שולחן העבודה הקלאסיות.

בינתיים, לינוקס ומערכות דמויות יוניקס אימצו את ARM בהתלהבות רבה . הפצות כמו דביאן, אובונטו, ארצ' לינוקס, קאלי, מנג'רו, ג'נטו ואורקל לינוקס מציעות תמונות רשמיות עבור מגוון מעבדי על שבב של ARM, כולל רספברי פאי ולוחות אחרים.

בצד של BSD, FreeBSD, NetBSD ו-OpenBSD תומכים כולם בפלטפורמות ARM מרובות , ומערכות היסטוריות כמו RISC iX רצו על מכונות Acorn המבוססות על ARM2/ARM3. בנוסף, ל-Solaris ולגרסאות UNIX אחרות היו גם יישומים לארכיטקטורה זו.

בתחום מערכות ההפעלה בזמן אמת ומערכות הפעלה משובצות, ARM קיים באנדרואיד (במקרה של התקנים משובצים), Windows CE/Embedded, .NET Micro Framework, ChibiOS/RT, FreeRTOS, eCos, Integrity, Nucleus, QNX, RTEMS, ThreadX, VxWorks, uTasker, MQX ועוד רבים . הרשימה עצומה מכיוון שכמעט כל RTOS מודרני מציע תמיכה בפרופיל ARM אחד לפחות.

אינטל, ARM וההשראה מאחורי ארכיטקטורת big.LITTLE

מעבדים קלאסיים למחשבים שולחניים וניידים, במיוחד אלו של אינטל ו-AMD, משתמשים במשך שנים בארכיטקטורות CISC x86/x86-64 עם ליבות גדולות ומורכבות יותר , המופעלות על ידי ספקי כוח חזקים ומערכות קירור ייעודיות.

לעומת זאת, עיצובי ARM עבור טלפונים ניידים ו-SoCs משובצים בחרו זה מכבר בארכיטקטורות הטרוגניות מסוג big.LITTLE , המשלבות ליבות חזקות וליבות יעילות באותו שבב כדי להתאים את הצריכה בהתאם לעומס העבודה.

רעיון זה נתן השראה ישירה לדור החדש של מעבדי Core היברידיים של אינטל, המשלבים ליבות בעלות ביצועים גבוהים (ליבות P) עם ליבות בעלות יעילות גבוהה (ליבות E) בחבילה אחת. למרות שהם אינם משתמשים ב-ARM, הם משכפלים את הגישה שהוצגה על ידי ARM כדי לשפר את היעילות והביצועים הכוללים.

באשר לתחרות ישירה, עד לאחרונה ARM נדחקה לפרויקטים ספציפיים מאוד של מחשבים שולחניים או למערכת האקולוגית של אפל . עם זאת, עם Snapdragon X Elite ופרויקטים דומים אחרים, קוואלקום ויצרניות אחרות שואפות לאתגר את x86 במחשבים ניידים מיינסטרים.

המכשול הגדול ביותר עבור ARM במחשבים המרכזיים נותר תאימות תוכנה, ובמקרה של משחקים, ההסתמכות על כרטיסי מסך ודרייברים המותאמים ל-x86 . כל עוד AMD ואינטל ישמרו על הדומיננטיות שלהן בכרטיסי מסך ייעודיים ומעבדים בעלי ביצועים גבוהים, עולם המשחקים יישאר קשור במידה רבה ל-x86.

ARM לעומת RISC-V: שתי ארכיטקטורות RISC שונות

בשנים האחרונות, RISC-V, ארכיטקטורת RISC נוספת המתחרה ישירות עם ARM בחזיתות רבות , צברה נראות משמעותית . כמו ARM, RISC-V מכוון למכשירים בעלי צריכת אנרגיה נמוכה, אך הוא שונה בהיבט מרכזי אחד: זהו ISA פתוח וללא רישיון.

בעוד שהשימוש ב-x86-64 או ב-ARM כרוך בתשלום תמלוגים לאינטל, AMD או Arm בע"מ , כל חברה או אדם פרטי יכולים לתכנן, לייצר ולמכור מעבדי RISC-V מבלי לשלם זכויות על ערכת הוראות. זה הופך את RISC-V לאטרקטיבי במיוחד עבור מדינות ויצרנים המחפשים עצמאות טכנולוגית והפחתת עלויות.

נכון לעכשיו, מבחינת יכולות טהורות, גם ל-ARM וגם ל-RISC-V יש הרחבות של 64 סיביות ותמיכה במערכות הפעלה שלמות . ARM כבר מבוסס היטב באנדרואיד, iOS, macOS ו-Linux, בעוד ש-RISC-V מתחיל לקבל תמיכה רשמית באנדרואיד (גוגל מקדמת אותו כארכיטקטורה מהשורה הראשונה) ובהפצות לינוקס כמו אובונטו ופדורה.

מבחינת תמיכת יצרנים, ל-ARM ממשיכה להיות יתרון מכריע . כמעט כל הסמארטפונים, הטאבלטים והמכשירים החכמים הזמינים כיום משתמשים ב-ARM, בעוד שרוב שבבי ה-RISC-V הנוכחיים עדיין מכוונים לפיתוח, מיקרו-בקרים ומוצרים ספציפיים מאוד.

עם זאת, RISC-V מנצח בבירור מבחינת מחיר וחופש עיצוב . ללא עלויות רישוי, קל יותר ליצור מוצרים זולים במיוחד או מותאמים אישית מאוד, מה שמסביר את העניין של מדינות כמו סין ורוסיה לאמץ ארכיטקטורה זו עבור הפרויקטים שלהן.

אם היינו צריכים לבחור "מנצח" כרגע, ARM עדיין הייתה עדיפה מבחינת מערכת אקולוגית, תוכנה זמינה ובגרות . RISC-V, לעומת זאת, היא מתחרה מבטיח מאוד לעתיד, במיוחד בתחומי המכשירים הזולים, האינטרנט של הדברים, נתבים, מחשבים אישיים בסיסיים וסמארטפונים זולים.

במבט על התמונה הגדולה, ארכיטקטורת ARM ביססה את עצמה כאחת מאבני היסוד של המחשוב המודרני : היא מפעילה הכל, החל מטלפונים ניידים בהם אנו משתמשים מדי יום ועד למחשבים ניידים קלים במיוחד, מחשבי Chromebook, מחשבי Mac עם Apple Silicon, ומגוון רחב של התקנים משובצים. פילוסופיית ה-RISC שלה, השילוב של יעילות אנרגטית וביצועים מספקים, מודל הרישוי שלה ותמיכה רחבה במערכות הפעלה מסבירים מדוע היא שולטת במגוון כה רב של פלחים, אפילו כאשר הצעות חדשות יותר כמו RISC-V מתחילות לצוץ כחלופה פתוחה בעולם המעבדים.