Manapság mindenki megy az ARM-be – az Amazon és az Apple is házon belüli CPU-kat szállít, őrült teljesítménynövekedéssel, a Microsoft pedig úgy hírlik, hogy fejlesztené a sajátját. Az ARM-et történelmileg alacsony fogyasztású mobil chipekhez használták, akkor miért éppen az ARM aprítja az x86-ot az asztalon és a kiszolgálón?
Napjainkban mindenki fegyverkezik
A processzorok világa összetett iparág, és csak néhány vállalat tervez néhány versenyt a teljesítmény csúcsain. Általában az Intel vagy az AMD tartja a teljesítmény koronáját, mindkettő x86-os CPU-kat gyárt. De nemrégiben az Apple és az Amazon ARM-en alapuló processzorai futtatták az Intel (és az x86 architektúra) pénzét.
Az Amazon Graviton2 processzorával rendelkezik, amely nem gyorsabb, mint az Intel szerver társai, de költséghatékonyabb és kevesebb energiát fogyaszt. A Graviton1-hez képest mekkora javulás volt, a következő iterációjuk valószínűleg heves verseny lesz a szervertérben.
Az Apple első nem mobil CPU-jával, az Apple Silicon M1 processzorral ütötte ki a parkból, amely gyorsabban fut, mint az asztali Intel CPU-k, és majdnem olyan gyorsan, mint az AMD Ryzen 5000 sorozata, a jelenlegi teljesítménykorona. Ez az egyedi szilícium teszi az Apple Macbookokat a világ leggyorsabb laptopjaivá, a PC-rajongók (köztük magam is) legnagyobb bánatára.
Valójában olyan messze vannak a laptop térben, hogy Az M1 Macbook Windows-ja gyorsabban fut, mint a Surface Pro X, annak ellenére, hogy csak az ARM-en fut a Windows emulátoron keresztül. És mintha ez nem lenne elég megalázó, abszolút összezúzta a Geekbench Single-Core 1390-es pontszámával, összehasonlítva a Surface 802-esével, ami nevetségesen rossz ehhez képest. Az M1 komolyan gyors.
A Microsoft is a pletykák szerint saját házi ARM processzort fejlesztenek, és bár ez a pletyka az Azure kiszolgálótérből származik, valószínűleg ugyanazt a chipet használják a Surface számára, ha megfelelnek az Apple teljesítményének.
Mi a különbség az ARM és az x86 között?
A nap végén nincs túl nagy különbség az ARM és az x86 között. Továbbra is futtathatja a Google Chrome-ot és a YouTube-ot bármelyiken megtekintheti. Valójában talán most teszi ezt, mivel szinte az összes Android és minden iPhone ARM-alapú processzort használ.
A legnagyobb különbség a legtöbb ember számára az, hogy az x86-ra szánt régebbi alkalmazásokat át kell fordítani, hogy az ARM-en is fussanak. Bizonyos dolgokban ez könnyű, de nem minden támogatott, főleg a régi szoftverek. Azonban még az is általában futtathatja az x86 emulációt, amelyet a Windows kezd támogatni.
A fejlesztők számára nagyon sok különbség van az alkalmazások összeállításában, de manapság a legtöbb fordító jó munkát végez a főbb utasításkészletek támogatásában, és valójában nem kell sok változtatást végrehajtania ahhoz, hogy több platformra fordítson .
De hogyan fut az ARM gyorsabban?
A kérdés megválaszolásához mélyebben el kell mélyednünk abban, hogyan működnek a processzorok a motorháztető alatt.
Az ARM és az x86 egyaránt utasításkészletek, más néven építészet, amelyek alapvetően a mikrokódos „programok” listája, amelyeket a CPU támogat. Ezért nem kell aggódnia a Windows alkalmazás futtatásáért egy adott AMD vagy Intel CPU-n; mindketten x86-os CPU-k, és bár a pontos kialakítás különbözik (és másként teljesítenek), mindkettő ugyanazt az utasítást támogatja. Ez azt jelenti, hogy az x86-ra fordított programok általában mindkét CPU-t támogatják.
A CPU-k alapvetően egymás után hajtják végre a műveleteket, mint egy gép, amely megadja az elvégzendő feladatok listáját. Minden utasítás an néven ismert opcode, és az x86-hoz hasonló architektúrákban sok opcode van, főleg, ha évtizedek óta léteznek. Ezen összetettség miatt az x86 „Komplex utasításkészletként” vagy CISC néven ismert.
A CISC architektúrák általában azt a megközelítést alkalmazzák, hogy rengeteg dolgot egyetlen utasításba csomagolnak. Például egy szorzási utasítás áthelyezheti az adatokat a memóriabankból a regiszterbe, majd elvégezheti a szorzás lépéseit, és az eredményeket összekeverheti a memóriában. Minden egy utasításban.
A burkolat alatt azonban ez az utasítás sok „mikro-opba” kerül kibontva, amelyet a CPU végrehajt. A CISC előnye a memóriahasználat, és mivel annak idején a prémium volt, a CISC korábban jobb volt.
Azonban ez már nem a szűk keresztmetszet, és itt játszik szerepet a RISC. A RISC vagy a Reduced Instruction Set alapvetően megszünteti az összetett többrészes utasításokat. Minden utasítás többnyire egyetlen órajelen belül végrehajtható, bár sok hosszú műveletnek meg kell várnia a CPU vagy a memória más területeinek eredményeit.
Bár ez visszafelé tűnik, óriási következményekkel jár a CPU tervezésére. A CPU-knak minden utasítást RAM-ról kell betölteniük, és a lehető leggyorsabban végre kell hajtaniuk. Kiderült, hogy sokkal könnyebb ezt megtenni, ha sok egyszerű utasítás van, szemben a sok összetett utasítással. A CPU gyorsabban fut, amikor az utasításpuffer feltölthető, és ezt sokkal könnyebb megtenni, ha az utasítások kisebbek és könnyebben feldolgozhatók.
A RISC-nek is előnye van az úgynevezett Out-of-Order végrehajtásnak vagy OoOE-nek. Lényegében a CPU-ban van egy egység, amely átrendezi és optimalizálja a belépő utasításokat. Például, ha egy alkalmazásnak két dolgot kell kiszámítania, de ezek nem függnek egymástól, a CPU mindkettőt párhuzamosan tudja végrehajtani. Általában a párhuzamos kódot a fejlesztők nagyon bonyolultan írják, de a CPU legalacsonyabb szintjein a többfeladatos feladatok segítségével felgyorsíthatja a dolgokat. Az Apple M1 chip nagyszerűen használja az OoOE-t.
Ha érdekel a belső működés, akkor érdemes olvassa el Erik Engheim fantasztikus írását arról, hogy mitől olyan gyors az Apple M1 chip. Röviden összefoglalva, nagymértékben felhasználja a speciális szilíciumot, a rendelésen kívüli végrehajtást, és sokkal több utasítás dekóderrel rendelkezik a sebességének támogatásához.
Az ARM lecseréli az x86-ot?
Az őszinte válasz az, valószínűleg. Az Intel évek óta érzi Moore törvényének végét, és bár az AMD az utóbbi években képes volt ugrani a teljesítményre, mégsem járnak messze.
Ez nem azt jelenti, hogy az x86 hamarosan meghal, de nyilvánvaló, hogy az ARM-nek több lehetősége van, mint egyszerűen mobil architektúra – egy megbélyegzés, amely az iparág jelenlegi irányának ismeretében már nem érvényes. A RISC architektúrák előnyei egyértelműek, és az Apple M1 chipjének mennyi javulásával az ipar jövője ígéretesnek tűnik.
Ráadásul az ARM nem az egyetlen RISC architektúra odakinn. Még mindig saját tulajdonú, bár az ARM harmadik féltől származó tervezőknek engedélyezi a terveket, mint például a Qualcomm, a Samsung és az Apple. A RISC-V nyílt forráskódú, és hasonlóan ígéretes. Ez egy szabványosított utasításkészlet-architektúra, amely a pontos megvalósításokat a gyártóra bízza. Ha az iparág általában a RISC felé halad, akkor nyílt és zárt forráskódú megvalósítások állnak majd rendelkezésre.