64-bit CPU-architectuur
x86 richt zich van oudsher op topprestaties, wat een belangrijk verschil is met Arm-processors die zich richten op een betere energie-efficiëntie. In de wereld van vandaag hebben we 64-bit architecturen mainstream in smartphones en pc’s. Deze verandering kwam niet zo snel, het was rond 2012 dat telefoons ook de overstap maakten, maar dit veranderde niets aan de manier waarop we de apparaten gebruiken, het zorgde er alleen voor dat ze beter met dingen omgingen. Tegenwoordig ondersteunen beide architecturen 64-bit, maar het is relevanter in smartphones.
PC’s stapten ruim voor smartphones over op 64-bit, maar het was niet Intel die de moderne x86-64-architectuur (ook bekend als x64) bedacht. Die eer komt toe aan AMD’s aankondiging uit 1999, die Intels bestaande x86-architectuur achteraf aanpaste.
ARM-architectuur
ARM is gebaseerd op RISC (Reduced Instruction Set Computing), terwijl Intel (x86) CISC (Complex Instruction Set Computing) is. Arm’s CPU-instructies zijn redelijk atomair, met een zeer nauwe correlatie tussen het aantal instructies en micro-ops. CISC biedt ter vergelijking veel meer instructies, waarvan vele meerdere bewerkingen uitvoeren (zoals geoptimaliseerde wiskunde en gegevensverplaatsing). Dit leidt tot betere prestaties, maar meer stroomverbruik bij het decoderen van deze complexe instructies.
Arm introduceerde zijn ARMv8 64-bits architectuur in 2011. In plaats van de 32-bits instructieset uit te breiden, biedt Arm een zuivere 64-bits implementatie. Om dit te bereiken, maakt de ARMv8-architectuur gebruik van twee uitvoeringstoestanden, AArch32 en AArch64. Zoals de namen al aangeven, is er een voor 32-bits code en een voor 64-bits. Het mooie van het ARM-ontwerp is dat de processor tijdens de normale uitvoering naadloos kan overschakelen van de ene modus naar de andere. Dit betekent dat de decoder voor de 64-bits instructies een nieuw ontwerp is dat niet compatibel hoeft te blijven met het 32-bits tijdperk, maar dat de processor als geheel achterwaarts compatibel blijft.
ARM’s win op mobiel ecosysteem
De hierboven besproken architectonische verschillen verklaren deels de huidige successen en problemen waarmee de twee chip kolossen worden geconfronteerd. Arm’s lage energiebenadering is perfect geschikt voor de 3,5 W thermisch ontwerpvermogen (TDP) vereisten van mobiele telefoons, maar de prestaties schalen op om ook Intel’s laptopchips te evenaren. Intels typische Core i7 met 100 W TDP wint het vooral van servers en krachtige desktops, maar heeft historisch gezien moeite om onder de 5 W te schalen.
Een uniek kenmerk van Arm’s architectuur is bijzonder nuttig geweest om het TDP laag te houden voor mobiele toepassingen: heterogene computing. Het idee is eenvoudig genoeg, bouw een architectuur die verschillende CPU-onderdelen (in termen van prestaties en vermogen) laat samenwerken voor verbeterde efficiëntie. Heterogene multiprocessing (HMP) is al groot in de Android-wereld, zie chips als de Snapdragon 810, Exynos 7420 of Helio X20, maar Heterogeneous Compute (HC) is de volgende evolutie.
U ziet, processors kunnen worden ontworpen om bepaalde taken efficiënter uit te voeren, maar een enkel ontwerp heeft moeite om overal goed in te zijn. Een doorsnee CPU is misschien goed in seriële verwerking, terwijl een GPU parallelle gegevensstromen aankan en een DSP beter is geoptimaliseerd voor het in realtime kraken van zeer nauwkeurige getallen. Met een breder scala aan opties om uit te kiezen, is de theorie dat het kiezen van de beste processor voor een specifieke taak zal resulteren in betere prestaties en energie-efficiëntie.
De snelste computer ter wereld op het moment van schrijven is gebaseerd op ARM!
Fugaku is nu ’s werelds snelste supercomputer. In het kader van het TOP500-project is de Japanse Fugaku-computer gerangschikt als de snelste ter wereld. Hij wordt aangedreven door de A64FX-processor. Fugaku bevindt zich in het RIKEN Center for Computational Science in Wakō, Japan.
Softwarecompatibiliteit
Applicaties en software moeten worden gecompileerd voor de CPU-architectuur waarop ze draaien, historisch gezien hebben de ecosystemen zoals Android op Arm of Windows op x86 geen probleem om op meerdere platforms of architecturen te draaien. Apple’s op Arm-gebaseerde Macs, Google’s Chrome OS en Microsoft’s Windows op Arm zijn allemaal moderne voorbeelden waarbij de software zowel op Arm- als Intel-architecturen moet draaien. Het compileren van native software voor beide is een optie voor nieuwe apps en ontwikkelaars die bereid zijn te investeren in hercompilatie. Om de gaten op te vullen, vertrouwen deze platforms ook op code-emulatie. Met andere woorden, het vertalen van code die is gecompileerd voor de ene CPU-architectuur om op een andere te draaien. Dit is minder efficiënt en verslechtert de prestaties in vergelijking met native apps, maar goede emulatie is momenteel mogelijk om ervoor te zorgen dat apps werken.
Na jaren van ontwikkeling is Windows on Arm-emulatie in een vrij goede staat voor de meeste toepassingen. Android-apps draaien voor het grootste deel ook goed op Intel Chromebooks. We zullen moeten afwachten of Arm Macbooks ook draaien.
Ik hoop dat je van het artikel hebt genoten en de informatie hebt gekregen die je wilde, zo ja, volg me dan voor meer berichten zoals deze in de toekomst. Ik doe mijn best om waardevolle informatie te geven aan iedereen die het zoekt.