Kenmerken en voordelen van ARM-computers: alles wat u moet weten

Dit artikel nodigt u uit om uzelf onder te dompelen in het fascinerende universum van ARM-computers. We gaan dieper in op hun geschiedenis, hoe ze werken, hun toepassingen in de praktijk, de verschillen met andere architecturen (zoals x86 van Intel en AMD) en hun sterke en zwakke punten.

Nog maar een paar decennia geleden, als iemand het woord "processor" noemde, waren de eerste dingen die in hem opkwamen merken als Intel o AMD, met zijn bekende PC-chips. De afgelopen jaren heeft zich echter een nieuwe speler in de sector gevestigd, die een revolutie teweeg heeft gebracht in de manier waarop we computers, mobiele telefoons en allerlei digitale apparaten begrijpen: ARM-processors. Maar wat zit er nu eigenlijk achter deze architectuur? Wat zijn de echte voordelen ten opzichte van andere, traditionele processoren?

Hoe werkt een ARM-processor? Belangrijkste principes en verschillen met x86

De sleutel tot de ARM-architectuur ligt in de eenvoud en efficiëntie van de instructieset. Omdat ARM-CPU's gebaseerd zijn op de RISC-filosofie, voeren ze zeer basale bewerkingen (optellen, aftrekken, dataverplaatsen, springen, etc.) uit in afzonderlijke klokcycli, in plaats van complexe en lange instructies zoals CISC (typisch voor x86 van Intel en AMD). Dit betekent dat een ARM-chip kan hebben minder transistoren, wat op zijn beurt impliceert:

• Lager energieverbruik.
• Vermindering van de gegenereerde warmte.
• Lagere productiekosten.

In nieuwere ontwerpen (zoals ARMv8 en ARMv9), Een ARM-processor kan zowel in 32-bits- als in 64-bitsmodus werken., en evenaart en overtreft soms de verwerkingskracht van zijn x86-rivalen bij dagelijkse taken. De kernaanpassing maakt het voor elke fabrikant mogelijk om specifieke eenheden toe te voegen, het cachegeheugen uit te breiden, grafische coprocessoren of kunstmatige intelligentie toe te voegen, etc.

Er zijn ook twee werkingsmodi:

• ARM-modus: 32-bits instructies, maximaal vermogen en prestaties
• Duimmodus: 16-bits gecomprimeerde instructies, lager stroomverbruik en hogere codedichtheid, ideaal voor apparaten met geheugenbeperkingen

Eenvoud betekent niet gebrek aan kracht: Huidige versies van ARM beschikken over geavanceerde pijplijnen, pijplijnen, vertakkingsvoorspellingen en meerdere kernen., wat de prestaties van de beste x86-chips zeer dicht benadert, vooral bij taken waarbij energie-efficiëntie van cruciaal belang is.

Belangrijkste kenmerken van ARM-computers

Om goed te begrijpen wat een computer met een ARM-processor zo bijzonder maakt, moeten we kijken naar alle kenmerken ervan. technische kenmerken, zowel op hardware- als op logische architectuurniveau:

• RISC-architectuur: eenvoudige instructie, snelle uitvoering, minder transistoren
• KernaanpassingFabrikanten kunnen het ontwerp aanpassen en graphics, AI, beveiliging, etc. integreren.
• Zeer laag energieverbruik: ideaal voor draagbare apparaten en apparatuur zonder actieve koelsystemen
• 32- en 64-bits compatibiliteit:De nieuwste generaties ondersteunen beide, waardoor zowel de snelheid als de geheugencapaciteit worden verbeterd.
• Cache- en geheugenefficiëntie: Integratie van geoptimaliseerde L1/L2-cache en databus
• Uitgebreide instructieondersteuning: Duimmodus, SIMD-ondersteuning (NEON), floating point units en uitbreidingen voor kunstmatige intelligentie in de nieuwste modellen
• Open licentie:Iedereen kan zijn eigen ARM-gebaseerde chips ontwikkelen door de ontwerplicentie te betalen. Dit heeft geleid tot een enorme verscheidenheid aan producten en concurrentie tussen fabrikanten.
• Brede compatibiliteit met besturingssystemen: Android, iOS, Windows, Linux, macOS (op de nieuwste Macs), en nog veel meer

Op het gebruiksniveau, De proliferatie van ARM-chips beperkt zich niet tot mobiele telefoons en tablets.; Er zijn steeds meer ARM-computers, laptops, mini-pc's, servers en zelfs supercomputers die afhankelijk zijn van hun efficiëntie en schaalbaarheid.

Voordelen van ARM-computers ten opzichte van Intel en AMD

De voordelen van de ARM-architectuur ten opzichte van traditionele x86-processoren (Intel en AMD) zijn overduidelijk. Tot de sterke punten behoren:

• Ongeëvenaarde energie-efficiëntie: elektriciteitsverbruik is veel kleiner, wat zich vertaalt in Langere batterijduur voor laptops en lagere elektriciteitsrekeningen voor servers. Sommige ARM-chips van de nieuwste generatie verbruiken amper 1 W, vergeleken met 15-45 W voor conventionele x86-chips.
• Koelen eenvoudig gemaakt: door minder warmte te produceren, Ze hebben geen krachtige ventilatoren of complexe afvoersystemen nodig. Dit maakt ontwerpen zonder ventilatoren en slankere en stillere behuizingen mogelijk.
• Laagste productieprijs: minder transistoren en silicium, gemakkelijker te produceren op grote schaal, het verlagen van de kosten en het mogelijk maken van de creatie van betaalbare computers.
• Flexibiliteit en maatwerkFabrikanten kunnen voor elke behoefte aangepaste chips maken, van zeer kleine IoT-apparaten tot uiterst krachtige computers.
• Constante updates: Concurrentie tussen fabrikanten (Apple, Qualcomm, Samsung, MediaTek, NVIDIA, etc.) stimuleert innovatie en continue verbetering van prestaties en efficiëntie.
• Ondersteuning voor meerdere platforms:Het is gebruikelijk om ARM-computers te zien die compatibel zijn met Android, Linux, Chrome OS, Windows 10/11 en macOS, wat een enorme veelzijdigheid voor ontwikkelaars en gebruikers.

Deze voordelen verklaren Waarom ARMs de mobiele wereld hebben veroverd en nu serieus concurreren op het gebied van laptops, convertibles, mini-pc's en servers. De komst van Apple Silicon-chips in Macs laat zien dat er een goede balans tussen prestaties en batterijduur mogelijk is. Daarmee is de weg vrijgemaakt voor andere fabrikanten om dit voorbeeld te volgen.

Belangrijkste huidige nadelen en beperkingen

Natuurlijk zijn er niet alleen maar voordelen. ARM-computers hebben ook beperkingen waar rekening mee gehouden moet worden.:

• Beperkte softwarecompatibiliteit: veel applicaties (vooral die ontworpen zijn voor x86) Ze werken niet native op ARM. Hoewel er emulatiesystemen bestaan ​​(zoals Apple's Rosetta 2 of Prism op Windows), prestaties kunnen worden beïnvloed.
• Lager ruw vermogen in sommige scenario's: Bij zeer veeleisende taken (professionele videobewerking, extreme gaming, CAD, geavanceerde virtualisatie) zijn ARM-chips Ze blijven meestal achter bij de beste x86.
• Afhankelijkheid van optimalisaties: voor er het maximale uit halenmoeten ontwikkelaars specifieke versies van hun applicaties voor ARM maken.
• Lagere aanvoer van hardware en componenten: hoewel verandert snel, op dit moment zijn er Minder opties voor 100% ARM-compatibele componenten en accessoires op de markt, vooral in Europa en Amerika.
• Beperkingen in gamen en maatwerk:Gaming-pc's vereisen vaak speciale GPU's, meer RAM en upgrademogelijkheden, die op ARM-platforms nog meer beperkt zijn dan op x86-platforms.

De trend is echter dat deze beperkingen in de loop van de tijd afnemen, omdat fabrikanten en ontwikkelaars steeds meer vertrouwen op ARM.

Typen ARM-processoren en technologische evolutie

Het ARM-ecosysteem kent verschillende varianten en families, van de eerste 16- en 32-bits chips tot de nieuwste 64-bits beesten die gericht zijn op servers, desktops en high-end laptops. Laten we eens naar de belangrijkste kijken:

• ARM1, ARM2, ARM3: historische pioniers, veel gebruikt in vroege personal computers en embedded systemen
• ARM6, ARM7, ARM9, ARM11: progressieve evolutie in kracht en efficiëntie, met geïntegreerde cache, multimedia-ondersteuning en de verschijning van SIMD- en Thumb-instructies
• StrongARM en XScale: chips onder licentie van DEC en Intel, zeer populair in de jaren 2000 in PDA's, mobiele telefoons en industriële apparaten
• Cortex-A, Cortex-R, Cortex-M: de meest relevante families van vandaag. Cortex-A voor algemene toepassingen (smartphones, tablets, laptops), met single- en multi-core versies, NEON, TrustZone en multimediamogelijkheden. Cortex-R voor realtimesystemen (auto's, automatisering) en Cortex-M voor energiezuinige, kosteneffectieve microcontrollers.
• Apple Silicium: Apple's eigen ARM-gebaseerde chips, van de M1 tot de M3, met Pro-, Max- en Ultra-varianten, die qua prestaties vooroplopen op laptops en desktops met macOS.
• leeuwenbek: Het vlaggenschip van Qualcomm, veel gebruikt in mobiele telefoons en nu ook in ultrabooks en laptops met Snapdragon X Elite en de nieuwe Copilot+ PC.

Gerelateerd artikel:

Er verschijnt een nieuw Surface Pro-apparaat in Chinese certificering, dat een door ARM aangestuurde vernieuwing suggereert.

Besturingssysteem- en softwarecompatibiliteit op ARM

Een belangrijk aspect is softwarecompatibiliteit, vooral in desktopbesturingssystemen en -toepassingen:

• Android en iOS: Systemen die vanaf het begin speciaal voor ARM zijn ontworpen en die compatibiliteit en goede prestaties op mobiele telefoons en tablets garanderen.
• Linux: Brede ondersteuning voor distributies zoals Ubuntu, Debian, Arch Linux, Kali, Gentoo, Oracle Linux en nog veel meer, evenals BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD).
• macOSSinds 2020 draaien Macs met Apple Silicon alleen nog op ARM, waarbij de meeste apps geporteerd of geëmuleerd zijn met Rosetta 2.
• Windows 10 en 11 voor ARM: Verbeterde versies die native apps en x86-emulatie ondersteunen, vooral dankzij Windows 11 Copilot+ en de Prism-engine.

De grote uitdaging voor ARM-computers blijft momenteel de compatibiliteit van desktoptoepassingen. Hoewel veel populaire apps al een ARM-versie hebben, is er nog steeds gespecialiseerde software die emulatie vereist of niet is geoptimaliseerd.

Markt en meest relevante ARM-computerfabrikanten

Tegenwoordig zijn er diverse bedrijven en apparaten die zich als trendsetters op de ARM-computermarkt profileren:

• Appel : met zijn MacBook, iMac, Mac Mini en Mac Studio gebaseerd op Apple Silicon. Daarnaast gebruiken iPhone, iPad, Apple Watch en Apple TV ook ARM.
• Microsoft:De ARM-computers in de Surface Pro X- en Surface Copilot+-series weerspiegelen Redmonds toewijding, met native ondersteuning voor Windows en optimalisatie-inspanningen.
• Qualcomm: leider in mobiele telefoons met leeuwenbeken momenteel in ultrabooks en laptops met Snapdragon X Elite en Copilot+ PC.
• Google: Chrome OS op Chromebooks, met een lange batterijduur en compatibiliteit met Android-apps.
• Samsung, HP, Acer, Lenovo:Ze bieden laptops, tablets en convertibles aan met ARM-chips en een voorgeïnstalleerd Windows 11 ARM, waarbij de nadruk ligt op autonomie en een lichtgewicht ontwerp.
• Raspberry Pi: het makerplatform dat ARM naar miljoenen gebruikers heeft gebracht en programmeren, robotica en IoT heeft bevorderd.

Belangrijkste verschillen tussen ARM en x86 (Intel/AMD)

Voor velen is de belangrijkste vraag: waarin verschilt een ARM-processor nu eigenlijk van een Intel of AMD x86-processor?

• Type instructies:ARM maakt gebruik van RISC, met eenvoudige en korte instructies; x86 is CISC, met complexe en lange instructies.
• Prestaties per watt:ARM blinkt uit in energie-efficiëntie, ideaal voor batterijen en passieve systemen; x86-brute kracht voor veeleisende taken.
• Architectuur:ARM is modulair en aanpasbaar, x86 is meer gesloten en homogeen.
• Software compatibiliteit:x86 heeft tientallen jaren aan native software, maar ARM ontwikkelt zich snel met apps en cross-platform.
• Doelgerichte markt: ARM domineert op het gebied van mobiel en IoT en groeit op het gebied van laptops en servers; x86 op pc's, gaming en legacy.

De toekomst van ARM-computers: wat kunnen we verwachten?

El toekomst van ARM Het ontwikkelt zich tot een zeer evenwichtige optie voor laptops, convertibles, mini-pc's en, in toenemende mate, desktops en servers. De sleutel is om ontwikkelaars te motiveren om applicaties te optimaliseren en emulatie te verbeteren, maar tegelijkertijd ook te blijven innoveren op het gebied van kracht en efficiëntie.

Apple blijft voorop lopen met zijn Silicon en gesloten ecosysteem, terwijl Microsoft, Google en andere fabrikanten inzetten op het uitbreiden van de compatibiliteit en prestaties op ARM. De trend gaat richting steeds lichtere apparaten, met een grote autonomie en voldoende prestaties voor 90% van het dagelijks gebruik., waarbij de pure kracht van de x86 op de achtergrond blijft.

Het computerlandschap wordt radicaal getransformeerd door ARM, dat is van een hoofdrolspeler in mobiele telefoons uitgegroeid tot een steeds dominantere optie op computers en servers. Als u kiest voor een apparaat met een ARM-kern, belooft dit efficiëntie, veelzijdigheid en een toekomst vol innovatie.

Daniël Terrasa

Redacteur gespecialiseerd in technologie- en internetvraagstukken met ruim tien jaar ervaring in verschillende digitale media. Ik heb gewerkt als redacteur en contentmaker voor e-commerce-, communicatie-, online marketing- en reclamebedrijven. Ik heb ook geschreven op websites over economie, financiën en andere sectoren. Mijn werk is ook mijn passie. Nu, via mijn artikelen in Tecnobits, probeer ik al het nieuws en de nieuwe kansen te verkennen die de wereld van de technologie ons elke dag biedt om ons leven te verbeteren.