Feliratkozás a hírekre. Miért van szüksége ezekre a technikai információkra?

Hogyan biztosíthatja a folyamatos teljesítménynövekedést az olyan korlátozott teljesítményű eszközökben, mint az okostelefonok vagy táblagépek? Lehetséges energiahatékonyabb mikroarchitektúrát létrehozni, de ez csak bizonyos mértékig lehetséges. Lehetőség van egy fejlettebb gyártási folyamatra váltani, de ma már ez a lépés sem biztosítja a korábbi előnyöket. A vállalatok korábban mindkét megközelítést alkalmazták, de ma már ez nem elég. Az iparág fokozatosan a heterogén számítástechnika felé halad: a nagy teljesítményű magokat az alacsony fogyasztású, de energiahatékony társai mellé helyezik, és szükség esetén váltanak közöttük.

Az NVIDIA nemrég mutatta be a Tegra 3 (Kal-El) processzorarchitektúrát. A cég azt mondta, hogy a rendszer egy chipen 5 Cortex-A9 magot tartalmaz, de ezek közül csak 4 látható az operációs rendszer számára. Egyszerű háttérfeladatok futtatásakor csak egy energiahatékony Cortex A9 mag fut, a nagy teljesítményűek pedig letiltott állapotban vannak. Amint a rendszernek teljesítményre van szüksége, a feladatokat a rendszer átirányítja a nagy teljesítményű magokhoz, és kikapcsolja az energiahatékonyságot.

Az NVIDIA megoldása azonos magokra támaszkodik, de különböző tranzisztorokat (LP és G) használnak, de a megközelítés nem túlságosan eltérő, ha különböző magarchitektúrákat is használunk. Amikor az NVIDIA a chipjét tervezte, az ARM nem tudott megfelelő energiahatékony magot kínálni, amely akár önmagában, akár társmagként használható lenne a Cortex A15 rendszerben egy chipen. Most van egy ilyen mag, és megkapta a Cortex A7 nevet.

A Cortex A9-től kezdve az ARM áttért a sorrendben történő utasítás-végrehajtásra (az utasítások átrendezhetők a jobb párhuzamosság érdekében), ami az x86 architektúra a Pentium Pro napjai alatt történt. A Cortex A15 folytatja ezt a trendet, miközben növeli az óránként végrehajtott utasítások számát. Ezzel szemben a Cortex A7 egy lépés visszafelé: egy másik mag, amely adott sorrendben hajtja végre a parancsokat, és egyidejűleg akár két utasítást is képes végrehajtani. A leírás hasonló a Cortex A8-hoz, de az A7 sok területen eltér.

Az A8 mag egy nagyon régi fejlesztés – a tervezési munka még 2003-ban kezdődött. Bár az ARM kínálta a mag könnyen szintetizálható változatait, idővel a gyártóknak saját kiegészítő logikájukat kellett használniuk a magasabb frekvenciák eléréséhez. A különálló kialakítás nemcsak a megoldások piacra kerülési idejét hosszabbította meg, hanem a fejlesztési költségeket is. A Cortex A7 továbbra is teljesen szintetizált, miközben továbbra is jó teljesítményt kínál. Az ARM figyelembe vette a legújabb gyártási folyamatokat az architektúra fejlesztése során, jó órajel- és teljesítményarányt érve el, valamint az architektúrát is átdolgozta, hogy csökkentse a megoldások piacra vitelének idejét és költségeit.

A Cortex A7 mag egy 8 szakaszból álló folyamatot használ, amely óránként két utasítást dolgoz fel (az A7 azonban, az A8-cal ellentétben, néhány összetett utasítást óránként egyet hajt végre). Az egész műveletek blokkja az A7-ben hasonló az A8-hoz, de a matematikai társprocesszor teljesen csővezetékes szervezettel rendelkezik, és kompaktabb, bár némileg leegyszerűsített.

Az architektúra némi egyszerűsítése lehetővé tette a kernel méretének jelentős csökkentését. Az ARM azt állítja, hogy egyetlen Cortex A7 mag csak 0,5 mm2-t foglal el a 28 nm-es eljárással. Ugyanezzel a gyártási eljárással az ARM-ügyfelek egy A7-es magot a Cortex A8-mag mindössze 1/3-1/2-ébe illeszthetnek. Az A9 szabványos magkialakítása megegyezik az A8 területével, míg az A15 területe mindkettőnél nagyobb.

Az összetett utasítások végrehajtásának korlátozott lehetősége ellenére az ARM elvárja, hogy a Cortex A7 architektúra jobb teljesítményt nyújtson, mint a Cortex A8. Ez részben a továbbfejlesztett elágazás-előrejelző motornak és egy kisebb csővezetéknek köszönhető, amely csökkenti az elágazás téves előrejelzésének esélyét. A Cortex A7 továbbfejlesztett utasításlekérő algoritmusokkal és gyorsabb L2 gyorsítótárral rendelkezik, hogy tovább javítsa az általános számítási hatékonyságot.

Azonban bizonyos feladatok korlátai miatt a Cortex A7 teljesítménye megegyezik a Cortex A8-cal, vagy akár az utóbbinál is gyengébb lesz. A különböző ARM magok várható DMIPS/MHz teljesítménybesorolása így néz ki:

ARM11 - 1,25 DMIPS / MHz;
ARM Cortex A7 - 1,9 DMIPS / MHz;
ARM Cortex A8 - 2 DMIPS / MHz;
ARM Cortex A9 - 2,5 DMIPS / MHz;
Qualcomm Scorpion – 2,1 DMIPS/MHz;
Qualcomm Krait - 3,3 DMIPS/MHz.

A legfontosabb, hogy a Cortex A7 magok 100%-ban ISA-kompatibilisek a Cortex A15-tel, vagyis támogatják az új virtualizációs utasításokat és a 40 bites memóriacímzést. Ennek eredményeként bármilyen Cortex A15-höz írt kód futhat a Cortex A7-en, csak lassabban. Ez egy nagyon fontos funkció, amely lehetővé teszi a gyártók számára, hogy Cortex A7 és Cortex A15 magokkal is felszerelt lapkára tervezzenek rendszereket, a feladattól függően váltva közöttük. Az ARM ezt big.LITTLE konfigurációnak nevezi.

A Cortex A15 architektúra jelentős előrelépést jelent az ARM architektúrák teljesítménye szempontjából. Célja, hogy szembeszálljon a belépő szintű x86 chipekkel. A Cortex A15 magok a jövő okostelefonjaiban és táblagépeiben jelennek meg, fokozatosan felváltva a Cortex A9-et a csúcskategóriás megoldásokban. Az igényes feladatokban a Cortex A15-ök várhatóan energiahatékonyabbak, mint az A9-ek.

Az okostelefonok háttér- és egyszerű feladataihoz azonban néha nincs szükség ekkora teljesítményre, és végrehajtásuk az erős A15-ös magon nem túl hatékony az energiafogyasztás szempontjából. Itt kerül előtérbe az A7. Míg a Cortex A7-ek önálló számítási magokként használhatók (és természetesen az alsó kategóriás gépekben is használhatók), addig az ARM-partnerek integrálhatják a Cortex A7 magokat a Cortex A15-tel egy big.LITTLE konfigurációban.

Mivel az A7 és az A15 ugyanazokat az utasításokat tudja végrehajtani, a két architektúra magjaival felszerelt lapkán lévő rendszerek az igénytől függően energiatakarékosról nagy teljesítményűre válthatnak. A gyorsítótárak tartalmának konzisztenciáját a CCI-400 hivatkozás biztosítja. Az ARM szerint a chip 20 ezredmásodperc alatt képes váltani a különböző magokkal rendelkező klaszterek között.

Ha minden az ARM által leírtak szerint működik, egy ilyen architektúra teljesen átlátszó lesz az operációs rendszer számára, akárcsak a Tegra 3 esetében, és nem lesz szükség szoftveroptimalizálásra az energiahatékonyság növeléséhez. A gyártók azonban az ARM szerint tájékoztathatják majd az operációs rendszert a számítási magok tényleges számáról, ha ilyen megközelítésre van szükségük.

A Cortex A7 alapján 1-4 ilyen maggal felszerelt processzorokat lehet majd létrehozni, függetlenül és A15-ös konfigurációban. Az ARM arra számít, hogy az A7-en alapuló első 40 nm-es chipek jövő év elején jelennek meg. Olcsó, 100 dollár alatti 2 magos okostelefonokban és még olcsóbb egymagos okostelefonokban fogják használni. Szintén jövőre 28 nm-es lapkák jelennek meg, amelyek a Cortex A7 és A15 magokat is egyetlen lapkán egyesítik.

A Cortex A7 tehát egy kiváló architektúra, amely nemcsak az A8-hoz képest jóval magasabb teljesítmény-ár arányt tud nyújtani, hanem jelentősen megnöveli mind a csúcs-, mind a belépő szintű okostelefonok akkumulátor-élettartamát. Rohamosan közeledik a heterogén számítástechnika korszaka, mint a mikroprocesszorok fejlesztésének következő szakasza.

A modern kütyük túlnyomó többsége ARM architektúrán alapuló processzorokat használ, amelyet az azonos nevű ARM Limited cég fejleszt. Érdekesség, hogy a cég maga nem gyárt processzorokat, csak a technológiáit licenceli harmadik fél chipgyártóknak. Emellett a cég Cortex processzormagokat és Mali grafikus gyorsítókat is fejleszt, amikre ebben az anyagban mindenképpen kitérünk.

Az ARM cég tulajdonképpen monopolista a maga területén, és a különböző mobil operációs rendszereken futó modern okostelefonok és táblagépek túlnyomó többsége ARM architektúrán alapuló processzorokat használ. A chipgyártók egyedi magokat, utasításkészleteket és kapcsolódó technológiákat licencelnek az ARM-től, és a licencek költsége jelentősen eltér a processzormagok típusától (az alacsony fogyasztású költségvetési megoldásoktól a legmodernebb négymagos, sőt nyolcmagos chipekig) és további alkatrészek. Az ARM Limited 2006-os éves eredménykimutatása 161 millió dollár bevételt mutatott körülbelül 2,5 milliárd processzor licenceléséből (a 2011-es 7,9 milliárd dollárhoz képest), ami chipenként körülbelül 0,067 dollárt jelent. Ez azonban a fentebb kifejtett okból kifolyólag igen átlagos adat a különböző licencek árkülönbsége miatt, és azóta a cég profitjának többszörösére kellett volna nőnie.

Jelenleg az ARM processzorok nagyon elterjedtek. Az ezen az architektúrán lévő chipeket mindenhol használják, egészen a szerverekig, de leggyakrabban az ARM beágyazott és mobil rendszerekben található meg, a merevlemez-vezérlőktől a modern okostelefonokig, táblagépekig és egyéb kütyükig.

Az ARM több magcsaládot fejleszt, amelyeket különféle feladatokhoz használnak. Például a Cortex-Mx és Cortex-Rx alapú processzorokat (ahol az "x" egy számjegy vagy a pontos magszámot jelző szám) használják beágyazott rendszerekben, sőt fogyasztói eszközökben is, például útválasztókban vagy nyomtatókban.

Nem foglalkozunk velük részletesen, mert elsősorban a Cortex-Ax család érdekel minket - az ilyen magokkal rendelkező chipeket a legproduktívabb eszközökben használják, beleértve az okostelefonokat, táblagépeket és játékkonzolokat. Az ARM folyamatosan dolgozik a Cortex-Ax vonal új magjain, de a cikk írásakor az okostelefonok a következőket használják:

Cortex-A5;
Cortex-A7;
Cortex-A8;
Cortex-A9;
Cortex-A12;
Cortex-A15;
Cortex-A53;

Minél nagyobb a szám, annál nagyobb a processzor teljesítménye, és ennek megfelelően annál drágább az eszközosztály, amelyben használják. Érdemes azonban megjegyezni, hogy ezt a szabályt nem mindig tartják be: például a Cortex-A7 magokra épülő chipek teljesítménye nagyobb, mint a Cortex-A8-on alapulóké. Ennek ellenére, ha a Cortex-A5 processzorok már szinte elavultnak számítanak, és szinte soha nem használják a modern eszközökben, akkor a Cortex-A15 processzorok megtalálhatók a zászlóshajó kommunikátorokban és táblagépekben. Nem is olyan régen az ARM hivatalosan is bejelentette új, erősebb és egyben energiatakarékos Cortex-A53 és Cortex-A57 magok kifejlesztését, amelyeket egyetlen chipen kombinálnak majd az ARM big.LITTLE technológia és támogatás segítségével. az ARMv8 utasításkészlet („architektúra verzió”), de jelenleg nem használják tömegfogyasztói eszközökben. A legtöbb Cortex magos chip lehet többmagos, és a négymagos processzorok mindenütt megtalálhatók a modern csúcskategóriás okostelefonokban.

Az okostelefonok és táblagépek nagy gyártói általában olyan ismert chipgyártók processzorait használják, mint a Qualcomm, vagy saját megoldásaikat, amelyek már igen népszerűvé váltak (például a Samsung és Exynos lapkakészlet-családja), de a legtöbb kisvállalat kütyüinek műszaki jellemzői közé tartozik. , gyakran találhat olyan leírásokat, mint „Cortex-A7 @ 1GHz processzor” vagy „Kétmagos Cortex-A7 @ 1 GHz”, amelyek semmit sem mondanak el az átlagfelhasználónak. Annak érdekében, hogy megértsük, mi a különbség az ilyen magok között, összpontosítsunk a főbbekre.

Cortex-A5

A Cortex-A5 magot olcsó processzorokban használják a legtakarékosabb eszközökhöz. Az ilyen eszközöket csak korlátozott számú feladat elvégzésére és egyszerű alkalmazások futtatására tervezték, de egyáltalán nem erőforrásigényes programokra és különösen játékokra. Cortex-A5 processzorral szerelt kütyü például a Highscreen Blast, amely egy Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 chipet kapott, amely két Cortex-A5 magot tartalmaz 1,2 GHz-en.

Cortex-A7

A Cortex-A7 processzorok erősebbek, mint a Cortex-A5 chipek, és gyakoribbak. Az ilyen chipek 28 nanométeres folyamattechnológiával készülnek, és nagy, akár 4 megabájtos második szintű gyorsítótárral rendelkeznek. A Cortex-A7 magok főként olcsó okostelefonokban és alacsony költségű középkategóriás eszközökben találhatók meg, mint például az iconBIT Mercury Quad, és kivételként az Exynos 5 Octa processzorral felszerelt Samsung Galaxy S IV GT-i9500-ban – ez a lapkakészlet energiatakarékos négymagos processzor a Cortex-A7-en.

Cortex-A8

A Cortex-A8 mag nem olyan elterjedt, mint „szomszédai”, a Cortex-A7 és a Cortex-A9, de még mindig használják különféle belépő szintű kütyükben. A Cortex-A8 chipek működési órajel-frekvenciája 600 MHz-től 1 GHz-ig terjedhet, de néha a gyártók a processzorokat magasabb frekvenciákra is túlhajtják. A Cortex-A8 mag sajátossága a többmagos konfigurációk támogatásának hiánya (azaz ezeken a magokon a processzorok csak egymagosak lehetnek), és 65 nanométeres folyamattechnológiával hajtják végre, ami már számításba vehető. elavult.

Cortex-A9

Néhány évvel ezelőtt a Cortex-A9 magokat tartották a legjobb megoldásnak, és mind a hagyományos egymagos, mind az erősebb kétmagos chipekben, például az Nvidia Tegra 2-ben és a Texas Instruments OMAP4-ben egyaránt használták. Jelenleg a 40 nanométeres folyamattechnológiával készült Cortex-A9 alapú processzorok nem veszítenek népszerűségükből, és sok középkategóriás okostelefonban használják. Az ilyen processzorok működési frekvenciája 1-2 vagy több gigahertz lehet, de általában 1,2-1,5 GHz-re korlátozódik.

Cortex-A12

2013 júniusában az ARM hivatalosan bemutatta a Cortex-A12 magot, amely egy új, 28 nm-es folyamattechnológián alapul, és a középkategóriás okostelefonok Cortex-A9 magjainak helyettesítésére szolgál. A fejlesztő 40%-os teljesítménynövekedést ígér a Cortex-A9-hez képest, ráadásul a Cortex-A12 magok produktívként vehetnek részt az ARM big.LITTLE architektúrában az energiatakarékos Cortex-A7 mellett, ami lehetővé teszi majd. a gyártók olcsó nyolcmagos chipek létrehozására. Igaz, a cikk írásakor mindez még csak a tervek között szerepel, és a Cortex-A12 chipek tömeggyártása még nem alakult ki, bár a RockChip már bejelentette, hogy egy négymagos Cortex-A12 processzort kíván kiadni. 1,8 GHz-es frekvencia.

Cortex-A15

2013-ban a Cortex-A15 mag és származékai jelentik a csúcsmegoldást, és különféle gyártók zászlóshajó kommunikátor chipjeiben használják. A 28 nm-es folyamattechnológiával készült, Cortex-A15-re épülő új processzorok között megtalálható a Samsung Exynos 5 Octa és az Nvidia Tegra 4, és ez a mag gyakran platformként szolgál más gyártók módosításaihoz. Például az Apple legújabb A6X processzora Swift magokat használ, amelyek a Cortex-A15 módosításai. A Cortex-A15 alapú chipek 1,5-2,5 GHz-es frekvencián képesek működni, és számos harmadik féltől származó szabvány támogatása és akár 1 TB fizikai memória megcímzésének képessége lehetővé teszi az ilyen processzorok használatát számítógépekben (hogyan nem emlékszik vissza egy akkora mini számítógép, mint egy banki Raspberry Pi kártya).

Cortex-A50 sorozat

2013 első felében az ARM bemutatta a Cortex-A50 sorozat néven új chipsort. Ennek a vonalnak a magjai az architektúra új verziója, az ARMv8 szerint készülnek, és támogatják az új utasításkészleteket, valamint 64 bitesek lesznek. Az új bitmélységre való átállás megköveteli a mobil operációs rendszerek és alkalmazások optimalizálását, de természetesen megmarad a több tízezer 32 bites alkalmazás támogatása. Az Apple volt az első, aki átváltott a 64 bites architektúrára. A cég legújabb eszközei, mint például az iPhone 5S, pont ilyen Apple A7 ARM processzoron futnak. Figyelemre méltó, hogy nem használ Cortex magokat – ezeket a gyártó saját Swift magjaira cserélik. A 64 bites processzorokra való váltás egyik nyilvánvaló oka a 4 GB-nál nagyobb RAM támogatása, és ezen felül a számításnál sokkal nagyobb számokkal való működés lehetősége. Természetesen, bár ez elsősorban a szerverekre és a PC-kre vonatkozik, de nem fogunk meglepődni, ha néhány éven belül megjelennek a piacon ekkora RAM-mal rendelkező okostelefonok és táblagépek. Egyelőre semmit sem lehet tudni arról, hogy új architektúrára és az azokat használó okostelefonokra terveznék kiadni a chipeket, de valószínű, hogy 2014-ben zászlóshajókat kapnak az ilyen processzorok, ahogy a Samsung már bejelentette.

Cortex-A53

A Cortex-A53 mag nyitja a sorozatot, amely a Cortex-A9 közvetlen „utódja” lesz. A Cortex-A53 alapú processzorok teljesítményében észrevehetően felülmúlják a Cortex-A9 alapú chipeket, ugyanakkor az alacsony energiafogyasztás megmarad. Az ilyen processzorok külön-külön és az ARM big.LITTLE konfigurációban is használhatók, ugyanazon a lapkakészleten kombinálva a Cortex-A57 processzorral

A 20 nanométeres technológiával készülő Cortex-A57 processzorai a közeljövőben a legerősebb ARM processzorokká válhatnak. Az új mag a különböző teljesítménymutatókban jelentősen felülmúlja elődjét, a Cortex-A15-öt (az összehasonlítást fentebb láthatja), és a PC-piacot komolyan megcélzó ARM szerint nyereséges megoldás lesz a mainstream számítógépek (beleértve a laptopokat is) számára. ), nem csak mobileszközökön.

A modern processzorok energiafogyasztási problémájának csúcstechnológiás megoldásaként az ARM a big.LITTLE technológiát kínálja, melynek lényege, hogy egy chipen különböző típusú magokat kombinálnak, általában ugyanannyi energiatakarékos és nagy- teljesítményűek.

Három séma létezik a különböző típusú magok egyetlen chipen történő működésére: big.LITTLE (migráció a klaszterek között), big.LITTLE IKS (migráció a magok között) és big.LITTLE MP (heterogén többfeldolgozás).

big.LITTLE (migráció a klaszterek között)

Az első ARM big.LITTLE architektúrára épülő lapkakészlet a Samsung Exynos 5 Octa processzor volt. Az eredeti big.LITTLE „4+4” sémát használja, ami azt jelenti, hogy két fürtbe (innen a séma neve) egy lapkán egyesítenek négy nagy teljesítményű Cortex-A15 magot erőforrás-igényes alkalmazásokhoz és játékokhoz, valamint négy energia- Cortex-A7 magok mentése a mindennapi munkához a legtöbb programmal, és egyszerre csak egyfajta kernel tud működni. A magcsoportok közötti váltás teljesen automatikus üzemmódban szinte azonnal és észrevétlenül történik a felhasználó számára.

A big.LITTLE architektúra egy összetettebb megvalósítása több valós mag (általában kettő) egy virtuális magnak a kombinációja, amelyet az operációs rendszer kernelje vezérel, és amely eldönti, hogy melyik magot használja – energiahatékony vagy produktív. Természetesen több virtuális mag is létezik – az illusztráció egy IKS-séma példáját mutatja, ahol mind a négy virtuális mag egy Cortex-A7 és Cortex-A15 magot tartalmaz.

A big.LITTLE MP séma a legfejlettebb – ebben minden mag független, és az operációs rendszer magja szükség szerint bekapcsolhatja. Ez azt jelenti, hogy ha négy Cortex-A7 magot és ugyanannyi Cortex-A15 magot használunk, akkor az ARM big.LITTLE MP architektúrára épített lapkakészletben mind a 8 mag képes lesz egyidejűleg működni, annak ellenére, hogy különbözőek. típusok. Az egyik első ilyen típusú processzor a cég nyolcmagos chipje volt, amely 2 GHz-es órajelen is képes működni, valamint UltraHD felbontású videót rögzíteni és lejátszani.

Jövő

A jelenleg rendelkezésre álló információk szerint a közeljövőben az ARM más cégekkel közösen új generációs big.LITTLE chipek kiadását tervezi, amelyek az új Cortex-A53 és Cortex-A57 magokat használják majd. Ezenkívül a kínai MediaTek gyártó költségvetési processzorokat fog kiadni az ARM big.LITTLE-n, amelyek a „2 + 2” séma szerint működnek, vagyis két két magból álló csoportot használnak.

Az ARM a processzorok mellett a Mali család grafikus gyorsítóit is fejleszti. A processzorokhoz hasonlóan a grafikus gyorsítókat is számos paraméter jellemzi, mint például az élsimítás szintje, a busz interfész, a gyorsítótár (sebesség növelésére használt ultragyors memória) és a „grafikus magok” száma (bár ahogy írtuk egy Az előző cikkben ez az ábra, annak ellenére, hogy hasonló a CPU leírására használt kifejezéssel, alig vagy egyáltalán nincs hatással a teljesítményre, ha két GPU-t hasonlítunk össze).

Az első ARM grafikus gyorsító a már nem használt Mali 55 volt, amelyet az LG Renoir érintőtelefonban (igen, a leghétköznapibb mobiltelefonban) használtak. A GPU-t játékokban nem használták – csak az interfész megrajzolására, és a mai mércével mérve primitív karakterisztikával bírt, de ő lett a Mali sorozat „őse”.

Azóta a fejlődés nagy utat tett meg, és most a támogatott API-k és játékszabványok nem kis jelentőséggel bírnak. Például az OpenGL ES 3.0 támogatását már csak a legerősebb processzorokban jelentették be, mint a Qualcomm Snapdragon 600 és 800, és ha már az ARM termékekről beszélünk, a szabványt olyan gyorsítók támogatják, mint a Mali-T604 (ő volt). aki az első ARM GPU, amely új mikroarchitektúrára készült Midgard), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 és néhány más, hasonló jellemzőkkel rendelkező chipre. Egyik vagy másik GPU általában szorosan kapcsolódik a maghoz, de ennek ellenére külön van feltüntetve, ami azt jelenti, hogy ha a játékokban a grafika minősége fontos Önnek, akkor érdemes megnézni a nevét. gyorsító egy okostelefon vagy táblagép specifikációiban.

Az ARM középkategóriás okostelefonokhoz is rendelkezik grafikus gyorsítókkal, amelyek közül a leggyakoribb a Mali-400 MP és a Mali-450 MP, amelyek viszonylag alacsony teljesítményben, valamint korlátozott API-készletben és támogatott szabványokban különböznek idősebb testvéreiktől. Ennek ellenére ezeket a GPU-kat továbbra is használják az új okostelefonokban, például a Zopo ZP998-ban, amely a nyolcmagos MTK6592 processzor mellett a Mali-450 MP4 grafikus gyorsítót (a Mali-450 MP továbbfejlesztett módosítása) is megkapta.

Vélhetően 2014 végén meg kell jelenniük a legújabb ARM grafikus gyorsítókkal szerelt okostelefonoknak: a 2013 októberében bemutatott Mali-T720, Mali-T760 és Mali-T760 MP. A Mali-T720 az alacsony kategóriás okostelefonok új GPU-ja, és ebben a szegmensben az első GPU, amely támogatja az Open GL ES 3.0-t. A Mali-T760 pedig az egyik legerősebb mobil grafikus gyorsító lesz: a deklarált jellemzők szerint a GPU 16 processzormaggal rendelkezik, és valóban hatalmas, 326 Gflop feldolgozási teljesítménnyel rendelkezik, ugyanakkor négyszer kevesebb. energiafogyasztás, mint a fent említett Mali-T604.

Az ARM CPU és GPU szerepe a piacon

Annak ellenére, hogy az ARM az azonos nevű architektúra szerzője és fejlesztője, amelyet, ismételjük, ma már a mobil processzorok túlnyomó többségében használnak, magok és grafikus gyorsítók formájában megjelenő megoldásai nem népszerűek a nagy okostelefonok körében. gyártók. Jogosan gondolják például, hogy az Android operációs rendszeren futó zászlóshajó kommunikátoroknak Krait magokkal rendelkező Snapdragon processzorral és a Qualcomm Adreno grafikus gyorsítójával kell rendelkezniük, ugyanazon cég chipkészleteit használják a Windows Phone okostelefonokban, és néhány kütyügyártó, például az Apple. , fejlesztik saját magjukat. Miért ez a jelenlegi helyzet?

Lehet, hogy az okok egy része mélyebben rejlik, de az egyik az ARM-ből származó CPU és GPU egyértelmű pozicionálásának hiánya más cégek termékei között, aminek következtében a cég fejlesztéseit alapvető komponensekként tekintik a felhasználásra. B-márkájú készülékek, olcsó okostelefonok és ezek alapján érettebb döntések megalkotása. A Qualcomm például szinte minden bemutatón megismétli, hogy az új processzorok létrehozásakor az egyik fő célja az energiafogyasztás csökkentése, a Cortex magokkal módosított Krait magjai pedig folyamatosan magasabb teljesítményt mutatnak. Hasonló megállapítás igaz a játékokra fókuszáló Nvidia lapkakészletekre is, de ami a Samsung Exynos és az Apple A-sorozatú processzorait illeti, ezeknek is megvan a saját piacuk, mivel ugyanazon cégek okostelefonjaiba telepítik őket.

A fentiek egyáltalán nem jelentik azt, hogy az ARM fejlesztések lényegesen rosszabbak lennének, mint a külső gyártók processzorai és magjai, de a piaci verseny végső soron csak az okostelefont vásárlóknak kedvez. Elmondhatjuk, hogy az ARM kínál néhány blankot, amelyhez licenc megvásárlásával a gyártók már önállóan módosíthatják.

Következtetés

Az ARM architektúrájú mikroprocesszorok alacsony fogyasztásuk és viszonylag nagy feldolgozási teljesítményük miatt sikeresen meghódították a mobileszközök piacát. Korábban más RISC-architektúrák, például a MIPS versenyeztek az ARM-mel, de mára már csak egyetlen komoly versenytársa maradt - az x86-os architektúrával az Intel, amely egyébként bár aktívan küzd a piaci részesedéséért, még egyik sem érzékeli. a fogyasztók vagy a legtöbb gyártó komolyan, különösen akkor, ha valójában nincsenek rajta zászlóshajók (a Lenovo K900 már nem tud versenyezni a legújabb csúcskategóriás okostelefonokkal ARM processzorokon).

Sziasztok kedves olvasóink. Ma a Cortex a53 processzor architektúrájáról fogunk beszélni.

Nem is sejti, hány kütyüje működik ennek a processzornak köszönhetően. Kevesen ismerik a technológia magjainak jellemzőit és azt, hogy mi különbözteti meg őket egymástól. Ebben a cikkben megismerheti egy bizonyos népszerű Cortex a53 funkcióit.

Jellemzők

Ezek a processzorok 1-8 maggal, L1 memóriarendszerrel és megosztott L2 gyorsítótárral rendelkezhetnek. Annak megértéséhez, hogy mi különbözteti meg ennek a modellnek a szinte összes berendezésének fő alkatrészét a többitől, ismernie kell az előnyeit:

Nagy teljesítmény (mobilalkalmazások széles skálájának támogatása, DTV, űrjárművek, tárolók és egyéb hasonló berendezések);
Kiváló minőségű Army8-A architektúra belépő szintű önálló kialakításokhoz;
Univerzális (bármilyen processzorral párosítható, például Cortex-A72, Cortex-A57 és mások);
Minőségi termék nagy letöltési mennyiséggel.

Ezek a termék fő erősségei, de nem minden előnye. A márka magja számos funkciót lát el:

Támogatja a 64 bites és a legújabb architektúrákat;
TrustZone biztonsági technológia;
DSP és SIMD bővítmények;
8 fokozatú csővezeték két kimenettel és javított egész számmal;
1,5 GHz-es frekvencián működik;
Hardveres virtualizáció támogatása.

Ez a műszaki komponens szabványos funkciókészlete, de ezek messze nem mindazok a funkciók, amelyeket ez az összetett mechanizmus ellát.

Hol használják a leggyakrabban

Az ilyen típusú processzorok nemcsak a középkategóriás okostelefonokban (Xiaomi redmi 4, Redmi 3s, Meizu m3 / m5 Note stb.), hanem a következő technológiákban is megtalálhatók:

Repüléstechnika;
Háló;
Adattárolók (például HDD, SDD);
Autóipari infotainment rendszer;

További jellemzők

Az alacsony energiafogyasztásért felelős csővezeték;
Nagy áteresztőképesség, amely lehetővé teszi több parancs egyidejű végrehajtását;
Fejlett energiatakarékos funkciók.

Más IP-címhez társított processzor

Ezt a technikát SoC-kben, valamint olyan technológiákban használják, mint az Arm, a Graphical IP, a System IP és a Physical IP. A márka magjával használható eszközök teljes listáját kínáljuk Önnek. :

Mali-T860/Mali-T880;
Mali-DP550;
Mali-V550;
corelink;
Memóriavezérlő;
Megszakításvezérlő;
DS-5 Fejlesztő Stúdió;
ARM fordító;
Fejlesztő táblák;
gyors modellek.

Kétféle Cortex a53 processzor létezik:

AArch64 - lehetővé teszi a 64 bites alkalmazások telepítését és használatát;
AArch32 – Csak a meglévő Armv7-A alkalmazások használatát teszi lehetővé.

Miért van szüksége ezekre a technikai információkra?

Ha nem értesz semmit a technológiához és a specifikációkhoz, akkor egyszerűbben fogalmazva a Cortex a53 sokkal nagyobb teljesítményt nyújt, mint elődei, magasabb energiahatékonyság mellett. Az alapteljesítmény még a sok népszerű okostelefonon megtalálható Cortex-A7 márkánál is magasabb.

Az Armv8-A architektúra határozza meg a technológiák funkcionalitását. Ez a márkájú kernel 64 bites adatfeldolgozással, kiterjesztett virtuális címzéssel és 64 bites általános célú regiszterekkel rendelkezik. Mindezen tulajdonságok miatt ez a processzor az első, amelyet kifejezetten energiatakarékos 64 bites feldolgozásra terveztek.

Így megérti, hogy a Cortex a53 processzor az a névleges műszaki komponens, amelyet nem szabad kihagynia a technika kiválasztásakor. Ha okostelefonja rendelkezik ilyen processzorral, amely ezt az architektúrát használja, akkor nem kell attól tartania, hogy elfogy a memória vagy a telefon gyorsan. Mindezek a problémák a múltban vannak.

Reméljük, hogy cikkünk hasznos volt az Ön számára. Ha igen, iratkozzon fel csoportjainkra a közösségi hálózatokon, és kövesse az új cikkeket, amelyek szintén hasznosak lehetnek az Ön számára. Ne feledkezzen meg csatornánkról Youtube.

Ez a cikk a processzor architektúráját tárgyalja. Az erre épülő félvezető termékek megtalálhatók okostelefonokban, útválasztókban, tábla PC-kben és egyéb mobil eszközökben, ahol egészen a közelmúltig vezető pozíciót töltött be ebben a piaci szegmensben. Most fokozatosan felváltják az újabb és frissebb processzormegoldások.

Rövid információ az ARM cégről

Az ARM története 1990-ben kezdődött, amikor Robin Saxby megalapította. Létrehozásának alapja egy új mikroprocesszoros architektúra volt. Ha korábban a CPU-piacon a domináns pozíciót az x86 vagy a CISC foglalta el, akkor ennek a cégnek a megalakulása után egy méltó alternatíva jelent meg a RISC formájában. Az első esetben a programkód végrehajtása 4 szakaszra csökkent:

Gépi utasítások beszerzése.

Mikrokód konvertálás végrehajtása.

Mikro-utasítások beszerzése.

Mikroutasítások lépésről lépésre történő végrehajtása.

RÓL RŐL az építészet alapgondolataRISC az volt, hogy a programkód feldolgozása 2 szakaszra redukálható:

Nyugta RISC- utasítás.

Kezelés RISC- utasítás.

NAK NEK Mind az első, mind a második esetben vannak előnyei és jelentős hátrányai. Az x86 sikeresen meghódította a számítógéppiacot, ésRISC ( beleértve , 2011-ben vezették be) a mobileszközök piaca.

A Cortex A7 architektúra megjelenésének története. Főbb jellemzők

A Cortex A8 szolgált a Cortex A7 alapjául. A fejlesztők fő ötlete ebben az esetben az volt, hogy növeljék a processzormegoldás teljesítményét és jelentősen javítsák az energiahatékonyságot. Ez történt végül az ARM mérnökeivel. A másik fontos jellemző ebben az esetben az volt, hogy lehetővé vált egy big.LITTLE technológiájú CPU létrehozása. Vagyis egy félvezető kristály 2 számítási modult tartalmazhat. Az egyik a legegyszerűbb feladatok minimális energiafogyasztással történő megoldására irányult, és általában a Cortex A7 magok jártak el ebben a szerepben. A másodikat a legösszetettebb szoftverek futtatására tervezték, és a Cortex A15 vagy Cortex A17 számítási egységeken alapult. Hivatalosan a "Cortex A7"-t, amint azt korábban megjegyeztük, 2011-ben mutatták be. Nos, az első ARM Cortex A7 processzor egy évvel később, azaz 2012-ben látta meg a fényt.

Gyártástechnológia

Kezdetben az A7 alapú félvezető termékeket a 65 nm-es technológiai szabványok szerint gyártották. Mára ez a technológia reménytelenül elavult. Ezt követően az A7 processzorok további két generációja jelent meg a már 40 nm-es és 32 nm-es tűrésszabványoknak megfelelően. De mára lényegtelenné váltak. Az erre az architektúrára épülő legújabb CPU-modellek már 28 nm-es szabványok szerint készülnek, és még mindig ezek kaphatók akciósan. Aligha érdemes további átállást az újabbakra, új tűrésszabványokkal és elavult architektúrával várni. Az A7 alapú chipek ma már a mobilkészülékek piacának legköltségvetésesebb szegmensét foglalják el, és fokozatosan felváltják őket az A53 alapú kütyük, amelyek szinte azonos energiahatékonysági paraméterekkel magasabb szintű teljesítményt nyújtanak.

Mikroprocesszoros mag architektúra

Az ARM Cortex A7 alapú CPU-ba 1, 2, 4 vagy 8 mag kerülhet. Jellemzők processzorok az utóbbi esetben azt jelzik, hogy a chip lényegében 2, 4 magból álló klaszterből áll.2-3 évig a belépő szintű processzortermékek 1 vagy 2 számítási modulos chipekre épültek. A középső szintet a 4 magos megoldások foglalták el. Nos, a prémium szegmens a 8 magos chipek mögött volt. Minden ezen az architektúrán alapuló mikroprocesszormag a következő modulokat tartalmazza:

B lebegőpontos feldolgozó egység (FPU).

1. szintű gyorsítótár.

Blokk NEONa CPU teljesítményének optimalizálása érdekében.

Számítástechnikai modulARMv7.

A következő közös összetevők voltak a CPU összes magjához:

Készpénz L2.

CoreSight vezérlőblokk.

AMBA adatkezelő buszvezérlő 128 bit kapacitással.

Lehetséges frekvenciák

A mikroprocesszor-architektúra maximális órajel-frekvenciája 600 MHz és 3 GHz között változhat. Azt is meg kell jegyezni, hogy ez a paraméter, amely a számítási rendszer teljesítményére gyakorolt maximális hatást jelzi, változó. Ezenkívül a gyakoriságot egyszerre három tényező befolyásolja:

A megoldandó probléma összetettségi szintje.

A szoftveroptimalizáltság mértéke többszálú feldolgozáshoz.

A félvezető kristály hőmérsékletének aktuális értéke.

Példaként tekintsük az MT6582 chip algoritmusát, amely az A7-re épül, és 4 számítási egységet tartalmaz, amelyek frekvenciája 600 MHz és 1,3 GHz között változik. Ennek a processzornak készenléti üzemmódban csak egy számítási egysége lehet, és a lehető legalacsonyabb, 600 MHz-es frekvencián működik. Hasonló helyzet fordul elő, amikor egy egyszerű alkalmazást indítanak el egy mobil eszközön. Ám amikor a feladatlistában megjelenik egy erőforrás-igényes játék többszálú optimalizálással, mind a 4 programkód-feldolgozó egység 1,3 GHz-es frekvencián automatikusan működésbe lép. Ahogy a CPU felmelegszik, a legforróbb magok csökkentik a frekvenciaértéküket, vagy akár le is kapcsolnak. Ez a megközelítés egyrészt energiahatékonyságot, másrészt elfogadható szintű chipteljesítményt biztosít.

cache memória

Az ARM Cortex A7 csak 2 gyorsítótárszintet biztosít. Jellemzők A félvezető kristály viszont azt jelzi, hogy az első szint szükségszerűen 2 egyenlő felére oszlik. Egyikükadatokat kell tárolnia, a másiknak pedig utasításokat kell tárolnia. Teljes méret gyorsítótár az 1. szintenaz előírások szerint egyenlő lehet 64 Kb. Ennek eredményeként 32 KB-ot kapunk az adatokért és 32 KB-ot a kódért.Ebben az esetben a 2. szintű gyorsítótár beragad e az adott CPU modelltől függ. A legkisebb térfogata 0 MB lehet (vagyis hiányzik), a legnagyobb pedig 4 MB.

RAM vezérlő. Jellemzői

Bármely ARM Cortex A7 processzor fel van szerelve integrált RAM-vezérlővel. A műszaki terv jellemzői azt mutatják, hogy az LPDDR3 RAM-mal való együttműködésre összpontosít. A RAM ajánlott működési frekvenciája ebben az esetben 1066 MHz vagy 1333 MHz. A gyakorlatban ennél a chip-modellnél fellelhető RAM maximális mérete 2 GB.

Integrált grafika

Amint az várható volt, ezek a mikroprocesszoros eszközök integrált grafikus alrendszerrel rendelkeznek. Az ARM a Mali-400MP2 szabadalmaztatott grafikus kártya használatát javasolja ehhez a CPU-hoz. De teljesítménye gyakran nem elegendő a mikroprocesszoros eszközökben rejlő lehetőségek kiaknázásához. Ezért a chipfejlesztők hatékonyabb adaptereket használnak ezzel a chippel kombinálva, például a Power VR6200-at.

Szoftver jellemzői

Háromféle operációs rendszer célozza meg az ARM processzorokat:

Android a Google keresőóriástól.

iOS az APPLE-től.

Windows Mobile a Microsofttól.

Az összes többi rendszerszoftver még nem kapott nagy terjesztést. Az ilyen szoftverek legnagyobb piaci részesedését, ahogy sejthető, az Android foglalja el. Ez a rendszer egyszerű és intuitív kezelőfelülettel rendelkezik, és az erre épülő belépő szintű eszközök nagyon-nagyon megfizethetőek. A 4.4-es verzióig 32 bites volt, és az 5.0 óta támogatni kezdte a 64 bites számításokat. Ez az operációs rendszer sikeresen működik a RISC CPU bármely családján, beleértve az ARM Cortex A7-et is. A mérnöki menü a rendszerszoftver másik fontos funkciója. Segítségével jelentősen újrakonfigurálhatja az operációs rendszer képességeit. Ehhez a menühöz az egyes CPU-modellekhez egyedi kóddal lehet hozzáférni.

Az operációs rendszer másik fontos jellemzője az összes lehetséges frissítés automatikus telepítése. Ezért akár újdonságok is megjelenhetnek az ARM Cortex A7 család chipjein. A firmware hozzáadhatja őket. A második rendszer az APPLE mobil kütyüit célozza meg. Az ilyen eszközök főként a prémium szegmenst foglalják el, és megfelelő teljesítmény- és költségszinttel rendelkeznek. A Windows Mobile legújabb operációs rendszere még nem terjedt el széles körben. A mobilkütyük bármely szegmensében vannak erre épülő eszközök, de a kis mennyiségű alkalmazásszoftver ebben az esetben elrettentő a terjesztésétől.

Processzor modellek

A legolcsóbb és legkevésbé termelékeny ebben az esetben az 1 magos chipek. A legelterjedtebb közülük a MediaTek MT6571 volt. Egy fokkal feljebb kerültek az ARM Cortex A7 kétmagos CPU-k. Példa erre az ugyanattól a gyártótól származó MT6572. Még nagyobb teljesítményt nyújtott a Quad Core ARM Cortex A7. Ebből a családból a legnépszerűbb chip az MT6582, amely ma már a belépő szintű mobil kütyükben is megtalálható. Nos, a legmagasabb szintű teljesítményt a 8 magos központi processzorok biztosították, amelyekhez az MT6595 tartozott.

További fejlődési kilátások

Az üzletek polcain továbbra is találhatunk mobileszközöket, amelyek 4X ARM Cortex A7-re épülő félvezető processzoros eszközre épülnek. Ezek az MT6580, MT6582 és a Snapdragon 200. Mindezek a chipek 4 számítási egységet tartalmaznak, és kiváló energiahatékonysággal rendelkeznek. Ezenkívül a költségek ebben az esetben nagyon-nagyon szerények. Ennek a mikroprocesszoros architektúrának a legjobb korszaka azonban még hátravan. Az erre épülő termékek eladási csúcsa 2013-2014-re esett, amikor gyakorlatilag nem volt alternatívája a mobilkütyük piacán. És ebben az esetben mind az 1 vagy 2 számítástechnikai modullal rendelkező költségvetési eszközökről, mind a 8 magos CPU-val rendelkező zászlóshajókról beszélünk. Jelenleg fokozatosan kényszeríti ki a piacról a Cortex A53, amely lényegében az A7 módosított 64 bites változata. Ugyanakkor teljesen és maradéktalanul megőrizte elődje fő előnyeit, és a jövő minden bizonnyal az övé.

Szakértők és felhasználók véleménye. Valódi vélemények az ezen az architektúrán alapuló chipekről. Előnyök és hátrányok

A mobileszközök világában kétségtelenül mérföldkőnek számító esemény volt az ARM Cortex A7 mikroprocesszoros eszközök architektúrájának megjelenése. Ennek legjobb bizonyítéka, hogy az erre épülő készülékeket már több mint 5 éve sikeresen értékesítik. Természetesen ma már az A7-es CPU képességei már középszintű feladatok megoldására sem elegendőek, de az ilyen chipeken a legegyszerűbb programkód továbbra is sikeresen működik. Az ilyen szoftverek listáján megtalálható a videólejátszás, a hangfelvételek hallgatása, a könyvek olvasása, a neten való böngészés, és a legegyszerűbb játékok is ilyenkor minden gond nélkül elindulnak. Erre összpontosítanak a vezető mobil kütyük és készülékek tematikus portáljai, mind az ilyen típusú vezető szakértők, mind a hétköznapi felhasználók. Az A7 fő hátránya, hogy nem támogatja a 64 bites számítástechnikát. Nos, a fő előnyei közé tartozik az energiahatékonyság és a teljesítmény tökéletes kombinációja.

Eredmények

Természetesen Cortex A7 - ez egy egész korszak a mobileszközök világában. A mobileszközök megjelenésével váltak megfizethetővé és meglehetősen termelékenysé. És a puszta tény, hogy több mint 5 éve sikeresen értékesítik, újabb megerősítése ennek. De ha eleinte az erre épülő kütyük a piac középső és prémium szegmensét foglalták el, most már csak a költségvetési osztály maradt. Ez az architektúra elavult, és fokozatosan a múlté válik.

Az ARM Cortex-A7 MPCore egy processzormag mobil eszközökhöz, kifejezetten a piac költségvetési szektorához, amelyet az ARM Holdings fejlesztett ki, és az ARM v7 architektúrát valósítja meg. A 2011 októberében az ARM TechConon bejelentett fejlesztési kódnév Cortex-A7 "Kingfisher".
A mag fő feladatai: a Cortex A8 gyorsabb, energiahatékony és kisebb helyettesítője legyen; használható big.LITTLE architektúra megoldásokban, amelyek egy vagy több Cortex A7 magot egy vagy több Cortex A15 maggal kombinálnak egy heterogén számítástechnikai rendszerben. Az ilyen felhasználáshoz a magot úgy tervezték, hogy teljesen kompatibilis legyen a Cortex A15 építészeti lehetőségeivel. Más szóval, az ARM Cortex-A7 MPCore átvett néhány funkciót a Cortex-A15 processzormodellből, és magas energiahatékonysággal büszkélkedhet.
A CPU frekvenciája 0,6 és 3 GHz között van, bár az ARM Cortex-A7 maximális frekvenciája 1,5 GHz. Gyártási technológia 65-28 nm. ARMv7 utasításkészletek. A magok száma fürtönként 1-4, chipenként legfeljebb 2 fürt. L1 gyorsítótár: 8-64 KB I, 8-64 KB D és L2 gyorsítótár: 0-1024 KB (L2 cache vezérlővel konfigurálható)