Abonați-vă la știri. De ce aveți nevoie de toate aceste informații tehnice

Cum să asigurăm creșterea continuă a performanței în cazul dispozitivelor cu putere limitată, cum ar fi smartphone-urile sau tabletele? Este posibil să se creeze o microarhitectură mai eficientă din punct de vedere energetic, dar acest lucru este posibil doar într-o anumită măsură. Este posibil să treceți la un proces de producție mai avansat, dar nici acest pas de astăzi nu mai oferă avantajele anterioare. Companiile se bazau pe ambele abordări, dar astăzi acest lucru nu mai este suficient. Industria se îndreaptă treptat către calcularea eterogenă: plasând nuclee de înaltă performanță lângă omologii cu putere redusă, dar eficiente din punct de vedere energetic și comutarea între ele atunci când este necesar.

NVIDIA a introdus recent arhitectura procesorului Tegra 3 (Kal-El). Compania a spus că sistemul de pe un cip are 5 nuclee Cortex-A9, dar doar 4 dintre ele sunt vizibile pentru sistemul de operare. Când rulați sarcini simple în fundal, rulează un singur nucleu Cortex A9 eficient din punct de vedere energetic, iar cele de înaltă performanță sunt într-o stare dezactivată. De îndată ce sistemul are nevoie de performanță, sarcinile sunt redirecționate către nuclee puternice, iar eficiența energetică este oprită.

Soluția NVIDIA se bazează pe nuclee identice, dar folosind tranzistori diferiți (LP și G), dar abordarea nu este prea diferită dacă se folosesc și arhitecturi de bază diferite. Când NVIDIA își proiecta cipul, ARM nu a putut oferi un nucleu adecvat, eficient din punct de vedere energetic, care să poată fi folosit fie singur, fie ca nucleu însoțitor într-un sistem Cortex A15 pe cip. Acum există un astfel de nucleu și a primit numele Cortex A7.

Începând cu Cortex A9, ARM a trecut la execuția în ordine a instrucțiunilor (instrucțiunile pot fi reordonate pentru un paralelism îmbunătățit), o mutare a arhitecturii x86 făcută în timpul zilelor Pentium Pro. Cortex A15 continuă această tendință, extinzând în același timp numărul de instrucțiuni executate pe ceas. Cortex A7, dimpotrivă, este un pas înapoi: este un alt nucleu care execută comenzi într-o secvență dată și este capabil să execute până la două instrucțiuni în același timp. Descrierea este similară cu Cortex A8, dar A7 este diferit în multe domenii.

Nucleul A8 este o dezvoltare foarte veche - lucrările de proiectare au început în 2003. Deși ARM a oferit versiuni ușor de sintetizat ale nucleului, de-a lungul timpului, producătorii au trebuit să folosească propria logică suplimentară pentru a obține frecvențe mai mari. Crearea unui design separat nu numai că a prelungit timpul de lansare a soluțiilor pe piață, dar a crescut și costurile de dezvoltare. Cortex A7 rămâne complet sintetizat, oferind totuși un nivel bun de performanță. ARM a ținut cont de cele mai recente procese de fabricație la dezvoltarea arhitecturii, obținând un raport bun între viteze de ceas și performanță și, de asemenea, a revizuit arhitectura pentru a reduce timpul și costul aducerii soluțiilor pe piață.

Core-ul Cortex A7 folosește o conductă în 8 etape care procesează două instrucțiuni pe ceas (cu toate acestea, A7, spre deosebire de A8, execută unele instrucțiuni complexe una pe ceas). Blocul de operații întregi din A7 este similar cu A8, dar coprocesorul matematic are o organizare complet pipeline și este mai compact, deși oarecum simplificat.

O anumită simplificare a arhitecturii a făcut posibilă reducerea semnificativă a dimensiunii nucleului. ARM susține că un singur nucleu Cortex A7 va ocupa doar 0,5 mm2 când se utilizează procesul de 28 nm. Cu același proces de fabricație, clienții ARM pot monta un nucleu A7 în doar 1/3 până la 1/2 dintr-un nucleu Cortex A8. Designul de bază standard al lui A9 se potrivește cu aria lui A8, în timp ce aria lui A15 este mai mare decât ambele.

În ciuda capacității limitate de a executa instrucțiuni complexe, ARM se așteaptă ca arhitectura Cortex A7 să ofere performanțe mai bune decât Cortex A8. Acest lucru se datorează parțial unui motor îmbunătățit de predicție a ramurilor și unei conducte mai mici care reduce șansa de predicție greșită a ramurilor. Cortex A7 dispune de algoritmi îmbunătățiți de preluare a instrucțiunilor și un cache L2 mai rapid pentru a îmbunătăți și mai mult eficiența globală de calcul.

Cu toate acestea, din cauza unor limitări în anumite sarcini, performanța Cortex A7 va fi la egalitate cu Cortex A8 sau chiar inferioară celui din urmă. Evaluarea de performanță DMIPS/MHz așteptată pentru diferite nuclee ARM arată astfel:

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.

Cel mai important, nucleele Cortex A7 sunt 100% compatibile cu ISA cu Cortex A15, ceea ce înseamnă că acceptă noile instrucțiuni de virtualizare și adresarea memoriei pe 40 de biți. Ca rezultat, orice cod scris pentru Cortex A15 poate rula pe Cortex A7, doar mai lent. Aceasta este o caracteristică foarte importantă care permite producătorilor să proiecteze sisteme pe un cip echipat atât cu nuclee Cortex A7, cât și cu Cortex A15, comutând între ele în funcție de sarcină. ARM numește asta configurația big.LITTLE.

Arhitectura Cortex A15 va fi un pas semnificativ înainte în ceea ce privește performanța pentru arhitecturile ARM. Acesta are ca scop confruntarea cu cipurile x86 entry-level. Miezurile Cortex A15 vor apărea pe viitoarele smartphone-uri și tablete, înlocuind treptat Cortex A9 în soluțiile high-end. În sarcinile solicitante, Cortex A15 este de așteptat să fie mai eficient din punct de vedere energetic decât A9.

Cu toate acestea, sarcinile de fundal și simple pe smartphone-uri nu au uneori nevoie de astfel de performanțe, iar execuția lor pe puternicul nucleu A15 nu este foarte eficientă în ceea ce privește consumul de energie. Aici apare A7 în prim-plan. În timp ce Cortex A7s poate fi folosit ca nuclee de calcul de sine stătătoare (și bineînțeles că vor fi utilizați în mașini low-end), partenerii ARM pot integra nuclee Cortex A7 împreună cu Cortex A15 într-o configurație big.LITTLE.

Deoarece A7 și A15 pot executa aceleași instrucțiuni, sistemele de pe un cip echipat cu nuclee ale ambelor arhitecturi pot comuta sarcinile de la eficiente energetic la cele de înaltă performanță, în funcție de nevoie. Consistența conținutului cache-urilor este asigurată de legătura CCI-400. ARM spune că cipul poate comuta între clustere cu nuclee diferite în 20 de milisecunde.

Dacă totul funcționează așa cum este descris de ARM, o astfel de arhitectură va fi complet transparentă pentru sistemul de operare, așa cum este cazul Tegra 3, și nu vor fi necesare optimizări software pentru a crește eficiența energetică. Cu toate acestea, producătorii, conform ARM, vor putea informa sistemul de operare despre numărul real de nuclee de calcul, dacă au nevoie de o astfel de abordare.

Pe baza Cortex A7, se vor putea crea procesoare echipate cu 1 până la 4 astfel de nuclee, atât independente, cât și în configurație cu A15. ARM se așteaptă ca primele cipuri de 40 nm bazate pe A7 să apară la începutul anului viitor. Acestea vor fi folosite în smartphone-uri ieftine cu 2 nuclee sub 100 USD și chiar în cele cu un singur nucleu mai ieftine. Tot anul viitor ar trebui să apară cipuri de 28 nm, combinând atât nucleele Cortex A7, cât și A15 pe un singur cip.

Astfel, Cortex A7 este o arhitectură excelentă, care nu numai că poate oferi un raport performanță-preț mult mai mare în comparație cu A8, ci și poate crește semnificativ durata de viață a bateriei atât a smartphone-urilor high-end, cât și a celor entry-level. Era computerului eterogen, ca următoarea fază în dezvoltarea microprocesoarelor, se apropie cu pași repezi.

Marea majoritate a gadgeturilor moderne folosesc procesoare bazate pe arhitectura ARM, care este dezvoltată de compania ARM Limited cu același nume. Interesant este că compania în sine nu produce procesoare, ci doar licențiază tehnologiile producătorilor terți de cipuri. În plus, compania dezvoltă și nuclee de procesoare Cortex și acceleratoare grafice Mali, pe care cu siguranță le vom atinge în acest material.

Compania ARM, de fapt, este un monopolist în domeniul său, iar marea majoritate a smartphone-urilor și tabletelor moderne de pe diverse sisteme de operare mobile folosesc procesoare bazate pe arhitectura ARM. Producătorii de cipuri licențiază nuclee individuale, seturi de instrucțiuni și tehnologii aferente de la ARM, iar costul licențelor variază semnificativ în funcție de tipul de nuclee de procesor (de la soluții bugetare cu consum redus la cipuri de ultimă generație quad-core și chiar opt nuclee) și suplimentare componente. Declarația anuală a veniturilor din 2006 a ARM Limited a arătat venituri de 161 milioane USD pentru licențierea a aproximativ 2,5 miliarde de procesoare (în creștere de la 7,9 miliarde USD în 2011), ceea ce se traduce în aproximativ 0,067 USD per cip. Totuși, din motivul menționat mai sus, aceasta este o cifră foarte medie din cauza diferenței de prețuri pentru diferite licențe, iar de atunci profitul companiei ar fi trebuit să crească de multe ori.

În prezent, procesoarele ARM sunt foarte răspândite. Cipurile pe această arhitectură sunt folosite peste tot, până la servere, dar cel mai adesea ARM poate fi găsit în sistemele încorporate și mobile, de la controlere de hard disk la smartphone-uri moderne, tablete și alte gadget-uri.

ARM dezvoltă mai multe familii de nuclee care sunt utilizate pentru diverse sarcini. De exemplu, procesoarele bazate pe Cortex-Mx și Cortex-Rx (unde „x” este o cifră sau un număr care indică numărul exact de bază) sunt utilizate în sistemele încorporate și chiar în dispozitivele de consum, cum ar fi routerele sau imprimantele.

Nu ne vom opri asupra lor în detaliu, deoarece ne interesează în primul rând familia Cortex-Ax - cipurile cu astfel de nuclee sunt folosite în cele mai productive dispozitive, inclusiv smartphone-uri, tablete și console de jocuri. ARM lucrează constant la noi nuclee din linia Cortex-Ax, dar la momentul scrierii acestui articol, smartphone-urile le folosesc pe următoarele:

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

Cu cât numărul este mai mare, cu atât performanța procesorului este mai mare și, în consecință, este mai scumpă clasa de dispozitive în care este utilizat. Cu toate acestea, este de remarcat faptul că această regulă nu este întotdeauna respectată: de exemplu, cipurile bazate pe nuclee Cortex-A7 au performanțe mai mari decât cele bazate pe Cortex-A8. Cu toate acestea, dacă procesoarele Cortex-A5 sunt deja considerate aproape învechite și nu sunt aproape niciodată folosite în dispozitivele moderne, atunci procesoarele Cortex-A15 pot fi găsite în comunicatoarele și tabletele emblematice. Nu cu mult timp în urmă, ARM a anunțat oficial dezvoltarea de noi nuclee Cortex-A53 și Cortex-A57 noi, mai puternice și, în același timp, eficiente din punct de vedere energetic, care vor fi combinate pe un singur cip folosind tehnologia și suportul ARM big.LITTLE setul de instrucțiuni ARMv8 („versiunea de arhitectură”), dar acestea nu sunt utilizate în prezent în dispozitivele de consum de masă. Majoritatea cipurilor cu nuclee Cortex pot fi multi-core, iar procesoarele quad-core sunt omniprezente în smartphone-urile moderne de ultimă generație.

Marii producători de smartphone-uri și tablete folosesc de obicei procesoare de la producători de cipuri renumiti precum Qualcomm sau propriile soluții care au devenit deja destul de populare (de exemplu, Samsung și familia sa de chipset-uri Exynos), dar printre caracteristicile tehnice ale gadget-urilor majorității companiilor mici. , puteți găsi adesea descrieri precum „procesor bazat pe Cortex-A7 @ 1 GHz” sau „Dual Core Cortex-A7 @ 1 GHz”, care nu vor spune nimic utilizatorului obișnuit. Pentru a înțelege care sunt diferențele dintre astfel de nuclee, să ne concentrăm pe cele principale.

Cortex-A5

Nucleul Cortex-A5 este folosit în procesoare ieftine pentru cele mai multe dispozitive bugetare. Astfel de dispozitive sunt concepute doar pentru a îndeplini o gamă limitată de sarcini și pentru a rula aplicații simple, dar nu sunt deloc concepute pentru programele care necesită mult resurse și, în special, pentru jocuri. Un exemplu de gadget cu procesor Cortex-A5 este Highscreen Blast, care a primit un cip Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 care conține două nuclee Cortex-A5 tactate la 1,2 GHz.

Cortex-A7

Procesoarele Cortex-A7 sunt mai puternice decât cipurile Cortex-A5 și sunt mai comune. Astfel de cipuri sunt realizate pe o tehnologie de proces de 28 de nanometri și au un cache mare de nivel al doilea de până la 4 megaocteți. Miezurile Cortex-A7 se găsesc în principal în smartphone-urile de buget redus și dispozitivele de gamă medie cu costuri reduse, cum ar fi iconBIT Mercury Quad și, ca excepție, în Samsung Galaxy S IV GT-i9500 cu procesor Exynos 5 Octa - acest chipset folosește un procesor quad-core cu economie de energie pe Cortex-A7.

Cortex-A8

Miezul Cortex-A8 nu este la fel de comun ca „vecinii” săi, Cortex-A7 și Cortex-A9, dar este încă folosit în diverse gadget-uri entry-level. Frecvența de operare a cipurilor Cortex-A8 poate varia de la 600 MHz la 1 GHz, dar uneori producătorii overclockează procesoarele la frecvențe mai mari. O caracteristică a nucleului Cortex-A8 este lipsa suportului pentru configurațiile multi-core (adică procesoarele de pe aceste nuclee pot fi doar cu un singur nucleu) și sunt executate pe o tehnologie de proces de 65 de nanometri, care este deja considerată. învechit.

Cortex-A9

În urmă cu câțiva ani, nucleele Cortex-A9 erau considerate soluția de top și erau folosite atât în cipurile tradiționale single-core, cât și în cipurile dual-core mai puternice, cum ar fi Nvidia Tegra 2 și Texas Instruments OMAP4. În prezent, procesoarele bazate pe Cortex-A9, realizate după tehnologia de proces de 40 de nanometri, nu-și pierd din popularitate și sunt folosite în multe smartphone-uri mid-range. Frecvența de funcționare a unor astfel de procesoare poate fi de la 1 la 2 sau mai mult gigaherți, dar de obicei este limitată la 1,2-1,5 GHz.

Cortex-A12

În iunie 2013, ARM a introdus oficial nucleul Cortex-A12, care se bazează pe o nouă tehnologie de proces de 28 nm și este conceput pentru a înlocui nucleele Cortex-A9 în smartphone-urile de gamă medie. Dezvoltatorul promite o creștere cu 40% a performanței față de Cortex-A9 și, în plus, nucleele Cortex-A12 vor putea participa la arhitectura ARM big.LITTLE ca fiind productive alături de Cortex-A7, care economisește energie, care va permite producătorii să creeze cipuri ieftine cu opt nuclee. Adevărat, la momentul scrierii acestui articol, toate acestea sunt doar în planuri, iar producția în masă a cipurilor Cortex-A12 nu a fost încă stabilită, deși RockChip și-a anunțat deja intenția de a lansa un procesor quad-core Cortex-A12 cu un frecventa de 1,8 GHz.

Cortex-A15

Pentru 2013, nucleul Cortex-A15 și derivatele sale sunt soluția de top și sunt utilizate în cipurile de comunicație emblematice de la diverși producători. Printre noile procesoare realizate conform tehnologiei de proces de 28 nm și bazate pe Cortex-A15 se numără Samsung Exynos 5 Octa și Nvidia Tegra 4, iar acest nucleu acționează adesea ca platformă pentru modificări de la alți producători. De exemplu, cel mai recent procesor A6X de la Apple folosește nuclee Swift, care sunt o modificare a Cortex-A15. Cipurile bazate pe Cortex-A15 sunt capabile să funcționeze la o frecvență de 1,5-2,5 GHz, iar suportul pentru multe standarde de la terți și capacitatea de a aborda până la 1 TB de memorie fizică fac posibilă utilizarea unor astfel de procesoare în computere (cum nu se poate aminti un mini-computer de dimensiunea unui card Raspberry Pi bancar).

Seria Cortex-A50

În prima jumătate a anului 2013, ARM a introdus o nouă linie de cipuri numită seria Cortex-A50. Nucleele acestei linii vor fi realizate conform noii versiuni a arhitecturii, ARMv8, și vor suporta noi seturi de instrucțiuni și vor deveni, de asemenea, pe 64 de biți. Tranziția la o nouă adâncime de biți va necesita optimizarea sistemelor de operare și a aplicațiilor mobile, dar, desigur, suportul pentru zeci de mii de aplicații pe 32 de biți va rămâne. Apple a fost primul care a trecut la arhitectura pe 64 de biți. Cele mai recente dispozitive ale companiei, cum ar fi iPhone 5S, rulează doar pe un astfel de procesor Apple A7 ARM. Este de remarcat faptul că nu folosește nuclee Cortex - acestea sunt înlocuite cu nuclee proprii ale producătorului numite Swift. Unul dintre motivele evidente pentru necesitatea trecerii la procesoare pe 64 de biți este suportul pentru mai mult de 4 GB de RAM și, în plus, capacitatea de a opera cu numere mult mai mari la calcul. Desigur, deși acest lucru este relevant, în primul rând, pentru servere și PC-uri, dar nu vom fi surprinși dacă în câțiva ani apar pe piață smartphone-uri și tablete cu această cantitate de RAM. Până în prezent, nu se știe nimic despre planurile de a lansa cipuri pe o nouă arhitectură și smartphone-uri care le folosesc, dar este probabil ca astfel de procesoare să primească flagship-uri în 2014, așa cum a anunțat deja Samsung.

Cortex-A53

Nucleul Cortex-A53 deschide seria, care va fi „succesorul” direct al lui Cortex-A9. Procesoarele bazate pe Cortex-A53 sunt vizibil superioare cipurilor bazate pe Cortex-A9 în performanță, dar în același timp, se menține un consum redus de energie. Astfel de procesoare pot fi folosite atât individual, cât și în configurația ARM big.LITTLE, fiind combinate pe același chipset cu un procesor Cortex-A57

Procesoarele de pe Cortex-A57, care vor fi realizate pe o tehnologie de proces de 20 de nanometri, ar trebui să devină cele mai puternice procesoare ARM în viitorul apropiat. Noul nucleu îl depășește semnificativ pe predecesorul său, Cortex-A15, în diferite metrici de performanță (puteți vedea comparația de mai sus), iar conform ARM, care vizează serios piața PC-urilor, va fi o soluție profitabilă pentru computerele mainstream (inclusiv laptopuri). ), nu doar cele mobile.dispozitive.

Ca o soluție de înaltă tehnologie la problema consumului de energie al procesoarelor moderne, ARM oferă tehnologia big.LITTLE, a cărei esență este combinarea diferitelor tipuri de nuclee pe un singur cip, de obicei același număr de economii de energie și de mare cele de performanță.

Există trei scheme pentru operarea diferitelor tipuri de nuclee pe un singur cip: big.LITTLE (migrare între clustere), big.LITTLE IKS (migrare între nuclee) și big.LITTLE MP (multiprocesare heterogenă).

big.LITTLE (migrare între clustere)

Primul chipset bazat pe arhitectura ARM big.LITTLE a fost procesorul Samsung Exynos 5 Octa. Folosește schema originală big.LITTLE „4+4”, ceea ce înseamnă combinarea în două clustere (de unde și numele schemei) pe un singur cip a patru nuclee Cortex-A15 de înaltă performanță pentru aplicații și jocuri care consumă mult resurse și patru nuclee de energie. salvarea nucleelor Cortex-A7 pentru lucrul de zi cu zi cu majoritatea programelor și, la un moment dat, doar un tip de nucleu poate funcționa. Comutarea între grupuri de nuclee are loc aproape instantaneu și imperceptibil pentru utilizator într-un mod complet automat.

O implementare mai complexă a arhitecturii big.LITTLE este combinarea mai multor nuclee reale (de obicei două) într-unul virtual, controlat de nucleul sistemului de operare, care decide ce nuclee să folosească - eficient din punct de vedere energetic sau productiv. Desigur, există și mai multe nuclee virtuale - ilustrația arată un exemplu de schemă IKS, în care fiecare dintre cele patru nuclee virtuale conține un nucleu Cortex-A7 și Cortex-A15.

Schema big.LITTLE MP este cea mai „avansată” - în ea, fiecare nucleu este independent și poate fi activat de nucleul sistemului de operare după cum este necesar. Aceasta înseamnă că dacă sunt folosite patru nuclee Cortex-A7 și același număr de nuclee Cortex-A15, într-un chipset construit pe arhitectura ARM big.LITTLE MP, toate cele 8 nuclee vor putea funcționa simultan, chiar dacă sunt de diferite tipuri. tipuri. Unul dintre primele procesoare de acest tip a fost cipul cu opt nuclee al companiei, care poate funcționa la o frecvență de ceas de 2 GHz, precum și să înregistreze și să redă videoclipuri la rezoluție UltraHD.

Viitor

Conform informațiilor disponibile în prezent, în viitorul apropiat, ARM, împreună cu alte companii, intenționează să lanseze lansarea de cipuri big.LITTLE de nouă generație care vor folosi noile nuclee Cortex-A53 și Cortex-A57. În plus, producătorul chinez MediaTek va lansa procesoare bugetare pe ARM big.LITTLE, care vor funcționa conform schemei „2 + 2”, adică vor folosi două grupuri de două nuclee.

Pe lângă procesoare, ARM dezvoltă și acceleratoare grafice din familia Mali. Ca și procesoarele, acceleratoarele grafice sunt caracterizate de mulți parametri, cum ar fi nivelul de anti-aliasing, interfața magistrală, memoria cache (memorie ultra-rapidă utilizată pentru a crește viteza) și numărul de „nuclee grafice” (deși, așa cum am scris într-un articolul anterior, acest indicator, în ciuda asemănării cu termenul folosit pentru a descrie procesorul are un efect redus sau deloc asupra performanței atunci când se compară două GPU-uri).

Primul accelerator grafic ARM a fost Mali 55 nefolosit, care a fost folosit în telefonul tactil LG Renoir (da, cel mai obișnuit telefon mobil). GPU-ul nu a fost folosit în jocuri - doar pentru desenarea interfeței și avea caracteristici primitive conform standardelor actuale, dar el a devenit „strămoșul” seriei Mali.

De atunci, progresul a parcurs un drum lung, iar acum API-urile și standardele de joc acceptate au o importanță nu mică. De exemplu, suportul pentru OpenGL ES 3.0 este acum anunțat doar la cele mai puternice procesoare precum Qualcomm Snapdragon 600 și 800 și, dacă vorbim despre produse ARM, standardul este susținut de astfel de acceleratoare precum Mali-T604 (a fost el care a devenit primul GPU ARM realizat pe noua microarhitectură Midgard), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 și alte cipuri similare ca caracteristici. Unul sau altul GPU, de regulă, este strâns legat de nucleu, dar, cu toate acestea, este indicat separat, ceea ce înseamnă că, dacă calitatea graficii din jocuri este importantă pentru dvs., atunci este logic să vă uitați la numele lui. acceleratorul din specificațiile unui smartphone sau tabletă.

ARM are, de asemenea, acceleratoare grafice pentru smartphone-uri mid-range, dintre care cele mai comune sunt Mali-400 MP și Mali-450 MP, care diferă de frații lor mai mari prin performanțe relativ scăzute și un set limitat de API-uri și standarde acceptate. În ciuda acestui fapt, aceste GPU-uri continuă să fie utilizate în noile smartphone-uri, de exemplu, Zopo ZP998, care a primit acceleratorul grafic Mali-450 MP4 (o modificare îmbunătățită a lui Mali-450 MP) în plus față de procesorul MTK6592 cu opt nuclee.

Probabil că la sfârșitul anului 2014 ar trebui să apară smartphone-uri cu cele mai recente acceleratoare grafice ARM: Mali-T720, Mali-T760 și Mali-T760 MP, care au fost introduse în octombrie 2013. Mali-T720 ar trebui să fie noul GPU pentru smartphone-uri low-end și primul GPU din acest segment care acceptă Open GL ES 3.0. Mali-T760, la rândul său, va deveni unul dintre cele mai puternice acceleratoare grafice mobile: conform caracteristicilor declarate, GPU-ul are 16 nuclee de procesare și are o putere de procesare cu adevărat uriașă, 326 Gflops, dar în același timp, de patru ori mai puțin. consum de energie decât Mali-T604 menționat mai sus.

Rolul CPU și GPU de la ARM pe piață

În ciuda faptului că ARM este autorul și dezvoltatorul arhitecturii cu același nume, care, repetăm, este acum folosită în marea majoritate a procesoarelor mobile, soluțiile sale sub formă de nuclee și acceleratoare grafice nu sunt populare cu smartphone-urile majore. producatori. De exemplu, se crede pe bună dreptate că comunicatorii de vârf de pe sistemul de operare Android ar trebui să aibă un procesor Snapdragon cu nuclee Krait și un accelerator grafic Adreno de la Qualcomm, chipset-urile de la aceeași companie sunt folosite în telefoanele inteligente cu Windows Phone și unii producători de gadgeturi, de exemplu, Apple , își dezvoltă propriile nuclee. De ce este aceasta situația actuală?

Poate că unele dintre motive pot fi mai profunde, dar unul dintre ele este lipsa unei poziționări clare a procesorului și a GPU-ului de la ARM printre produsele altor companii, drept urmare evoluțiile companiei sunt percepute ca componente de bază pentru utilizare în Dispozitive B-brand, smartphone-uri low-cost și crearea pe baza acestora a unor decizii mai mature. De exemplu, Qualcomm repetă la aproape fiecare prezentare că unul dintre obiectivele sale principale atunci când creează noi procesoare este reducerea consumului de energie, iar nucleele Krait, fiind modificate de nucleele Cortex, arată în mod constant rezultate de performanță mai ridicate. O afirmație similară este valabilă și pentru chipset-urile Nvidia, care sunt axate pe jocuri, dar în ceea ce privește procesoarele Exynos de la Samsung și seria A de la Apple, acestea au propria lor piață datorită instalării în smartphone-urile acelorași companii.

Cele de mai sus nu înseamnă deloc că dezvoltările ARM sunt semnificativ mai proaste decât procesoarele și nucleele terțe, dar concurența de pe piață beneficiază în cele din urmă doar cumpărătorii de smartphone-uri. Putem spune că ARM oferă niște blank-uri, prin achiziționarea unei licențe pentru care producătorii le pot modifica deja pe cont propriu.

Concluzie

Microprocesoarele bazate pe ARM au cucerit cu succes piața dispozitivelor mobile datorită consumului redus de energie și puterii de procesare relativ mari. Anterior, alte arhitecturi RISC, precum MIPS, concurau cu ARM, dar acum nu mai are decât un singur concurent serios - Intel cu arhitectura x86, care, apropo, deși luptă activ pentru cota de piață, nu este încă perceput de niciunul. consumatorii sau majoritatea producătorilor serios, mai ales atunci când de fapt nu există flagship-uri pe el (Lenovo K900 nu mai poate concura cu cele mai recente smartphone-uri de top cu procesoare ARM).

Bună ziua iubiții noștri cititori. Astăzi vă vom vorbi despre arhitectura procesorului Cortex a53.

Nici măcar nu bănuiești câte dintre gadgeturile tale funcționează datorită acestui procesor. Puțini oameni știu despre caracteristicile nucleelor tehnologiei și despre ce le deosebește unul de celălalt. În acest articol, veți afla despre caracteristicile unui anumit Cortex a53 popular.

Caracteristici

Aceste procesoare pot avea de la 1 la 8 nuclee, un sistem de memorie L1 și un cache L2 partajat. Pentru a înțelege ce diferențiază componenta principală a aproape tuturor echipamentelor acestui model de altele, trebuie să-i cunoașteți avantajele:

Performanță ridicată (suport pentru o gamă largă de aplicații mobile, DTV, vehicule aerospațiale, depozitare și alte echipamente similare);
Arhitectură Army8-A de înaltă calitate pentru modele autonome entry-level;
Universalitate (poate fi asociat cu orice procesor, cum ar fi Cortex-A72, Cortex-A57 și altele);
Un produs de calitate cu un volum mare de descărcare.

Acestea sunt principalele puncte forte ale acestui produs, dar nu toate avantajele sale. Nucleul acestui brand îndeplinește multe funcții:

Suportă până la 64 de biți și cele mai noi arhitecturi;
tehnologia de securitate TrustZone;
extensii DSP și SIMD;
Conductă în 8 trepte cu două ieșiri și număr întreg îmbunătățit;
Poate funcționa la o frecvență de 1,5 GHz;
Suport pentru virtualizarea hardware.

Acesta este un set standard de funcții ale acestei componente tehnice, dar acestea sunt departe de toate funcțiile pe care le îndeplinește acest mecanism complex.

Unde este cel mai des folosit

Procesoarele de acest tip se găsesc nu numai în smartphone-urile de gamă medie (Xiaomi redmi 4, Redmi 3s, Meizu m3 / m5 Note etc.), ci și în următoarele tehnologii:

Tehnologia aerospațială;
Net;
Stocare de date (cum ar fi HDD, SDD);
Sistem de infotainment auto;

Caracteristici suplimentare

Conducta, care este responsabilă pentru un consum redus de energie;
Debit mare care vă permite să executați mai multe comenzi în același timp;
Funcții avansate de economisire a energiei.

Procesor asociat cu IP diferit

Această tehnică este utilizată în SoC-uri, precum și în tehnologii precum Arm, IP grafic, IP de sistem și IP fizic. Vă oferim o listă completă de instrumente care pot fi utilizate cu nucleul acestui brand. :

Mali-T860/Mali-T880;
Mali-DP550;
Mali-V550;
corelink;
Controler de memorie;
Controler de întrerupere;
Studio de dezvoltare DS-5;
compilator ARM;
Plăci de dezvoltare;
modele rapide.

Există 2 tipuri de procesoare Cortex a53:

AArch64 - vă permite să instalați și să utilizați aplicații pe 64 de biți;
AArch32 - Permite utilizarea numai aplicațiilor existente Armv7-A.

De ce aveți nevoie de toate aceste informații tehnice

Dacă nu înțelegeți nimic despre tehnologie și specificații, atunci cu cuvinte mai simple, Cortex a53 oferă mult mai multe performanțe decât predecesorii săi cu un nivel mai ridicat de eficiență energetică. Performanța de bază este chiar mai mare decât marca Cortex-A7 găsită pe multe smartphone-uri populare.

Arhitectura Armv8-A este cea care definește funcționalitatea tehnologiilor. Această marcă de nucleu are procesare de date pe 64 de biți, adresare virtuală extinsă și registre de uz general pe 64 de biți. Toate aceste caracteristici au făcut ca acest procesor să fie primul proiectat special pentru a oferi procesare pe 64 de biți eficientă din punct de vedere energetic.

Astfel, înțelegi că procesorul Cortex a53 este componenta tehnică nominală pe care nu trebuie să o săriți atunci când alegeți o tehnică. Dacă smartphone-ul dvs. are un astfel de procesor care utilizează această arhitectură, nu trebuie să vă faceți griji că rămâneți fără memorie sau fără telefon rapid. Toate aceste probleme sunt în trecut.

Sperăm că articolul nostru v-a fost de ajutor. Dacă da, abonați-vă la grupurile noastre de pe rețelele de socializare și rămâneți la curent cu articole noi care vă pot fi utile. Nu uita de canalul nostru YouTube.

Acest articol va discuta despre arhitectura procesorului. Produsele semiconductoare bazate pe acesta pot fi găsite în smartphone-uri, routere, tablete PC și alte dispozitive mobile, unde până de curând deținea o poziție de lider în acest segment de piață. Acum este înlocuit treptat cu soluții de procesoare mai noi și mai proaspete.

Informații scurte despre compania ARM

Istoria ARM a început în 1990, când a fost fondată de Robin Saxby. Baza pentru crearea sa a fost o nouă arhitectură cu microprocesor. Dacă înainte de asta poziția dominantă pe piața CPU era ocupată de x86 sau CISC, atunci după formarea acestei companii a apărut o alternativă demnă sub forma RISC. În primul caz, execuția codului programului a fost redusă la 4 etape:

Obținerea instrucțiunilor pentru mașină.

Efectuarea conversiei microcodului.

Obținerea de micro-instrucțiuni.

Execuția pas cu pas a micro-instrucțiunilor.

DESPRE ideea de bază a arhitecturiiRISC a fost că procesarea codului programului poate fi redusă la 2 etape:

chitanta RISC- instrucțiuni.

Tratament RISC- instrucțiuni.

LA Atât în primul, cât și în al doilea caz există atât plusuri, cât și dezavantaje semnificative. x86 a cucerit cu succes piața computerelor șiRISC ( inclusiv , introdus în 2011) este piața dispozitivelor mobile.

Istoria apariției arhitecturii Cortex A7. Caracteristici cheie

Cortex A8 a servit drept bază pentru Cortex A7. Ideea principală a dezvoltatorilor în acest caz a fost de a crește performanța și de a îmbunătăți semnificativ eficiența energetică a soluției procesorului. Asta sa întâmplat în cele din urmă cu inginerii de la ARM. O altă caracteristică importantă în acest caz a fost că a devenit posibilă crearea unui procesor cu tehnologie big.LITTLE. Adică, un cristal semiconductor ar putea include 2 module de calcul. Unul dintre ele avea ca scop rezolvarea celor mai simple sarcini cu un consum minim de energie și, de regulă, nucleele Cortex A7 au acționat în acest rol. Al doilea a fost conceput pentru a rula cel mai complex software și a fost bazat pe unitățile de calcul Cortex A15 sau Cortex A17. Oficial, „Cortex A7” a fost prezentat, după cum sa menționat mai devreme, în 2011. Ei bine, primul procesor ARM Cortex A7 a văzut lumina un an mai târziu, adică în 2012.

Tehnologia de producție

Inițial, produsele semiconductoare pe bază de A7 erau produse conform standardelor tehnologice de 65 nm. Acum această tehnologie este iremediabil depășită. Ulterior, încă două generații de procesoare A7 au fost lansate conform standardelor de toleranță deja 40 nm și 32 nm. Dar acum au devenit irelevante. Cele mai recente modele de procesoare bazate pe această arhitectură sunt deja fabricate conform standardelor de 28 nm și sunt cele care mai pot fi găsite la vânzare. Nu merită să ne așteptăm la o tranziție ulterioară la altele mai noi, cu noi standarde de toleranță și arhitectură învechită. Cipurile bazate pe A7 ocupă acum cel mai bugetar segment al pieței de dispozitive mobile și sunt înlocuite treptat cu gadgeturi bazate pe A53, care, cu aproape aceiași parametri de eficiență energetică, are un nivel de performanță mai ridicat.

Arhitectura de bază a microprocesorului

1, 2, 4 sau 8 nuclee pot fi incluse într-un procesor bazat pe ARM Cortex A7. Caracteristici procesoarele din ultimul caz indică faptul că cipul constă în esență din 2 clustere de 4 nuclee.Timp de 2-3 ani, produsele cu procesoare entry-level au fost bazate pe cipuri cu 1 sau 2 module de calcul. Nivelul mediu a fost ocupat de soluții cu 4 nuclee. Ei bine, segmentul premium era în spatele cipurilor cu 8 nuclee. Fiecare nucleu de microprocesor bazat pe această arhitectură a inclus următoarele module:

B unitate de procesare în virgulă mobilă (FPU).

Cache de nivel 1.

bloc NEONpentru a optimiza performanța procesorului.

Modul de calculARMv7.

Au existat, de asemenea, următoarele componente comune pentru toate nucleele din CPU:

Bani gheata L2.

Bloc de control CoreSight.

Controller de magistrală de gestionare a datelor AMBA cu o capacitate de 128 de biți.

Frecvențe posibile

Frecvența maximă de ceas pentru o anumită arhitectură de microprocesor poate varia de la 600 MHz la 3 GHz. De asemenea, trebuie remarcat faptul că acest parametru, care indică impactul maxim asupra performanței sistemului de calcul, variază. În plus, frecvența este influențată de trei factori simultan:

Nivelul de complexitate al problemei care se rezolvă.

Gradul de optimizare software pentru multithreading.

Valoarea curentă a temperaturii cristalului semiconductor.

Ca exemplu, luați în considerare algoritmul cipului MT6582, care se bazează pe A7 și include 4 unități de calcul, a căror frecvență variază de la 600 MHz la 1,3 GHz. În modul inactiv, acest procesor poate avea o singură unitate de calcul și funcționează la cea mai mică frecvență posibilă de 600 MHz. O situație similară va apărea atunci când o aplicație simplă este lansată pe un gadget mobil. Dar când în lista de sarcini apare o jucărie intensivă în resurse, cu optimizare pentru multithreading, toate cele 4 unități de procesare a codului de program la o frecvență de 1,3 GHz vor începe automat să funcționeze. Pe măsură ce procesorul se încălzește, cele mai fierbinți nuclee își vor scădea valoarea frecvenței sau chiar se vor opri. Pe de o parte, această abordare oferă eficiență energetică și, pe de altă parte, un nivel acceptabil de performanță a cipului.

memorie cache

În ARM Cortex A7 sunt furnizate doar 2 niveluri de cache. Caracteristici cristalul semiconductor, la rândul său, indică faptul că primul nivel este în mod necesar împărțit în 2 jumătăți egale. Unul din eiar trebui să stocheze date, iar celălalt ar trebui să stocheze instrucțiuni. Marimea totala cache la nivelul 1conform caietului de sarcini poate fi egal cu 64 Kb. Ca rezultat, obținem 32 KB pentru date și 32 KB pentru cod.Cache-ul de nivel 2 în acest caz va fi blocat e depinde de modelul de procesor specific. Cel mai mic volum al său poate fi egal cu 0 MB (adică, absent), iar cel mai mare - 4 MB.

Controler RAM. Caracteristicile sale

Orice procesor ARM Cortex A7 este echipat cu un controler RAM integrat. Caracteristicile planului tehnic indică faptul că acesta se concentrează pe lucrul împreună cu RAM LPDDR3. Frecvențele de operare recomandate ale RAM în acest caz sunt 1066 MHz sau 1333 MHz. Dimensiunea maximă a RAM care poate fi găsită în practică pentru acest model de cip este de 2 GB.

Grafică integrată

După cum era de așteptat, aceste dispozitive cu microprocesor au un subsistem grafic integrat. ARM recomandă utilizarea plăcii grafice brevetate Mali-400MP2 cu acest procesor. Dar performanța sa nu este adesea suficientă pentru a debloca potențialul unui dispozitiv cu microprocesor. Prin urmare, dezvoltatorii de cipuri folosesc adaptoare mai eficiente în combinație cu acest cip, de exemplu, Power VR6200.

Caracteristici software

Trei tipuri de sisteme de operare vizează procesoarele ARM:

Android de la gigantul de căutare Google.

iOS de la APPLE.

Windows Mobile de la Microsoft.

Toate celelalte programe de sistem nu au primit încă multă distribuție. Cea mai mare cotă de piață a unui astfel de software, după cum ați putea ghici, este ocupată de Android. Acest sistem are o interfață simplă și intuitivă, iar dispozitivele entry-level bazate pe acesta sunt foarte, foarte accesibile. Până la versiunea 4.4 inclusiv, era pe 32 de biți, iar din 5.0 a început să accepte calcule pe 64 de biți. Acest sistem de operare funcționează cu succes pe orice familie de procesoare RISC, inclusiv ARM Cortex A7. Meniul de inginerie este o altă caracteristică importantă a acestui software de sistem. Cu ajutorul acestuia, puteți reconfigura în mod semnificativ capacitățile sistemului de operare. Accesul la acest meniu poate fi obținut folosind un cod care este individual pentru fiecare model de CPU.

O altă caracteristică importantă a acestui sistem de operare este instalarea automată a tuturor actualizărilor posibile. Prin urmare, chiar și noi funcții pot apărea pe cipurile familiei ARM Cortex A7. Firmware-ul le poate adăuga. Al doilea sistem este destinat gadgeturilor mobile APPLE. Astfel de dispozitive ocupă în principal segmentul premium și au niveluri corespunzătoare de performanță și cost. Cel mai recent sistem de operare în fața Windows Mobile nu a primit încă o distribuție largă. Există dispozitive bazate pe acesta în orice segment de gadgeturi mobile, dar o cantitate mică de aplicații software în acest caz este un factor de descurajare pentru distribuția sa.

Modele de procesoare

Cele mai accesibile și mai puțin productive în acest caz sunt cipurile cu 1 nucleu. Cel mai răspândit dintre ele a fost MT6571 de la MediaTek. Mai sus sunt procesoarele ARM Cortex A7 Dual Core. Un exemplu este MT6572 de la același producător. Un nivel și mai mare de performanță a fost oferit de Quad Core ARM Cortex A7. Cel mai popular cip din această familie este MT6582, care poate fi găsit acum chiar și în gadgeturile mobile entry-level. Ei bine, cel mai înalt nivel de performanță a fost asigurat de procesoarele centrale cu 8 nuclee, cărora le aparținea MT6595.

Perspective de dezvoltare ulterioară

Puteți găsi în continuare dispozitive mobile pe rafturile magazinelor bazate pe un procesor cu semiconductor bazat pe 4X ARM Cortex A7. Acestea sunt MT6580, MT6582 și Snapdragon 200. Toate aceste cipuri includ 4 unități de calcul și au un nivel excelent de eficiență energetică. De asemenea, costul în acest caz este foarte, foarte modest. Dar totuși, cele mai bune perioade ale acestei arhitecturi cu microprocesor sunt în urmă. Vârful vânzărilor de produse bazate pe acesta a scăzut în 2013-2014, când practic nu avea nicio alternativă pe piața gadgeturilor mobile. Și în acest caz, vorbim atât de dispozitive de buget cu 1 sau 2 module de calcul, cât și de gadget-uri emblematice cu un procesor cu 8 nuclee. În acest moment, este forțat treptat să iasă de pe piață de Cortex A53, care este în esență o versiune modificată pe 64 de biți a lui A7. În același timp, ea a păstrat în totalitate și complet principalele avantaje ale predecesorului ei, iar viitorul este cu siguranță al ei.

Opinia experților și a utilizatorilor. Recenzii reale despre cipuri bazate pe această arhitectură. Avantaje și dezavantaje

Fără îndoială, un eveniment marcant pentru lumea dispozitivelor mobile a fost apariția arhitecturii dispozitivelor cu microprocesor ARM Cortex A7. Cea mai bună dovadă în acest sens este că dispozitivele bazate pe acesta au fost vândute cu succes de mai bine de 5 ani. Desigur, acum capacitățile procesorului bazat pe A7 nu mai sunt suficiente nici măcar pentru a rezolva sarcini de nivel mediu, dar cel mai simplu cod de program de pe astfel de cipuri încă funcționează cu succes. Lista unui astfel de software include redarea video, ascultarea înregistrărilor audio, citirea cărților, navigarea pe internet și chiar și cele mai simple jucării în acest caz vor începe fără probleme. Iată pe care se concentrează portalurile tematice de top dedicate gadgeturilor și dispozitivelor mobile, atât experți de top de acest gen, cât și utilizatori obișnuiți. Dezavantajul cheie al lui A7 este lipsa suportului pentru calcularea pe 64 de biți. Ei bine, principalele avantaje ale acestuia includ combinația perfectă de eficiență energetică și performanță.

Rezultate

Desigur, Cortex A7 - aceasta este o întreagă eră în lumea dispozitivelor mobile. Odată cu apariția sa, dispozitivele mobile au devenit accesibile și destul de productive. Iar simplul fapt că a fost vândut cu succes de mai bine de 5 ani este o altă confirmare a acestui lucru. Dar dacă la început gadgeturile bazate pe acesta ocupau segmentele de mijloc și premium ale pieței, acum au rămas doar cu clasa de buget. Această arhitectură este depășită și devine treptat un lucru din trecut.

ARM Cortex-A7 MPCore este un nucleu de procesor pentru dispozitive mobile, special pentru sectorul bugetar al pieței, dezvoltat de ARM Holdings și implementând arhitectura ARM v7. Anunțat în octombrie 2011 la ARM TechCon, numele de cod de dezvoltare este Cortex-A7 „Kingfisher”.
Principalele sarcini ale nucleului: să devină un înlocuitor mai rapid, eficient din punct de vedere energetic și mai mic pentru Cortex A8; utilizare în soluții de arhitectură big.LITTLE, combinând unul sau mai multe nuclee Cortex A7 cu unul sau mai multe nuclee Cortex A15 într-un sistem de calcul eterogen. Pentru o astfel de utilizare, miezul a fost proiectat pentru a fi pe deplin compatibil în ceea ce privește opțiunile arhitecturale cu Cortex A15. Cu alte cuvinte, ARM Cortex-A7 MPCore a adoptat câteva caracteristici de la modelul de procesor Cortex-A15 și se mândrește cu o eficiență energetică ridicată.
Frecvența procesorului este de la 0,6 la 3 GHz, deși frecvența maximă pentru ARM Cortex-A7 este setată la 1,5 GHz. Tehnologia de producție de la 65 la 28 nm. Seturi de instrucțiuni ARMv7. Număr de nuclee de la 1 la 4 per cluster, până la 2 clustere per cip. Cache L1: 8-64KB I, 8-64KB D și cache L2: 0-1024KB (configurabil cu controler cache L2)