Toată lumea merge ARM în aceste zile – Amazon și Apple livrează ambele procesoare interne cu creșteri nebunești de performanță, zvonind că Microsoft își dezvoltă propriile lor. În mod istoric, ARM a fost utilizat pentru cipuri mobile de putere redusă, așa că de ce ARM zdrobește exact x86 pe spațiul de pe desktop și server?
Toată lumea merge în brațe în aceste zile
Lumea procesorului este o industrie complexă și doar câteva modele de la câteva companii sunt capabile să concureze pe performanța ridicată. De obicei, Intel sau AMD dețin coroana performanței, ambele producând procesoare x86. Dar recent, procesoarele de la Apple și Amazon, bazate pe ARM, au dus Intel (și arhitectura x86) să alerge pentru banii lor.
Amazon are procesorul Graviton2, care nu este mai rapid decât serverele Intel, dar este mai rentabil și folosește mai puțină energie. Cu cât de mult a fost o îmbunătățire față de Graviton1, următoarea lor iterație va fi probabil o concurență acerbă în spațiul serverului.
Apple a ieșit din parc cu primul lor procesor non-mobil, procesorul Apple Silicon M1, care rulează mai rapid decât procesoarele Intel desktop și aproape la fel de rapid ca seria Ryzen 5000 a AMD, coroana de performanță actuală. Este siliciu personalizat care face ca Apple Macbook-urile să fie cele mai rapide laptop-uri din lume, spre nemulțumirea entuziaștilor de PC (inclusiv eu).
De fapt, sunt atât de departe în fața spațiului laptop, încât Windows pe Macbook M1 funcționează mai repede decât Surface Pro X, în ciuda faptului că Windows pe ARM rulează doar printr-un emulator. Și, de parcă nu ar fi fost suficient de umilitor, îl zdrobește absolut cu un scor Geekbench Single-Core de 1.390 în comparație cu 802 al Surface, ceea ce este ridicol de rău în comparație. M1 este foarte rapid.
De asemenea, se zvonește că Microsoft își dezvoltă propriul procesor ARM intern și, deși acel zvon provine din spațiul serverului Azure, probabil că ar folosi același cip pentru Surface, dacă pot corespunde performanțelor Apple.
Care este diferența dintre ARM și x86?
La sfârșitul zilei, nu există prea multă diferență între ARM și x86. Puteți rula în continuare Google Chrome și puteți urmări YouTube pe oricare dintre ele. De fapt, este posibil să faceți acest lucru chiar acum, deoarece aproape toate Android-urile și fiecare iPhone folosesc un procesor bazat pe ARM.
Cea mai mare diferență pentru majoritatea oamenilor este că aplicațiile mai vechi destinate x86 vor trebui recompilate pentru a rula și pe ARM. Pentru unele lucruri acest lucru este ușor, dar nu totul va fi acceptat, în special software vechi. Cu toate acestea, chiar și asta poate rula de obicei prin emulare x86, pe care Windows începe să o accepte.
Pentru dezvoltatori, există o mulțime de diferențe în modul în care aplicațiile sunt compilate, dar în zilele noastre, majoritatea compilatoarelor fac o treabă bună de a sprijini seturile majore de instrucțiuni și nu va trebui să faceți multe modificări pentru a obține compilarea pentru mai multe platforme .
Dar cum funcționează ARM mai repede?
Pentru a răspunde la această întrebare, va trebui să aprofundăm modul în care funcționează procesoarele sub capotă.
ARM și x86 sunt ambele seturi de instrucțiuni, de asemenea cunoscut ca si arhitecturi, care practic sunt o listă de „programe” de microcoduri pe care le acceptă CPU. Acesta este motivul pentru care nu trebuie să vă faceți griji cu privire la rularea unei aplicații Windows pe un anumit procesor AMD sau Intel; ambele sunt procesoare x86 și, în timp ce designurile exacte sunt diferite (și funcționează diferit), ambele acceptă aceleași instrucțiuni. Aceasta înseamnă că orice program compilat pentru x86 va suporta, în general, ambele procesoare.
CPU-urile execută operațiuni în mod secvențial, cum ar fi o mașină care are o listă de sarcini de făcut. Fiecare instrucțiune este cunoscută sub numele de opcode, iar arhitecturile precum x86 au multe opcodes, mai ales având în vedere că există de zeci de ani. Datorită acestei complexități, x86 este cunoscut sub numele de „Set de instrucțiuni complex” sau CISC.
Arhitecturile CISC adoptă în general abordarea de proiectare a împachetării multor lucruri într-o singură instrucțiune. De exemplu, o instrucțiune pentru multiplicare poate muta date dintr-o bancă de memorie într-un registru, apoi efectua pașii pentru multiplicare și amesteca rezultatele în memorie. Toate într-o singură instrucțiune.
Totuși, sub capotă, această instrucțiune este descompusă în multe „micro-op-uri” pe care CPU le execută. Avantajul CISC este utilizarea memoriei și, deoarece pe vremuri era la un nivel superior, CISC era mai bun.
Cu toate acestea, acesta nu mai este blocajul, și aici intră în joc RISC. RISC, sau set de instrucțiuni reduse, elimină practic instrucțiunile complexe din mai multe părți. Fiecare instrucțiune poate fi executată în mare parte într-un singur ciclu de ceas, deși multe operații lungi vor trebui să aștepte rezultatele din alte zone ale procesorului sau ale memoriei.
Deși acest lucru pare să meargă înapoi, are implicații uriașe pentru proiectarea procesorului. CPU-urile trebuie să-și încarce toate instrucțiunile din RAM și să le execute cât mai repede posibil. Se pare că este mult mai ușor să faci asta atunci când ai multe instrucțiuni simple față de o mulțime de instrucțiuni complexe. Procesorul funcționează mai repede când bufferul de instrucțiuni poate fi umplut, iar acest lucru este mult mai ușor de făcut atunci când instrucțiunile sunt mai mici și mai ușor de procesat.
RISC are, de asemenea, avantajul a ceva numit Executare în afara comenzii sau OoOE. În esență, CPU-ul are o unitate înăuntru care reordonează și optimizează instrucțiunile care intră în el. De exemplu, dacă o aplicație trebuie să calculeze două lucruri, dar acestea nu depind una de cealaltă, CPU le poate executa pe ambele în paralel. De obicei, codul paralel este foarte complicat de scris de către dezvoltatori, dar la cele mai scăzute niveluri ale procesorului, poate folosi multi-tasking pentru a accelera lucrurile. Cipul Apple M1 folosește OoOE cu un efect deosebit.
Dacă sunteți interesat de funcționarea interioară, ar trebui să citiți această scriere fantastică de Erik Engheim despre ceea ce face cipul Apple M1 atât de rapid. Pe scurt, folosește intens siliciul specializat, executarea în afara comenzii și are mult mai multe decodoare de instrucțiuni pentru a-i susține viteza.
ARM va înlocui x86?
Răspunsul sincer este: probabil. Intel simte sfârșitul legii lui Moore de ani de zile și, deși AMD a reușit să facă salturi de performanță în ultimii ani, nu sunt cu mult înainte.
Acest lucru nu înseamnă că x86 va dispărea în curând, dar este clar că ARM are mai mult potențial decât simpla arhitectură mobilă – un stigmat care nu mai este valabil având în vedere direcția actuală a industriei. Avantajele arhitecturilor RISC sunt clare și, cu cât s-a îmbunătățit deja cipul Apple M1, viitorul industriei pare promițător.
În plus, ARM nu este singura arhitectură RISC de acolo. Este încă proprietar, deși ARM își licențiază proiectele către designeri terți, precum Qualcomm, Samsung și Apple. RISC-V este open source și este la fel de promițător. Este o arhitectură standardizată a setului de instrucțiuni, lăsând implementările exacte în sarcina producătorului. Dacă industria se îndreaptă către RISC în general, vor exista implementări de surse deschise și închise disponibile.
