Advanced RISC Machine

Мобильные процессоры ARM

пока нет комментариев 19 Фев 2018г
Реклама

Современные мобильные устройства функционируют на базе определенных аппаратных платформ, в которых сочетаются преимущественно одни и те же элементы (за исключением инновационных решений, присутствующих в новых поколениях смартфонов и планшетов). Центром таких систем является вычислительный процессор – чип, осуществляющий обработку цифровых данных. В случае с современными смартфонами и планшетами речь идет о чипах, созданных на основе архитектуры ARM от одноименной компании ARM Limited. Материал посвящен именно им.

К содержанию

ARM Limited и их мобильные процессоры

Сразу стоит отметить, что ARM Limited практически возглавляет данную сферу сродни монополии, т.к. смартфоны и прочие портативные гаджеты, работающие на базе фирменной аппаратной платформы, составляют подавляющее большинство среди существующего ассортимента такой продукции. В самой компании чипы не разрабатывают, а лишь лицензируют свои технологии, допуская к работе над ними прочих производителей. Помимо отпуска лицензий, в ARM Limited занимаются разработкой процессорных ядер Cortex и графических модулей Mali. Компании, специализирующиеся непосредственно на производстве чипов, могут приобрести:

  • отдельные ядра;
  • наборы инструкций;
  • смежные технологии и т.д.
ARM
Ценовая политика ARM Limited разносторонняя, поскольку в ней учитываются интересы потребителей как с ограниченным бюджетом, так и наиболее финансово обеспеченных. Процессоры с ARM-архитектурой встречаются не только в мобильных устройствах, но и в ряде прочих цифровых компонентов:
  • сервера;
  • контроллеры компьютерных накопителей памяти;
  • роутеры;
  • оргтехника и т.д.
Естественно, начинать описание всей архитектуры ARM стоит с вычислительных ядер для процессоров, которые и являются ключевой продукцией компании. К содержанию

Ядра Cortex

Те самые процессорные ядра, на базе которых впоследствии работают чипы ARM, имеют наименование Cortex и маркируются по следующему принципу: после названия присутствует буквенно-цифровая комбинация типа Mx, Rx или Ax (где M, R, A – это семейство ядер, а X – номер конкретной разработки). Каждая категория разрабатывается под решение определенных задач. В случае с мобильными устройствами речь идет о семействе Ax, которое сегодня содержит следующие версии ядер под номерами 5, 7, 8, 9, 15, 17, 32, 35, 53, 55, 57, 72, 73, 75.

Часть этих технологий уже сегодня успешно используется в мобильных процессорах ARM. Величина цифры в маркировке растет пропорционально производительности ядра и чипа в целом, но это не общепринятое правило. К примеру, A7 более мощные, чем A8. Однако в целом нумерация соответствует последовательности выпуска и ценовому диапазону.

ARM Cortex

Очень часто при описании характеристик продаваемых смартфонов и планшетов указывается информация о наличии в аппаратной платформе какого-то процессора с определённой тактовой частотой. Также, возможно, указываются данные о составных компонентах, внедренных в этот чип, но среднестатистическому покупателю они особой пользы не принесут. Далее можно детальнее ознакомиться с особенностями некоторых ядер Cortex для ARM процессоров:

  • A5. Одно из первых и самых простых ядер – ограниченная производительность и недостаточная функциональность. Задействовалась данная технология на этапе производства бюджетных устройств и сегодня является морально устаревшей. Ярким примером использования является процессор Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 (смартфон – Highscreen Blast).
  • A7. Более мощное ядро, которое также является признаком бюджетной или определенной ценовой усредненности смартфона. Стоит отметить больший объем памяти, что позволяет увеличить число одновременно обрабатываемых цифровых потоков. Ярким примером использования Cortex-A7 является процессор Exynos 5 Octa с внедрённой технологией энергосбережения.
  • A8. Является менее распространенной технологией, но при этом встречается в устройствах бюджетного (эконом) класса. На сегодняшний день этот элемент устарел, поскольку его мощности недостаточно, даже в случае разгона сверх указанного производителем ограничения в 1 ГГц. Причем в рамках многоядерных чипов Cortex-A8 не совмещаются.
  • A9. Мобильные процессоры ARM с Cortex-A9 встречаются и сегодня, во многом благодаря высокой таковой частоте, которая может быть разогнана до отметки свыше 2 ГГц. Отлично сочетаются они в рамках известного процессора Nvidia Tegra 2.
  • A12. Опять же, данное ядро характеризует чип как аппаратную основу для устройств среднего ценового уровня. Проводя аналогию с Cortex-A9, производитель указывает на значительный прирост производительности – около 40%. Также за счет смежной технологии комбинирования ядер ARM big.LITTLE, описываемая деталь может быть совмещена с Cortex-A7 в единый недорогой восьмиядерный чип, отличающийся особой мощностью.
  • A15. Временные рамки выпуска этого ядра примерно одинаковы с Cortex-A12. В данном случае речь идет о более мощном компоненте с тактовой частотой до 2,5 ГГц. В компании Samsung на его базе успешно разработали и используют чип Exynos 5 Octa, а в Nvidia – Tegra 4. Мощности таких ядер достаточно даже для работы в микропроцессорах портативных компьютеров.
  • A50. Данные ядра являются первыми, которые были разработаны по новой архитектуре ARMv8, получили обновленный набор команд и 64-битную структуру. Собственно, первоначально с такими изменениями успешно справились в компании Apple (iPhone 5s). Затем они стали перениматься и другими мировыми производителями. Преимуществом работы с 64-битными ЦП является возможность их дополнения ОЗУ объемом в 4 Гб.
  • A53. Позиционируется как «наследник» Cortex-A9, выделяясь на фоне предка следующими качествами: большая производительность, оптимизированное энергопотребление, возможность совмещения в рамках одного чипа с ядрами Cortex-A57.
  • A57. Собственно, те самые ядра Cortex-A57 в своё время стали прорывом и должны были обеспечить даже флагманские устройства запасом мощности на несколько поколений смартфонов вперед. Со своей мощностью они способны выходить за рамки мобильного рынка, перемещаясь на ЦП персональных ПК.
  • сравнение A15 и A57
Топовым продуктом компании на сегодняшний день является ядро Cortex-A75, имеющее огромные перспективы и все шансы на успех в течение долгих лет. Речь идет о предельно высокой тактовой частоте в 3 ГГц, оптимальном энергопотреблении и сочетании с рядом уникальных технических модулей в рамках аппаратной платформы многофункциональных сверхсовременных гаджетов. В сравнении с предпоследней моделью серии Cortex-A73, производителю удалось добиться прироста производительности на 25-30%, в зависимости от нюансов энергопотребления чипа. К содержанию

Технологии совмещения ядер

Выше уже было сказано, что Cortex, устанавливаемые в мобильных ЦП, чаще всего представлены не в единственном числе. Именно их совмещение обуславливает многоядерность процессоров. Возможность такого соединения появилась благодаря разработке специальных технологий строения мобильных процессоров – big.LITTLE. Преимущественно речь в ней идет об объединении равного числа энергосберегающих и производительных ядер в рамках одного чипа.

Технологии совмещения ядер

При этом есть три схемы их совместного функционирования:

  • Межкластерная миграция (big.LITTLE) – базовая схема «4+4» (по количеству ядер каждого типа) с использованием более мощных для ресурсоемких (игровых) процессов и энергосберегающих — для повседневной активности девайса. Отмечается высокая скорость перехода с одного режима работы в другой.
  • Межядерная миграция (IKS) – предполагает совмещение реальных ядер в виртуальный блок. Система самостоятельно выбирает, какой из элементов будет выполнять свои функции в определенный момент времени.
  •  Межядерная миграция
  • Гетерогенный мультипроцессинг (MP) – ядра независимы и могут быть активированы системой по мере необходимости. Таким образом, граничным уровнем производительности является одновременная работа всех элементов чипа.
  •  Гетерогенный мультипроцессинг
Сегодня выход упомянутого выше Cortex-A75 сочетается с внедрением уникальной технологии совмещения – Dynamic IQ. Суть её заключается в том, что мощнейшие A-53 и A-75 будут перераспределяться на чипе по видоизмененным схемам аналога «4+4». Это может происходить вплоть до перераспределения энергосберегающих и производительных элементов в схему «1+7», что позволит гаджетам комфортно чувствовать себя в режиме ожидания/низкой активности и «думать на максимум» при запуске особо требовательных игр. К содержанию

Заключение

Учитывая все современные инновации по части разработки процессоров на базе ARM архитектуры, стоит предварительно знакомиться со столь глубинными нюансами разработки мобильных чипов. Сегодня ARM практически не имеет конкуренции на этом рынке, если не считать компании Intel, которая пытается бороться с Qualcomm, MediaTek и Apple за место под солнцем. Даже флагманские представители мобильной сборки, представленные на базе архитектуры x86 от Intel, проигрывают по всем параметрам. В связи с этим, выбор в пользу мобильных процессоров ARM кажется очевидным.

К содержанию

Похожие статьи