Особливості та переваги комп'ютерів ARM: все, що вам потрібно знати

Ця стаття запрошує вас зануритися у захопливий світ ARM-комп'ютери. Ми детальніше розглянемо їхню історію, принципи роботи, реальне використання, відмінності від інших архітектур (таких як x86 від Intel та AMD), а також їхні сильні та слабкі сторони.

Лише кілька десятиліть тому, якщо хтось згадував слово «процесор», перше, що спадало на думку, були такі бренди, як Інтел o АМД, з його добре відомими чіпами для ПК. Однак, в останні роки в цьому секторі з'явився новий гравець, який революціонізував наше розуміння комп'ютерів, мобільних телефонів та всіх видів цифрових пристроїв: ARM-процесори. Але що насправді стоїть за цією архітектурою? Які його реальні переваги над іншими традиційними процесорами?

Як працює ARM-процесор? Ключові принципи та відмінності від x86

Ключ до архітектури ARM лежить у простота та ефективність набору інструкцій. Базуючись на філософії RISC, процесори ARM виконують дуже прості операції (додавання, віднімання, переміщення даних, перехід тощо) в окремих тактових циклах, замість складних та довгих інструкцій, як-от CISC (типових для x86 від Intel та AMD). Це означає, що чіп ARM може мати менше транзисторів, що, у свою чергу, означає:

• Менше споживання енергії.
• Зменшення виробленого тепла.
• Нижча вартість виробництва.

У новіших розробках (таких як ARMv8 та ARMv9), Процесор ARM може працювати як у 32-бітному, так і в 64-бітному режимах., що відповідає, а іноді й перевершує обчислювальну потужність своїх x86-конкурентів у повсякденних завданнях. The налаштування ядра дозволяє кожному виробнику додавати певні блоки, розширювати кеш-пам'ять, додавати графічні співпроцесори або штучний інтелект тощо.

Також є два режими роботи:

• Режим АРМ32-бітні інструкції, максимальна потужність та продуктивність
• Режим великого пальця16-бітні стиснуті інструкції, нижче енергоспоживання та вища щільність коду, ідеально для пристроїв з обмеженнями пам'яті

Простота не означає брак влади: Поточні версії ARM мають розширений конвеєр, конвеєр, прогнозування розгалужень та кілька ядер., що дуже наближається до продуктивності найкращих чіпів x86, особливо в завданнях, де енергоефективність є критично важливою.

Основні характеристики комп'ютерів ARM

Щоб повністю зрозуміти, що робить комп'ютер з процесором ARM особливим, ми повинні розглянути всі його характеристики. технічні характеристики, як на рівні апаратного забезпечення, так і на рівні логічної архітектури:

• RISC-архітектурапроста інструкція, швидке виконання, менше транзисторів
• Основне налаштуванняВиробники можуть змінювати дизайн, інтегрувати графіку, штучний інтелект, засоби безпеки тощо.
• Надзвичайно низьке споживання енергіїідеально підходить для портативних пристроїв та обладнання без активних систем охолодження
• Сумісність з 32 та 64 бітами: Найновіші покоління підтримують обидва, покращуючи як швидкість, так і обсяг пам'яті.
• Ефективність кешу та пам'ятіІнтеграція оптимізованого кешу L1/L2 та шини даних
• Розширена підтримка інструкційРежим великого пальця, підтримка SIMD (NEON), одиниці обчислень з плаваючою комою та розширення для штучного інтелекту в найновіших моделях
• Відкрита ліцензіяБудь-хто може розробити власні чіпи на базі ARM, сплативши ліцензію на розробку. Це призвело до величезної різноманітності продукції та конкуренції між виробниками.
• Широка сумісність з операційними системамиAndroid, iOS, Windows, Linux, macOS (на найновіших комп'ютерах Mac) та багато інших

На рівні використання, Поширення ARM-чіпів не обмежується мобільними телефонами та планшетами.; З'являється все більше комп'ютерів ARM, ноутбуків, міні-ПК, серверів і навіть суперкомп'ютерів, які покладаються на їхню ефективність та масштабованість.

Переваги комп'ютерів ARM над Intel та AMD

Переваги архітектури ARM над традиційними процесорами x86 (Intel та AMD) цілком очевидні. Серед сильних сторін можна виділити:

• Неперевершена енергоефективність: споживання електроенергії набагато менший, що перекладається в Більший час роботи від батареї для ноутбуків та нижчі рахунки за електроенергію для серверів. Деякі чіпи ARM останнього покоління споживають ледве 1 Вт, порівняно з 15-45 Вт для звичайних чіпів x86.
• Охолодження стало простішимвиробляючи менше тепла, Вони не потребують потужних вентиляторів або складних систем розсіювання тепла. Це дозволяє створювати безвентиляторні конструкції, тонші та тихіші корпуси.
• Найнижча ціна виробництваменше транзисторів і кремнію, легше виробляти у великих масштабах, зниження витрат та створення доступних комп'ютерів.
• Гнучкість та налаштуванняВиробники можуть створювати власні чіпи для будь-яких потреб, від дуже маленьких пристроїв Інтернету речей до високопродуктивних комп'ютерів.
• Постійні оновленняКонкуренція між виробниками (Apple, Qualcomm, Samsung, MediaTek, NVIDIA тощо) стимулює інновації та постійне покращення продуктивності та ефективності.
• Підтримка кількох платформЧасто можна побачити комп’ютери ARM, сумісні з Android, Linux, Chrome OS, Windows 10/11 та macOS, що пропонує… величезна універсальність для розробників та користувачів.

Ці переваги пояснюють Чому ARM завоювали мобільний світ і тепер серйозно конкурують у сфері ноутбуків, трансформерів, міні-ПК та серверів. Поява кремнієвих чіпів Apple у комп'ютерах Mac продемонструвала, що можна досягти чудового балансу між потужністю та часом автономної роботи, прокладаючи шлях для інших виробників.

Основні поточні недоліки та обмеження

Звичайно, це не всі переваги. Комп'ютери ARM також мають обмеження, які необхідно враховувати.:

• Обмежена сумісність програмного забезпеченнябагато програм (особливо тих, що розроблені для x86) Вони не працюють нативно на ARM. Хоча існують системи емуляції (такі як Rosetta 2 від Apple або Prism у Windows), продуктивність може бути порушена.
• Нижча потужність у деяких сценаріяхУ дуже вимогливих завданнях (професійний відеомонтаж, екстремальні ігри, САПР, розширена віртуалізація), чіпи ARM Зазвичай вони відстають від найкращих x86.
• Залежність від оптимізаційдля отримати максимум від цього, розробники повинні створювати окремі версії своїх програм для ARM.
• Менше постачання обладнання та компонентівхоча Це швидко змінюється, на даний момент є Менше варіантів на ринку для 100% ARM-сумісних компонентів та аксесуарів, особливо в Європі та Америці.
• Обмеження в іграх та налаштуванніІгрові ПК часто потребують виділених графічних процесорів, більшого обсягу оперативної пам'яті та можливостей оновлення, які ще більше обмежені на ARM, ніж на платформах x86.

Однак тенденція полягає в тому, що з часом ці обмеження зменшуються, оскільки виробники та розробники все більше покладаються на ARM.

Типи процесорів ARM та технологічна еволюція

Екосистема ARM має кілька варіантів та сімейств, від найперших 16- та 32-бітних чіпів до найновіших 64-бітних «звірів», призначених для серверів, настільних комп'ютерів та високоякісних ноутбуків. Давайте розглянемо основні з них:

• ARM1, ARM2, ARM3історичні піонери, широко використовувані в ранніх персональних комп'ютерах та вбудованих системах
• ARM6, ARM7, ARM9, ARM11: поступова еволюція потужності та ефективності, з інтегрованим кешем, підтримкою мультимедіа та появою інструкцій SIMD та Thumb
• StrongARM та XScale: чіпи, ліцензовані DEC та Intel, дуже популярні у 2000-х роках у КПК, мобільних телефонах та промислових пристроях
• Cortex-A, Cortex-R, Cortex-M: найактуальніші сім'ї сьогодення. Cortex-A для загального призначення (смартфони, планшети, ноутбуки), з одно- та багатоядерними версіями, NEON, TrustZone та мультимедійними можливостями. Cortex-R для систем реального часу (автомобілі, автоматизація) та Cortex-M для малопотужних, економічно ефективних мікроконтролерів.
• Кремній AppleВласні чіпи Apple на базі ARM, від M1 до M3, з варіантами Pro, Max та Ultra, які є лідерами за продуктивністю на ноутбуках та настільних комп'ютерах під управлінням macOS.
• СнапдрагонФлагманська лінійка Qualcomm, що широко використовується в мобільних телефонах, а тепер і в ультрабуках і ноутбуках зі Snapdragon X Elite та новим Copilot+ PC.

Пов’язана стаття:

Новий пристрій Surface Pro з’являється в китайській сертифікації, дражнить оновлення на базі ARM.

Сумісність операційних систем та програмного забезпечення на ARM

Один ключовий аспект — сумісність програмного забезпечення, особливо в операційних системах та програмах для настільних комп’ютерів:

• Android та iOSСистеми, розроблені з самого початку для ARM, що забезпечують сумісність та хорошу продуктивність на мобільних телефонах та планшетах.
• ЛінуксШирока підтримка таких дистрибутивів, як Ubuntu, Debian, Arch Linux, Kali, Gentoo, Oracle Linux та багатьох інших, а також BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD).
• macOSЗ 2020 року комп'ютери Mac з Apple Silicon працюють лише на ARM, а більшість програм портовані або емульовані за допомогою Rosetta 2.
• Windows 10 та 11 для ARMПокращені версії, що підтримують нативні програми та емуляцію x86, особливо завдяки Windows 11 Copilot+ та його движку Prism.

Найбільшим викликом для комп'ютерів ARM зараз залишається сумісність настільних програм. Хоча багато популярних програм вже мають нативні ARM-версії, все ще існує спеціалізоване програмне забезпечення, яке потребує емуляції або не оптимізоване.

Ринок та найважливіші виробники комп'ютерів ARM

Сьогодні кілька компаній та пристроїв виділяються як законодавці моди на ринку ARM для комп'ютерів:

• Яблукоз його MacBook, iMac, Mac Mini та Mac Studio на базі Apple Silicon. Крім того, iPhone, iPad, Apple Watch та Apple TV також використовують ARM.
• МайкрософтКомп'ютери ARM у лінійках Surface Pro X та Surface Copilot+ відображають зобов'язання Редмонда, пропонуючи вбудовану підтримку Windows та зусилля з оптимізації.
• Qualcommлідер у сфері мобільних телефонів з Снапдрагон, а зараз і в ультрабуках та ноутбуках зі Snapdragon X Elite та Copilot+ PC.
• GoogleОС Chrome на Chromebook із чудовим часом автономної роботи та сумісністю з додатками Android.
• Samsung, HP, Acer, LenovoВони пропонують ноутбуки, планшети та трансформери з чіпами ARM та попередньо встановленою Windows 11 ARM, надаючи пріоритет автономності та легкій конструкції.
• Raspberry Pi: платформа розробників, яка принесла ARM мільйонам користувачів, сприяючи розвитку програмування, робототехніки та Інтернету речей.

Ключові відмінності між ARM та x86 (Intel/AMD)

Для багатьох головне питання: чим насправді відрізняється процесор ARM від процесора Intel або AMD x86?

• Тип інструкційARM використовує RISC з простими та короткими інструкціями; x86 — це CISC зі складними та довгими інструкціями.
• Продуктивність на ватARM вирізняється енергоефективністю, ідеально підходить для акумуляторів та пасивних систем; Потужність x86 для вимогливих завдань.
• АрхітектураARM є модульною та настроюваною, x86 є більш закритою та однорідною.
• Сумісність програмного забезпеченняx86 має десятиліття власного програмного забезпечення, але ARM швидко розвивається з додатками та кросплатформністю.
• Цільовий ринокARM домінує в мобільних пристроях, Інтернеті речей та зростає в сегменті ноутбуків і серверів; x86 на ПК, в іграх та застарілих системах.

Майбутнє комп'ютерів ARM: чого нам очікувати?

El майбутнє ARM Він стає дуже збалансованим варіантом для ноутбуків, трансформованих комп'ютерів, міні-ПК та, все частіше, настільних комп'ютерів і серверів. Ключовим буде мотивація розробників до оптимізації програм та покращення емуляції, зберігаючи при цьому інновації в потужності та ефективності.

Apple продовжує бути лідером зі своєю кремнієвою та закритою екосистемою, тоді як Microsoft, Google та інші виробники роблять ставку на розширення сумісності та продуктивності на ARM. Тенденція полягає в тому, щоб використовувати дедалі легші пристрої з великою автономністю та достатньою продуктивністю для 90% щоденного використання., залишаючи на задньому плані чисту потужність x86.

Обчислювальний ландшафт радикально змінюється завдяки ARM, яка... пройшов шлях від головної ролі в мобільних телефонах до дедалі більш поширеного варіанту на комп'ютерах і серверах. Вибір пристрою з ядром ARM обіцяє ефективність, універсальність та майбутнє, сповнене інновацій.

Даніель Терраса

Редактор, що спеціалізується на технологіях та питаннях Інтернету з більш ніж десятирічним досвідом роботи з різними цифровими медіа. Я працював редактором і творцем контенту для компаній електронної комерції, комунікацій, онлайн-маркетингу та реклами. Я також писав на веб-сайтах з економіки, фінансів та інших секторів. Моя робота також є моєю пристрастю. Тепер через мої статті в Tecnobits, я намагаюся вивчати всі новини та нові можливості, які щодня пропонує нам світ технологій для покращення нашого життя.