Vlastnosti a výhody počítačů ARM: vše, co potřebujete vědět

Tento článek vás zve k ponoření se do fascinujícího světa Počítače ARM. Podíváme se blíže na jejich historii, jak fungují, jejich reálné využití, rozdíly oproti jiným architekturam (jako je x86 od Intelu a AMD) a jejich silné a slabé stránky.

Ještě před pár desítkami let, když někdo zmínil slovo „procesor“, první věc, která ho napadla, byly značky jako Intel o AMD, se svými známými PC čipy. V posledních letech se však v tomto odvětví proslavil nový hráč, který způsobil revoluci v tom, jak chápeme počítače, mobilní telefony a všechny druhy digitálních zařízení: ARM procesory. Ale co se za touto architekturou skutečně skrývá? Jaké jsou jeho skutečné výhody oproti jiným tradičním procesorům?

Jak funguje procesor ARM? Klíčové principy a rozdíly oproti x86

Klíč k architektuře ARM spočívá v jednoduchost a efektivita instrukční sady. Protože jsou procesory ARM založeny na filozofii RISC, provádějí velmi základní operace (sčítání, odčítání, přesun dat, skoky atd.) v jednotlivých hodinových cyklech, namísto složitých a dlouhých instrukcí jako u CISC (typických pro x86 od Intelu a AMD). To znamená, že čip ARM může mít méně tranzistorů, což zase znamená:

• Nižší spotřeba energie.
• Snížení generovaného tepla.
• Nižší výrobní náklady.

V novějších designech (jako jsou ARMv8 a ARMv9) Procesor ARM může pracovat v 32bitovém i 64bitovém režimu., čímž se v každodenních úkolech vyrovnává a někdy i překonává výpočetní výkon svých x86 konkurentů. Ten/Ta/To základní přizpůsobení umožňuje každému výrobci přidat specifické jednotky, rozšířit mezipaměť, přidat grafické koprocesory nebo umělou inteligenci atd.

Existují také dva režimy provozu:

• Režim ARM32bitové instrukce, maximální výkon a výkon
• Režim palce16bitové komprimované instrukce, nižší spotřeba energie a vyšší hustota kódu, ideální pro zařízení s omezenou pamětí

Jednoduchost neznamená nedostatek síly: Aktuální verze ARM mají pokročilé pipeline, predikci větvení a více jader., což se velmi blíží výkonu nejlepších čipů x86, zejména v úlohách, kde je energetická účinnost kritická.

Hlavní vlastnosti počítačů ARM

Abychom plně pochopili, co dělá počítač s procesorem ARM výjimečným, musíme se podívat na všechny jeho vlastnosti. technické vlastnosti, a to jak na úrovni hardwaru, tak i logické architektury:

• RISC architekturajednoduchá instrukce, rychlé provedení, méně tranzistorů
• Základní přizpůsobeníVýrobci mohou upravovat design, integrovat grafiku, umělou inteligenci, zabezpečení atd.
• Ultra nízká spotřeba energieideální pro přenosná zařízení a vybavení bez aktivních chladicích systémů
• Kompatibilita s 32 a 64 bitovými systémyNejnovější generace podporují obojí, čímž se zlepšuje jak rychlost, tak i kapacita paměti.
• Efektivita mezipaměti a pamětiIntegrace optimalizované mezipaměti L1/L2 a datové sběrnice
• Rozšířená podpora instrukcíRežim palce, podpora SIMD (NEON), jednotky s plovoucí desetinnou čárkou a rozšíření pro umělou inteligenci v nejnovějších modelech
• Otevřená licenceKdokoli si může vyvinout vlastní čipy založené na ARM zaplacením designové licence. To vedlo k obrovské rozmanitosti produktů a konkurenci mezi výrobci.
• Široká kompatibilita s operačními systémyAndroid, iOS, Windows, Linux, macOS (na nejnovějších Macech) a mnoho dalších

Na úrovni užívání, Šíření čipů ARM se neomezuje pouze na mobilní telefony a tablety.; Stále více počítačů ARM, notebooků, mini PC, serverů a dokonce i superpočítačů se spoléhá na jejich efektivitu a škálovatelnost.

Výhody počítačů ARM oproti Intelu a AMD

Výhody architektury ARM oproti tradičním procesorům x86 (Intel a AMD) jsou celkem zřejmé. Mezi silné stránky patří:

• Bezkonkurenční energetická účinnost: Spotřeba elektrické energie je mnohem menší, což se promítá do Delší výdrž baterie pro notebooky a nižší účty za elektřinu pro servery. Některé čipy ARM nejnovější generace spotřebovávají sotva 1 W, ve srovnání s 15–45 W u konvenčních čipů x86.
• Chlazení jednodušeprodukcí menšího množství tepla, Nevyžadují výkonné ventilátory ani složité systémy odvodu tepla. To umožňuje bezventilátorové provedení, tenčí a tišší pouzdra.
• Nejnižší výrobní cenaméně tranzistorů a křemíku, snazší výroba ve velkém měřítku, snížení nákladů a umožnění výroby cenově dostupných počítačů.
• Flexibilita a přizpůsobeníVýrobci si mohou vytvořit vlastní čipy pro každou potřebu, od velmi malých zařízení internetu věcí až po vysoce výkonné počítače.
• Neustálé aktualizaceKonkurence mezi výrobci (Apple, Qualcomm, Samsung, MediaTek, NVIDIA atd.) podporuje inovace a neustálé zlepšování výkonu a efektivity.
• Podpora více platforemJe běžné vidět počítače ARM kompatibilní s Androidem, Linuxem, Chrome OS, Windows 10/11 a macOS, které nabízejí… obrovská všestrannost pro vývojáře i uživatele.

Tyto výhody vysvětlují Proč procesory ARM dobyly mobilní svět a nyní vážně konkurují v oblasti notebooků, konvertibilních počítačů, mini PC a serverů. Příchod čipů Apple Silicon v počítačích Mac ukázal, že lze dosáhnout skvělé rovnováhy mezi výkonem a výdrží baterie, což připravilo cestu pro další výrobce, aby následovali tento příklad.

Hlavní současné nevýhody a omezení

Samozřejmě to nejsou všechny výhody. Počítače ARM mají také omezení, která je třeba zvážit.:

• Omezená kompatibilita softwarumnoho aplikací (zejména těch určených pro x86) Nativně nefungují na ARM.. Ačkoli existují emulační systémy (například Rosetta 2 od Apple nebo Prism ve Windows), výkon může být ovlivněn.
• Nižší hrubý výkon v některých scénáříchVe velmi náročných úlohách (profesionální střih videa, extrémní hraní her, CAD, pokročilá virtualizace) čipy ARM Obvykle zaostávají za nejlepšími x86.
• Závislost na optimalizacích: pro vytěžit z toho maximum, vývojáři musí vytvořit specifické verze svých aplikací pro ARM.
• Nižší dodávky hardwaru a komponentů: Ačkoli se rychle mění, v tuto chvíli existují Méně možností pro 100% ARM kompatibilní komponenty a příslušenství na trhu, zejména v Evropě a Americe.
• Omezení v hraní her a přizpůsobeníHerní počítače často vyžadují dedikované grafické karty, více RAM a možnosti upgradu, které jsou na platformách ARM ještě omezenější než na platformách x86.

Trendem však je, že se tato omezení časem snižují, jelikož výrobci a vývojáři se stále více spoléhají na ARM.

Typy procesorů ARM a technologický vývoj

Ekosystém ARM má několik variant a rodin, od prvních 16- a 32bitových čipů až po nejnovější 64bitové stroje určené pro servery, stolní počítače a špičkové notebooky. Podívejme se na ty hlavní:

• RAMENO1, RAMENO2, RAMENO3historičtí průkopníci, široce používaní v raných osobních počítačích a vestavěných systémech
• ARM6, ARM7, ARM9, ARM11: progresivní vývoj výkonu a efektivity s integrovanou mezipamětí, podporou multimédií a výskytem instrukcí SIMD a Thumb
• StrongARM a XScale: čipy licencované společnostmi DEC a Intel, velmi populární v roce 2000 v PDA, mobilních telefonech a průmyslových zařízeních
• Cortex-A, Cortex-R, Cortex-Mnejrelevantnější rodiny současnosti. Cortex-A pro univerzální aplikace (chytré telefony, tablety, notebooky), s jednojádrovými a vícejádrovými verzemi, NEON, TrustZone a multimediálními funkcemi. Cortex-R pro systémy reálného času (auta, automatizace) a Cortex-M pro nízkoenergetické a cenově dostupné mikrokontroléry.
• Apple křemíkVlastní čipy společnosti Apple založené na architektuře ARM, od M1 po M3, s variantami Pro, Max a Ultra, které jsou lídry ve výkonu notebooků a stolních počítačů s operačním systémem macOS.
• hledíkVlajková loď společnosti Qualcomm, široce používaná v mobilních telefonech a nyní i v ultrabookech a noteboocích se Snapdragon X Elite a novým Copilot+ PC.

Související článek:

V čínské certifikaci se objevuje nové zařízení Surface Pro, které představuje aktualizaci poháněnou ARM.

Kompatibilita operačních systémů a softwaru na ARM

Klíčovým aspektem je kompatibilita softwaru, zejména v operačních systémech a aplikacích pro stolní počítače:

• Android a iOSSystémy navržené od začátku pro ARM, zajišťující kompatibilitu a dobrý výkon na mobilních telefonech a tabletech.
• LinuxŠiroká podpora distribucí jako Ubuntu, Debian, Arch Linux, Kali, Gentoo, Oracle Linux a mnoho dalších, stejně jako BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD).
• macOSOd roku 2020 běží Macy s Apple Silicon pouze na ARM, přičemž většina aplikací je portována nebo emulována pomocí Rosetta 2.
• Windows 10 a 11 pro ARMVylepšené verze, které podporují nativní aplikace a emulaci x86, zejména díky systému Windows 11 Copilot+ a jeho enginu Prism.

Velkou výzvou pro počítače ARM v současnosti zůstává... kompatibilita desktopových aplikací. I když mnoho populárních aplikací již má nativní verze pro ARM, stále existuje specializovaný software, který vyžaduje emulaci nebo není optimalizován.

Trh a nejrelevantnější výrobci počítačů ARM

Dnes na trhu s ARM procesory pro počítače vyniká několik společností a zařízení, které udávají trendy:

• jablkose svými MacBooky, iMacy, Mac Mini a Mac Studio založenými na Apple Siliconu. Kromě toho iPhone, iPad, Apple Watch a Apple TV také používají ARM.
• MicrosoftPočítače ARM v řadách Surface Pro X a Surface Copilot+ představují závazek společnosti Redmond s nativní podporou pro Windows a optimalizačním úsilím.
• Qualcomm: lídr v oblasti mobilních telefonů s hledíka v současné době v ultrabookech a noteboocích se Snapdragon X Elite a Copilot+ PC.
• GoogleChrome OS na Chromeboocích s skvělou výdrží baterie a kompatibilitou s aplikacemi pro Android.
• Samsung, HP, Acer, LenovoNabízejí notebooky, tablety a konvertibilní počítače s čipy ARM a předinstalovaným systémem Windows 11 ARM, přičemž kladou důraz na autonomii a lehkou konstrukci.
• Raspberry Pi: platforma tvůrců, která přinesla ARM milionům uživatelů a podpořila programování, robotiku a internet věcí.

Klíčové rozdíly mezi ARM a x86 (Intel/AMD)

Pro mnohé je hlavní otázkou: jak se procesor ARM skutečně liší od procesoru Intel nebo AMD x86?

• Typ instrukcíARM používá RISC s jednoduchými a krátkými instrukcemi; x86 je CISC se složitými a dlouhými instrukcemi.
• Výkon na wattARM vyniká energetickou účinností, ideální pro baterie a pasivní systémy; Hrubý výkon x86 pro náročné úlohy.
• ArchitekturaARM je modulární a přizpůsobitelný, x86 je uzavřenější a homogennější.
• Kompatibilita softwaruArchitektura x86 má desítky let nativního softwaru, ale ARM se rychle rozvíjí v oblasti aplikací a multiplatformního rozvoje.
• Cílový trhARM dominuje v mobilních technologiích, internetu věcí a roste v segmentu notebooků a serverů; x86 na PC, hraní her a starších systémech.

Budoucnost počítačů ARM: co můžeme očekávat?

El budoucnost ARMu Ukazuje se jako velmi vyvážená volba pro notebooky, konvertibilní počítače, mini PC a stále častěji i stolní počítače a servery. Klíčem bude motivovat vývojáře k optimalizaci aplikací a vylepšení emulace, a zároveň zachovat inovace ve výkonu a efektivitě.

Apple i nadále drží čelní příčku se svým křemíkovým a uzavřeným ekosystémem, zatímco Microsoft, Google a další výrobci sázejí na rozšíření kompatibility a výkonu na ARM. Trendem jsou stále lehčí zařízení s velkou autonomií a dostatečným výkonem pro 90 % každodenního používání., čímž nechává surovou sílu x86 v pozadí.

Výpočetní prostředí radikálně mění technologie ARM, které... se z protagonisty mobilních telefonů stal stále dominantnější volbou na počítačích a serverech. Výběr zařízení s jádrem ARM slibuje efektivitu, všestrannost a budoucnost plnou inovací.

Daniel Terrasa

Redaktor specializovaný na problematiku technologií a internetu s více než desetiletými zkušenostmi v různých digitálních médiích. Pracoval jsem jako editor a tvůrce obsahu pro e-commerce, komunikaci, online marketing a reklamní společnosti. Psal jsem také na weby o ekonomice, financích a dalších odvětvích. Moje práce je zároveň mou vášní. Nyní prostřednictvím mých článků v Tecnobits, snažím se prozkoumat všechny novinky a nové možnosti, které nám svět technologií každý den nabízí, abychom zlepšili náš život.