- Architektúra ARM je založená na filozofii RISC, ktorá uprednostňuje jednoduché inštrukcie pre optimalizáciu spotreby energie.
- Jeho obchodný model založený na licencovaní duševného vlastníctva umožnil viacerým výrobcom vytvárať vlastné čipy.
- Vyvinula sa zo základných mikrokontrolérov na výkonné 64-bitové procesory, ktoré konkurujú architektúre x86.
Ak toto čítate na mobilnom telefóne, pravdepodobne máte vo vrecku čip ARM, ktorý pracuje na plný výkon. Či už ste skôr používateľom iPhonu alebo Androidu, táto technológia sa stala neviditeľným motorom, ktorý poháňa dnešnú digitálnu mobilitu . Ale nenechajte sa mýliť, ARM nie je len pre telefóny; začal významne prenikať do sveta počítačov a búrať bariéry, o ktorých sme si mysleli, že sú neotrasiteľné.
Aby sme pochopili, kde sa nachádzame, musíme sa obzrieť späť a uvedomiť si, že toto všetko sa nezačalo v garáži v Silicon Valley, ale v Spojenom kráľovstve. To, čo sa začalo ako projekt na zlepšenie počítačovej gramotnosti, sa nakoniec stalo revolúciou v oblasti efektívnosti , ktorá dnes umožňuje, aby naše batérie vydržali oveľa dlhšie ako pri tradičných stolových počítačoch.
Počiatky a dedičstvo spoločnosti Acorn Computers
Všetko sa to začalo v roku 1983. Spoločnosť Acorn Computers chcela vytvoriť pokročilý procesor, ktorý by nebol problémom pre programátorov zvyknutých na MOS 6502. Pod vedením Sophie Wilsonovej a Steva Furbera tím navrhol ARM1 v roku 1985, hoci prvou verziou, ktorá sa skutočne dostala na trh, bol ARM2 v roku 1986. Tento čip bol skutočným zázrakom jednoduchosti: mal iba 30 000 tranzistorov , nepoužíval mikrokód a chýbala mu vyrovnávacia pamäť, vďaka čomu bol neuveriteľne energeticky úsporný.
Ako roky plynuli, ich ambície rástli. Spoločnosť Apple sa začala zaujímať o toto jadro a v roku 1990 spoločne založili spoločnosť Advanced RISC Machines Ltd. Toto partnerstvo umožnilo, aby ARM6 poháňal Apple Newton, zariadenie, ktoré síce neprinieslo očakávaný úspech, ale slúžilo ako dôkaz, že ARM je ideálnou cestou pre prenosný hardvér . Následne sa rodina ARM7 stala globálnym fenoménom a našla si cestu do miliónov mobilných telefónov a konzol, ako napríklad Game Boy Advance.
Čo presne je RISC návrh a ako funguje?
Keď hovoríme o ARM, hovoríme o RISC (Reduced Instruction Set Computer). Na rozdiel od architektúry CISC (ako napríklad od Intelu alebo AMD), ktorá používa zložité inštrukcie, ktorých vykonanie môže trvať niekoľko cyklov, ARM používa redukovanú sadu inštrukcií . Myšlienka je jednoduchá: urobiť každú inštrukciu tak jednoduchú, aby sa dala vykonať v jednom pamäťovom cykle, čo zrýchľuje proces a zabraňuje prehriatiu čipu.
Tento prístup umožňuje procesoru oveľa plynulejšie vykonávať úlohy načítavania, dekódovania a spúšťania. Okrem toho spoločnosť ARM implementovala inovácie, ako napríklad režim Thumb, ktorý používa 16-bitové inštrukcie namiesto 32-bitových, aby sa šetrila pamäť a výkon, a technológiu Jazelle, ktorá je navrhnutá na priame spúšťanie Javy v hardvéri.
Rodiny procesorov: Od internetu vecí do cloudu
Nie všetky čipy ARM sú rovnaké, pretože sú rozdelené do skupín podľa ich zamýšľaného použitia:
- Kôra-A: Sú to ťažké váhy, určené pre komplexné aplikácie. Sú to práve oni, ktorí ovládajú smartfóny, tablety a cloudové servery a podporujú... operačné systémy ako Android alebo iOS.
- Cortex-R: Špecializujú sa na aplikácie v reálnom čase. Používajú sa tam, kde je presnosť nevyhnutná, napríklad v brzdových systémoch automobilov alebo v kritických priemyselných riadiacich jednotkách.
- Cortex-M: Sú to mikrokontroléry optimalizované pre minimálnu spotrebu energie. Nájdete ich na adrese inteligentné zariadenia a senzory internetu vecídomáce spotrebiče a zdravotnícke pomôcky.
Jedným z klenotov je architektúra big.LITTLE. V podstate kombinuje vysokovýkonné jadrá s vysokoúčinnými jadrami. Takže keď kontrolujete čas, čip používa menšie jadrá na šetrenie batérie, ale ak spustíte náročnú hru, zapnú sa vysokovýkonné jadrá, ktoré dodajú všetok potrebný výkon.
Veľká bitka: ARM verzus x86
Debata medzi ARM a x86 je v podstate bojom medzi efektivitou a surovým výkonom. Procesory x86 sú optimalizované pre stolové počítače a masívne servery, kde je neustála spotreba energie a obrovské ventilátory. Naproti tomu ARM vyniká v tepelnom manažmente a výdrži batérie , čo umožňuje vytvárať tenké, ľahké a predovšetkým tiché systémy.
Najväčšou slabinou architektúry ARM bola historicky kompatibilita. Keďže softvér musí byť napísaný špeciálne pre danú architektúru, mnohé aplikácie pre Windows určené pre ARM nebežia natívne. Aby sa tento problém vyriešil, spoločnosť Apple vytvorila Rosetta 2, prekladač, ktorý umožňuje aplikáciám Intelu bežať na čipoch M1, M2 a M3, vďaka čomu je prechod pre používateľa takmer bezproblémový.
Obchodný model: Licencovanie a ekosystém
Najzaujímavejšie na spoločnosti ARM Holdings je, že fyzicky nevyrába čipy. Jej podnikanie je duševné vlastníctvo. Navrhujú plán (architektúru) a potom tento dizajn licencujú spoločnostiam ako Qualcomm, Samsung alebo MediaTek. Tieto spoločnosti berú základný dizajn a prispôsobujú ho, pridávajú vlastné GPU (ako Mali) alebo neurónové procesorové jednotky (NPU) pre umelú inteligenciu, čím vytvárajú slávne SoC (System on a Chip).
Tento model umožnil takýto fenomenálny rozmach. Vďaka tomu, že spoločnosť ARM nemusí vyrábať kremík, sa môže sústrediť na dizajnové inovácie, zatiaľ čo výrobcovia súťažia o to, kto vyrobí najvýkonnejší alebo najefektívnejší čip. To vysvetľuje obrovskú rozmanitosť hardvéru , ktorý vidíme , od jednoduchých elektronických hračiek až po výkonné procesory Snapdragon X Elite pre notebooky.
Dnes sa priemysel posúva smerom ku konvergencii. Dokonca aj Intel začal prijímať heterogénne architektúry inšpirované konceptom big.LITTLE od spoločnosti ARM. Zatiaľ čo x86 zostáva kráľom v extrémnych hrách a rozsiahlych databázach, ARM vyhral bitku v mobilných výpočtoch a vďaka svojmu vynikajúcemu výkonu na watt začína robiť rozruch aj v profesionálnych notebookoch.
