Funkcie a výhody počítačov ARM: všetko, čo potrebujete vedieť

Tento článok vás pozýva ponoriť sa do fascinujúceho sveta Počítače ARM. Pozrieme sa bližšie na ich históriu, ako fungujú, ich reálne využitie, rozdiely oproti iným architektúram (ako napríklad x86 od spoločností Intel a AMD) a ich silné a slabé stránky.

Len pred niekoľkými desaťročiami, ak niekto spomenul slovo „procesor“, prvá vec, ktorá mu napadla, boli značky ako Intel o AMD, so svojimi známymi PC čipmi. V posledných rokoch sa však v tomto sektore presadil nový hráč, ktorý spôsobil revolúciu v spôsobe, akým chápeme počítače, mobilné telefóny a všetky druhy digitálnych zariadení: Procesory ARM. Ale čo sa skutočne skrýva za touto architektúrou? Aké sú jeho skutočné výhody oproti iným tradičným procesorom?

Ako funguje ARM procesor? Kľúčové princípy a rozdiely oproti x86

Kľúč k architektúre ARM spočíva v jednoduchosť a efektívnosť inštrukčnej sady. Keďže sú založené na filozofii RISC, procesory ARM vykonávajú veľmi základné operácie (sčítanie, odčítanie, presun údajov, skok atď.) v jednotlivých hodinových cykloch namiesto zložitých a dlhých inštrukcií ako CISC (typické pre x86 od spoločností Intel a AMD). To znamená, že čip ARM môže mať menej tranzistorov, čo zase znamená:

• Nižšia spotreba energie.
• Zníženie generovaného tepla.
• Nižšie výrobné náklady.

V novších dizajnoch (ako napríklad ARMv8 a ARMv9), Procesor ARM môže pracovať v 32-bitovom aj 64-bitovom režime., čím sa vyrovná a niekedy aj prekoná výpočtový výkon svojich x86 konkurentov v každodenných úlohách. Ten/Tá/To prispôsobenie jadra umožňuje každému výrobcovi pridať špecifické jednotky, rozšíriť vyrovnávaciu pamäť, pridať grafické koprocesory alebo umelú inteligenciu atď.

Existujú aj dva režimy prevádzky:

• Režim ARM32-bitové inštrukcie, maximálny výkon a výkon
• Režim palca16-bitové komprimované inštrukcie, nižšia spotreba energie a vyššia hustota kódu, ideálne pre zariadenia s obmedzeniami pamäte

Jednoduchosť neznamená nedostatok energie: Aktuálne verzie ARM majú pokročilé pipeline, predikciu vetvenia a viacero jadier., čo sa veľmi blíži výkonu najlepších čipov x86, najmä v úlohách, kde je energetická účinnosť kritická.

Hlavné vlastnosti počítačov ARM

Aby sme úplne pochopili, čo robí počítač s procesorom ARM výnimočným, musíme sa pozrieť na všetky jeho vlastnosti. technické špecifikácie, a to ako na úrovni hardvéru, tak aj na úrovni logickej architektúry:

• Architektúra RISCjednoduchá inštrukcia, rýchle vykonanie, menej tranzistorov
• Prispôsobenie základných prvkovVýrobcovia môžu upravovať dizajn, integrovať grafiku, umelú inteligenciu, zabezpečenie atď.
• Ultra nízka spotreba energieideálne pre prenosné zariadenia a vybavenie bez aktívnych chladiacich systémov
• Kompatibilita s 32 a 64 bitmiNajnovšie generácie podporujú obe, čím sa zlepšuje rýchlosť aj pamäťová kapacita.
• Efektivita vyrovnávacej pamäte a pamäteIntegrácia optimalizovanej vyrovnávacej pamäte L1/L2 a dátovej zbernice
• Rozšírená podpora inštrukciíRežim palca, podpora SIMD (NEON), jednotky s pohyblivou rádovou čiarkou a rozšírenia pre umelú inteligenciu v najnovších modeloch
• Otvorená licenciaVlastné čipy založené na ARM si môže vyvinúť ktokoľvek zaplatením dizajnovej licencie. To viedlo k obrovskej rozmanitosti produktov a konkurencii medzi výrobcami.
• Široká kompatibilita s operačnými systémamiAndroid, iOS, Windows, Linux, macOS (na najnovších počítačoch Mac) a mnoho ďalších

Na úrovni používania, Šírenie čipov ARM sa neobmedzuje len na mobilné telefóny a tablety.; Existuje čoraz viac počítačov ARM, notebookov, mini PC, serverov a dokonca aj superpočítačov, ktoré sa spoliehajú na svoju efektivitu a škálovateľnosť.

Výhody počítačov ARM oproti Intel a AMD

Výhody architektúry ARM oproti tradičným procesorom x86 (Intel a AMD) sú celkom zrejmé. Medzi silné stránky patria:

• Bezkonkurenčná energetická účinnosť: spotreba elektriny je oveľa menšia, čo sa premieta do Dlhšia výdrž batérie pre notebooky a nižšie účty za elektrinu pre servery. Niektoré čipy ARM najnovšej generácie spotrebujú sotva 1 W, v porovnaní s 15 – 45 W u konvenčných čipov x86.
• Jednoduché chladenieprodukovaním menšieho množstva tepla, Nevyžadujú výkonné ventilátory ani zložité systémy rozptylu tepla. To umožňuje bezventilátorové prevedenia, tenšie a tichšie kryty.
• Najnižšia výrobná cenamenej tranzistorov a kremíka, ľahšia výroba vo veľkom meradle, zníženie nákladov a umožnenie výroby cenovo dostupných počítačov.
• Flexibilita a prispôsobenieVýrobcovia dokážu vytvoriť vlastné čipy pre každú potrebu, od veľmi malých zariadení internetu vecí až po vysokovýkonné počítače.
• Neustále aktualizácieKonkurencia medzi výrobcami (Apple, Qualcomm, Samsung, MediaTek, NVIDIA atď.) podporuje inovácie a neustále zlepšovanie výkonu a efektívnosti.
• Podpora viacerých platforiemJe bežné vidieť počítače ARM kompatibilné so systémami Android, Linux, Chrome OS, Windows 10/11 a macOS, ktoré ponúkajú... obrovská všestrannosť pre vývojárov a používateľov.

Tieto výhody vysvetľujú Prečo si ARM dobyli mobilný svet a teraz vážne konkurujú v oblasti notebookov, konvertibilných počítačov, mini PC a serverov. Príchod čipov Apple Silicon v počítačoch Mac ukázal, že je možné dosiahnuť skvelú rovnováhu medzi výkonom a výdržou batérie, čo vydláždilo cestu pre ďalších výrobcov, aby nasledovali tento príklad.

Hlavné súčasné nevýhody a obmedzenia

Samozrejme, to nie sú všetky výhody. Počítače ARM majú tiež obmedzenia, ktoré je potrebné zvážiť.:

• Obmedzená kompatibilita softvéruveľa aplikácií (najmä tých, ktoré sú určené pre x86) Nefungujú natívne na ARM. Hoci existujú emulačné systémy (ako napríklad Apple Rosetta 2 alebo Prism vo Windowse), výkon môže byť ovplyvnený.
• Nižší surový výkon v niektorých scenárochPri veľmi náročných úlohách (profesionálny strih videa, extrémne hranie hier, CAD, pokročilá virtualizácia) sa používajú čipy ARM Zvyčajne zaostávajú za najlepšími x86.
• Závislosť od optimalizáciípre vyťažte z toho maximum, vývojári musia vytvoriť špecifické verzie svojich aplikácií pre ARM.
• Nižšia ponuka hardvéru a komponentovhoci Rýchlo sa to mení, momentálne existujú Menej možností pre 100% ARM kompatibilné komponenty a príslušenstvo na trhu, najmä v Európe a Amerike.
• Obmedzenia v hraní hier a prispôsobovaníHerné počítače často vyžadujú dedikované grafické karty, viac pamäte RAM a možnosti upgradu, ktoré sú na platformách ARM ešte obmedzenejšie ako na platformách x86.

Trendom však je, že tieto obmedzenia sa časom znižujú, keďže výrobcovia a vývojári sa čoraz viac spoliehajú na ARM.

Typy procesorov ARM a technologický vývoj

Ekosystém ARM má niekoľko variantov a rodín, od najstarších 16- a 32-bitových čipov až po najnovšie 64-bitové šelmy zamerané na servery, stolové počítače a špičkové notebooky. Pozrime sa na tie hlavné:

• ARM1, ARM2, ARM3historickí priekopníci, široko používaní v raných osobných počítačoch a vstavaných systémoch
• ARM6, ARM7, ARM9, ARM11: progresívny vývoj výkonu a efektivity s integrovanou vyrovnávacou pamäťou, multimediálnou podporou a výskytom inštrukcií SIMD a Thumb
• StrongARM a XScale: čipy licencované spoločnosťami DEC a Intel, veľmi populárne v roku 2000 v PDA, mobilných telefónoch a priemyselných zariadeniach
• Cortex-A, Cortex-R, Cortex-Mnajrelevantnejšie rodiny súčasnosti. Cortex-A pre všeobecné aplikácie (smartfóny, tablety, notebooky) s jednojadrovými a viacjadrovými verziami, NEON, TrustZone a multimediálnymi funkciami. Cortex-R pre systémy reálneho času (autá, automatizácia) a Cortex-M pre nízkopríkonové a cenovo dostupné mikrokontroléry.
• Apple kremíkVlastné čipy spoločnosti Apple založené na technológii ARM, od M1 po M3, s variantmi Pro, Max a Ultra, ktoré sú lídrami vo výkone notebookov a stolových počítačov so systémom macOS.
• SnapdragonVlajková loď spoločnosti Qualcomm, široko používaná v mobilných telefónoch a teraz aj v ultrabookoch a notebookoch so Snapdragon X Elite a novým Copilot+ PC.

Súvisiaci článok:

V čínskej certifikácii sa objavuje nové zariadenie Surface Pro, ktoré ponúka obnovenie poháňané ARM.

Kompatibilita operačného systému a softvéru na ARM

Jedným kľúčovým aspektom je kompatibilita softvéru, najmä v operačných systémoch a aplikáciách pre stolné počítače:

• Android a iOSSystémy navrhnuté od začiatku pre ARM, zabezpečujúce kompatibilitu a dobrý výkon na mobilných telefónoch a tabletoch.
• LinuxŠiroká podpora distribúcií ako Ubuntu, Debian, Arch Linux, Kali, Gentoo, Oracle Linux a mnoho ďalších, ako aj BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD).
• macOSOd roku 2020 bežia počítače Mac s procesorom Apple Silicon iba na platformách ARM, pričom väčšina aplikácií bola portovaná alebo emulovaná pomocou platformy Rosetta 2.
• Windows 10 a 11 pre ARMVylepšené verzie, ktoré podporujú natívne aplikácie a emuláciu x86, najmä vďaka systému Windows 11 Copilot+ a jeho enginu Prism.

Najväčšou výzvou pre počítače ARM v súčasnosti zostáva... kompatibilita desktopových aplikácií. Hoci mnoho populárnych aplikácií už má natívne verzie pre ARM, stále existuje špecializovaný softvér, ktorý vyžaduje emuláciu alebo nie je optimalizovaný.

Trh a najrelevantnejší výrobcovia počítačov ARM

Dnes niekoľko spoločností a zariadení vyniká ako trendsetterov na trhu s ARM počítačmi:

• Jablkoso svojimi MacBookmi, iMacami, Macmi Mini a Mac Studiom založenými na platforme Apple Silicon. Okrem toho, iPhone, iPad, Apple Watch a Apple TV tiež používajú ARM.
• MicrosoftPočítače ARM v radoch Surface Pro X a Surface Copilot+ predstavujú záväzok spoločnosti Redmond s natívnou podporou pre Windows a optimalizačným úsilím.
• Qualcomm: líder v oblasti mobilných telefónov s Snapdragona momentálne aj v ultrabookoch a notebookoch so Snapdragon X Elite a Copilot+ PC.
• GoogleChrome OS na Chromebookoch s vynikajúcou výdržou batérie a kompatibilitou s aplikáciami pre Android.
• Samsung, HP, Acer, LenovoPonúkajú notebooky, tablety a konvertibilné počítače s čipmi ARM a predinštalovaným systémom Windows 11 ARM, pričom uprednostňujú autonómiu a ľahký dizajn.
• Raspberry Pi: platforma výrobcov, ktorá priniesla ARM miliónom používateľov a podporila programovanie, robotiku a internet vecí.

Kľúčové rozdiely medzi ARM a x86 (Intel/AMD)

Pre mnohých je hlavnou otázkou: ako sa procesor ARM skutočne líši od procesora Intel alebo AMD x86?

• Typ inštrukciíARM používa RISC s jednoduchými a krátkymi inštrukciami; x86 je CISC so zložitými a dlhými inštrukciami.
• Výkon na wattARM vyniká energetickou účinnosťou, ideálny pre batérie a pasívne systémy; Surový výkon x86 pre náročné úlohy.
• ArchitektúraARM je modulárny a prispôsobiteľný, x86 je uzavretejší a homogénnejší.
• Kompatibilita softvérux86 má desaťročia natívneho softvéru, ale ARM sa rýchlo rozvíja s aplikáciami a multiplatformovým prístupom.
• Cieľový trhARM dominuje v oblasti mobilných zariadení, internetu vecí a rastie aj v oblasti notebookov a serverov; x86 na PC, v hrách a na starších systémoch.

Budúcnosť počítačov ARM: čo môžeme očakávať?

El budúcnosť ARM Ukazuje sa ako veľmi vyvážená možnosť pre notebooky, konvertibilné počítače, mini počítače a čoraz častejšie aj stolové počítače a servery. Kľúčom bude motivovať vývojárov k optimalizácii aplikácií a zlepšeniu emulácie, pričom sa zachová inovácia vo výkone a efektivite.

Apple naďalej zostáva lídrom so svojím kremíkovým a uzavretým ekosystémom, zatiaľ čo Microsoft, Google a ďalší výrobcovia vsádzajú na rozšírenie kompatibility a výkonu na ARM. Trendom sú čoraz ľahšie zariadenia s veľkou autonómiou a dostatočným výkonom na 90 % denného používania., čím necháva surovú silu x86 v úzadí.

Výpočtovú krajinu radikálne mení technológia ARM, ktorá... sa z protagonistu v mobilných telefónoch stal čoraz dominantnejšou možnosťou v počítačoch a serveroch. Výber zariadenia s jadrom ARM sľubuje efektívnosť, všestrannosť a budúcnosť plnú inovácií.

Daniel Terrasa

Redaktor špecializovaný na problematiku technológií a internetu s viac ako desaťročnými skúsenosťami v rôznych digitálnych médiách. Pracoval som ako redaktor a tvorca obsahu pre e-commerce, komunikáciu, online marketing a reklamné spoločnosti. Písal som aj na ekonomické, finančné a iné sektorové weby. Moja práca je zároveň mojou vášňou. Teraz prostredníctvom mojich článkov v Tecnobits, snažím sa každý deň preskúmať všetky novinky a nové možnosti, ktoré nám svet technológií ponúka na zlepšenie nášho života.