Понимание различий между процессорными ядрами ARM и x86

Как процессор влияет на производительность видеокарты? (aka "Bottlenecking") (June 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Понимание различий между процессорными ядрами ARM и x86


ARM и x86 являются двумя наиболее распространенными семействами процессоров на планете. Каковы их сильные и слабые стороны и приложения?

В течение многих лет ARM (первоначально Acorn RISC Machines, но теперь Advanced RISC Machines) находилась в центре современных микропроцессоров и встроенного дизайна. Сфокусировавшись на низком потреблении энергии и простом наборе инструкций, мобильные устройства, в частности, сильно выиграли от дизайна процессора.

Но несколько лет назад Raspberry Pi дебютировал, получив Broadcom SoC, который включал ядро ​​ARM с тактовой частотой 700 МГц. Ядро ARM само по себе похвасталось низкой стоимостью и простотой.

Со своей стороны, Intel, в основном, производила процессоры с высокой производительностью и высокой пропускной способностью, включая настольные ПК, ноутбуки, серверы и даже суперкомпьютеры. Но это уже не так, поскольку Intel охватывает рынок мобильных / маломощных компьютеров со многими мобильными процессорами, включая серию Intel Atom (один из основных процессоров, питающих Windows 10 планшеты).

У двух семейств процессоров есть много различий, включая их вычислительную мощность, энергопотребление, программное обеспечение и приложения. Давайте взглянем.

Различия в мощности обработки

Процессоры ARM вписываются в семейство RISC, которое означает «Сокращенный набор команд».

Процессор RISC фокусируется на сохранении количества инструкций как можно меньше, одновременно сохраняя эти инструкции как можно проще. Простые инструкции имеют некоторые преимущества как для инженеров, так и для разработчиков программного обеспечения. Поскольку инструкции просты, для требуемой схемы требуется меньшее количество транзисторов, что приводит к большему количеству места чипа и / или меньшим чипам. Из-за этого процессоры ARM, как правило, объединяют многие периферийные устройства, включая графические процессоры, которые позволяют компьютерам, таким как Raspberry Pi, иметь так мало компонентов.

Но простые инструкции стоят дорого. Для выполнения задач требуются дополнительные инструкции, которые приводят к увеличению потребления памяти и увеличению времени выполнения. Тем не менее, процессор ARM компенсирует увеличенное время выполнения с более быстрыми процессорами и трубкой.

Процессоры Intel обычно встречаются в среде рабочего стола. Изображение предоставлено Intel Free Press (CC-BY 2.0)

С другой стороны, процессоры Intel вписываются в семейство CISC, которое представляет собой комплексную команду Set Computing.

В отличие от компьютеров RISC, инструкции, доступные на CISC, более сфокусированы на выполнении сложных задач с большой гибкостью.

Например, многие машины на основе RISC выполняют операции между регистрами, которые обычно требуют, чтобы программа загружала переменные в регистры перед выполнением операции. Однако машина на основе CISC может (или должна) выполнять операции между регистрами, между регистром и местом памяти, и даже между ячейками памяти. Другие общие операции включают в себя умножение чисел с плавающей запятой, рулонов ствола, одиночных циклов инструкций, сложную манипуляцию с памятью, поиск в памяти и многое другое.

Различия в потребляемой мощности

Потребляемая мощность во встроенных конструкциях может быть одним из наиболее важных критериев. Система, которая предназначена для подключения к источнику питания, например, к электросети, обычно может игнорировать ограничения потребления энергии, но мобильный дизайн (или один, подключенный к ненадежному источнику питания) может полностью зависящим от управления питанием.

Сердечники ARM превосходят мощные конструкции со многими из их ядер (если не большинство), не требующих радиаторов. Их типичное энергопотребление составляет менее 5 Вт со многими пакетами, включая графические процессоры, периферийные устройства и память. Такая малая рассеиваемая мощность возможна только из-за меньшего количества используемых транзисторов и относительно низких скоростей (по сравнению с обычными настольными процессорами). Но опять же (относящийся к предыдущему разделу) это влияет на производительность системы, и поэтому более сложные операции потребуют больше времени.

Процессоры ARM обладают огромной популярностью. Изображение предоставлено ISEE (CC BY-SA 3.0)

Из-за их повышенной сложности ядра Intel потребляют намного больше энергии, чем ядра ARM. Высокопроизводительный Intel I-7 может потреблять до 130 Вт энергии, тогда как мобильные процессоры Intel (такие как Atom и Celeron) потребляют от 6 Вт до 30 Вт. Процессоры с самой низкой потребляемой мощностью (линия Atom), предназначенные для использования ноутбуком, не интегрируют графику в процессор, а мобильные версии. Однако те, которые интегрируют графику, имеют значительно меньшую тактовую частоту (от 300 МГц до 600 МГц), что приводит к меньшей пропускной способности.

Различия в программном обеспечении

Когда речь заходит о больших двух именах на рынке процессоров, сравнение доступности программного обеспечения и наборов инструментов затруднено, так как они сильно используются. У устройств на базе ARM есть преимущество в работе с операционными системами, предназначенными для мобильных телефонов, таких как Android. У Intel-устройств есть преимущество в том, что они работают практически с любой операционной системой, которая может работать на стандартном настольном ПК, включая Windows и Linux. Оба устройства могут запускать одни и те же приложения, если приложение скомпилировано на языке, который использует виртуальную машину, например Java.