2011 року компанія ARM Limited анонсувала нове сімейство процесорів під назвою ARMv8. А в 2013 році компанія Apple випустила перший ARMv8-процесор - однокристальну систему А7, яка застосовується в iPhone 5S, iPad Air і iPad mini Retina. Архітектура ARMv8 отримала 64-бітний набір команд, але це далеко не єдина її перевага над попередницею ARMv7. Як влаштовані і якими бувають 64-бітні процесори ARMv8, читайте в статті.
Про історію архітектури ARM, специфіку діяльності компанії ARM Limited і покоління процесорів ARMv5, ARMv6 і ARMv7 ви можете прочитати в статті "Процесори ARM: особливості архітектури, відмінності та перспективи ". А про популярні моделі ARMv7-чіпів виробництва Qualcomm, NVIDIA, Samsung, Apple, MediaTek та ін детально розказано в статтях "Процесори ARM: виробники і моделі «і» Процесори ARM: оновлення модельного ряду ".
Нововведення ARMv8
Оновлену архітектуру процесорів сімейства ARMv8 охрестили іменем AArch64. Вона отримала 64-бітний набір інструкцій і можливість працювати з великим обсягом оперативної пам'яті (4 Гбайт і більше). Само собою, передбачена сумісність з 32-бітними додатками (AArch32). Іншими важливими нововведеннями ARMv8 стали:
- 31 регістр загального призначення, кожен довжиною 64 біти, тоді як SP і PC не є регістрами загального призначення. Чим вище розрядність регістрів, тим більше числа можна зберігати. А чим більша кількість регістрів, тим більше даних в них поміщається одночасно. Як результат, за одну інструкцію можна обробити більший обсяг даних і весь алгоритм виконається швидше; - трансляція віртуальних адрес з 48-бітного формату працює за допомогою механізмів LPAE, запозичених у ARMv7; - новий набір інструкцій з фіксованою довгою. Інструкції мають розмір 32 біти і багато хто збігається з командами AArch32, хоча умовних інструкцій стало менше; - збільшено з 16 до 32 кількість 128-бітних регістрів (сумісні з 64-бітними регістрами), доступних співпроцесорам SIMD NEON і VFP, а також додано нові криптографічні інструкції AES і SHA. Набір інструкцій SIMD NEON прискорює роботу додатків, що відповідають за обробку медіаданих і сигналів. У свою чергу VFP відповідає за малоенергозатратні обчислення над числами з плаваючою комою; - підтримка обчислень над числами з плаваючою комою подвійної точності і стандарту IEEE 754, який є загальноприйнятим форматом представлення чисел з плаваючою комою, що використовується в програмних реалізаціях арифметичних дій.
Що таке архітектура?
Процесор - це основний компонент будь-якого обчислювального пристрою, будь то смартфон або комп'ютер. Від його продуктивності залежить те, наскільки швидко буде працювати пристрій і скільки він зможе працювати від батареї. Якщо говорити просто, то архітектура процесора - це набір інструкцій, які можуть використовуватися при складанні програм і реалізовані на апаратному рівні за допомогою певних поєднань транзисторів процесора. Саме вони дозволяють програмам взаємодіяти з апаратним забезпеченням і визначають яким чином будуть передаватися дані в пам'ять і зчитуватися звідти.
На даний момент існують два типи архітектур: CISC (Complex Instruction Set Computing) и RISC (Reduced Instruction Set Computing). Перша передбачає, що в процесорі будуть реалізовані інструкції на всі випадки життя, друга, RISC - ставить перед розробниками завдання створення процесора з набором мінімально необхідних для роботи команд. Інструкції RISC мають менший розмір і більш прості.
Референсні ядра ARM Limited
Першими процесорними ядрами ARMv8, розробленими безпосередньо компанією ARM Limited, стали Cortex-A53 і A57. Ядро A53 є середньорівневим рішенням з продуктивністю 2,3 DMIPS/МГц, що знаходиться приблизно по середині між нинішніми Cortex-A7 (1,9 DMIPS/МГц) і A9 (2,5 DMIPS/МГц). Тоді як A57 займає верхній сегмент, адже його швидкодія (4,1 DMIPS/МГц) перевершує показники обох 32-бітних флагманів: Cortex-A15 (3,5 DMIPS/МГц) і А17 (4 DMIPS/МГц).
Крім ліцензування референсних процесорних ядер компанія ARM Limited продає розширені ліцензії, що дозволяють чіпмейкерам на свій розсуд модифікувати архітектуру ARM. Такі ліцензії є, наприклад, у Apple, Qualcomm і NVIDIA. Тому ніщо не заважає виробникам процесорів створювати власні рішення на базі ARMv8, що істотно відрізняються від референсних Cortex-A53 і A57.
Програмне забезпечення
Проводити порівняння за цим параметром досить важко, оскільки обидва бренди дуже популярні у своїх колах. Пристрої, які ґрунтуються на процесорах arm-архітектури, чудово працюють з мобільними операційними системами (Android та інше).
Машини під керуванням процесорів від Intel здатні працювати з платформами на зразок Windows і Linux. До того ж обидва сімейства мікропроцесорів дружать з додатками, написаними мовою Java.
Розбираючи відмінності архітектур, можна однозначно сказати одне - процесори ARM головним чином керують енергоспоживанням мобільних пристроїв. Завдання ж настільних рішень більшого всього полягає в забезпеченні високої продуктивності.
Apple A7
Першим і поки єдиним 64-бітним ARM-процесором, який вже застосовується в смартфонах і планшетах, є Apple A7. Побудований він на фірмовій архітектурі Apple Cyclone, сумісній з ARMv8. Це друга розроблена всередині компанії процесорна архітектура; першою ж була Swift (чіпи A6 і A6X, сімейство ARMv7).
Процесорних ядер у однокристальної системи A7 тільки два (частота до 1,4 ГГц), але присутній графічний прискорювач PowerVR G6430 з чотирма кластерами ядер. Швидкодія чіпа A7 в процесорозалежних завданнях зросла приблизно в півтора рази порівняно з А6, тоді як в різних графічних тестах приріст становить від двох до трьох разів.
А ось теоретичну можливість працювати з великим обсягом оперативної пам'яті завдяки 64-бітній архітектурі процесора A7 пристрої під управлінням iOS поки не відчувають. У iPhone 5s, iPad Air і iPad mini Retina всього лише 1 Гбайт оперативки; і навряд чи в новому поколінні мобільних пристроїв Apple обсяг ОЗП зросте більше ніж удвічі.