Процессоры ARM: особенности архитектуры, отличия и перспективы. Все про архитектуру мобильных процессоров ARM Cortex A53 Современные поколения чипов

Здравствуйте наши любимые читатели. Сегодня мы расскажем вам про архитектуру процессора Cortex a53.

Вы даже и не подозреваете, как много ваших гаджетов работает благодаря этому процессору. Мало, кто знает об особенностях ядер техники и что отличает их друг от друга. В этой статье вы узнаете об особенностях конкретного популярного Cortex a53.

Характеристики

Данные процессоры могут иметь от 1 до 8 ядер, систему памяти типа L1 и общий кэш L2. Чтобы понимать, что отличает основную составляющую практически всей техники этой модели от других, нужно знать её преимущества:

• Высокопроизводительность (поддержка широкого спектра мобильных приложений, DTV, аэрокосмических машин, хранилищ и прочей техники подобного образца);
• Высококачественная архитектура Army8-A для автономных конструкций начального уровня;
• Универсальность (может быть сопряжен с любыми процессорами, такими как Cortex-A72, Cortex-A57 и другие);
• Качественный продукт с большим объёмом загрузки.

Это основные сильные стороны данного продукта, однако далеко не все его преимущества. Ядро этой марки выполняет множество функций:

• Поддерживает до 64bit и архитектуры самых новых версий;
• Технология безопасности TrustZone;
• Расширения DSP и SIMD;
• 8-ступенчатый конвейер с двумя выходами и улучшенным целым числом;
• Может работать на частоте от 1,5 Ггц;
• Поддержка виртуализации оборудования.

Это стандартный набор функций данной технической составляющей, однако это далеко не все функции, которые выполняет этот непростой механизм.

Где чаще всего используется

Процессоры данного типа встречаются не только в смартфонах среднего класса (Xiaomi redmi 4, Redmi 3s, Meizu m3/m5 Note и др.), а и в следующих технологиях:

• Авиационно-космическая техника;
• Сеть;
• Хранилища данных (типа HDD, SDD);
• Автомобильная информационно-развлекательная система;

Дополнительные возможности

• Трубопровод, который отвечает за низкое энергопотребление;
• Высокая пропускная способность, которая позволяет выполнять одновременно несколько команд;
• Расширенные функции энергосбережения.

Процессор связан с разными IP

Данная техника используется в SoC, а также в технологиях типа Arm, графических IP, системных IP и физических IP. Мы предоставляем вам полный список инструментов, в которых может быть использован c ядром этой марки:

• Mali-T860/Mali-T880;
• Mali-DP550;
• Mali-V550;
• CoreLink;
• Контролёр памяти;
• Контролёр прерываний;
• Студия разработки DS-5;
• ARM компилятор;
• Доски разработки;
• Быстрые модели.

Существует 2 типа процессоров Cortex a53:

• AArch64 – даёт возможность устанавливать и использовать 64-битные приложения;
• AArch32 – даёт возможность использовать только существующие приложения Armv7-A.

Для чего вам нужна эта вся техническая информация

Если вы ничего не понимаете в технике и характеристиках, то более простыми словами Cortex a53 обеспечивает гораздо большую производительность нежели его предшественники с более высоким уровнем энергоэффективности. Производительность ядра даже выше, чем у марки Cortex-A7, которая стоит на многих популярных смартфонах.

Архитектура Armv8-A – это то, что определяет функциональность технологий. У данной марки ядра стоит 64-битная обработка данных, расширенная виртуальная адресация и 64-разрядные регистры общего назначения. Все эти функции сделали этот процессор первым, который был предназначен конкретно для обеспечения энергоэффективной 64-битной обработки.

Таким образом, вы поняли, что процессор Cortex a53 является именной той технической составляющей, которую не нужно пропускать, выбирая технику. Если в вашем смартфоне стоит такой процессор с использованием данной архитектуры, вам не нужно беспокоится о недостатке памяти или о быстрой разрядке телефона. Все эти проблемы в прошлом.

Мы надеемся, что наша статья была вам полезна. Если это так – подписывайтесь на наши группы в социальных сетях и следите за новыми статьями, которые также могут вам пригодиться. Не забывайте про наш канал на YouTube .

ARM Cortex-A7 MPCore - процессорное ядро для мобильных устройств, специально для бюджетного сектора рынка, разработанное ARM Holdings и реализующее архитектуру ARM v7. Было анонсировано в октябре 2011 года на ARM TechCon, кодовое имя разработки - Cortex-A7 «Kingfisher».
Основные задачи ядра: стать более быстрой, энергоэффективной, и меньшей по размеру заменой Cortex A8; использование в решениях архитектуры big.LITTLE, комбинирующей одно или несколько ядер Cortex A7 с одним или несколькими ядрами Cortex A15 в гетерогенной вычислительной системе. Для подобного использования ядро было создано полностью совместимым по архитектурным опциям с Cortex A15. Другими словами, ARM Cortex-A7 MPCore перенял некоторые особенности у модели процессора Cortex-A15 и может похвастаться высокими показателями энергоэффективности.
Частота центрального процессора от 0.6 до 3 ГГц, хотя максимальная частота для ARM Cortex-A7 установлена на значении 1.5 ГГц. Технология производства от 65 до 28 нм. Наборы инструкций ARMv7. Число ядер от 1 до 4 в кластере, до 2 кластеров на кристалл. Кэш-память первого уровня (L1): 8-64 Кбайт I, 8-64 Кбайт D и кэш-память второго уровня (L2): 0–1024 Кбайт (конфигурируется совместно с контроллером L2-кэша)

Как обеспечить постоянный рост производительности в рамках ограниченных по энергопотреблению устройств, каковыми являются смартфоны или планшеты? Можно создать более энергоэффективную микроархитектуру, но это возможно только до определённой степени. Можно перейти на более совершенный процесс производства, но и этот шаг сегодня уже не даёт прежних преимуществ. Раньше компании полагались на оба подхода, но сегодня этого уже недостаточно. Индустрия постепенно идёт по пути гетерогенных вычислений: размещения высокопроизводительных ядер рядом с маломощными, но энергоэффективными собратьями, и переключения между ними при необходимости.

NVIDIA недавно представила архитектуру процессора Tegra 3 (Kal-El) . Компания рассказала о том, что система на чипе имеет 5 вычислительных ядер Cortex-A9, но лишь 4 из них видимы для ОС. При запуске простых фоновых задач работает только одно энергоэффективное ядро Cortex A9, а высокопроизводительные находятся в отключённом состоянии. Как только системе потребуется производительность, задачи перенаправляются на мощные ядра, а энергоэффективное отключается.

Решение NVIDIA полагается на идентичные ядра, но использующие различные транзисторы (LP и G), однако подход не слишком отличается, если использовать к тому же различные архитектуры ядер. Когда NVIDIA разрабатывала свой чип, ARM не могла предложить подходящего энергоэффективного ядра, которое могло бы использоваться как само по себе, так и в качестве ядра-спутника в системе на чипе с Cortex A15. Теперь такое ядро есть, и оно получило имя Cortex A7.

Начиная с Cortex A9, ARM перешла на исполнение команд с изменением последовательности (инструкции могут быть переупорядочены для улучшенного параллелизма) — этот переход архитектура x86 совершила во времена Pentium Pro. Cortex A15 развивает эту тенденцию, расширяя при этом число исполняемых за такт инструкций. Cortex A7, напротив, является шагом назад: это ещё одно ядро, исполняющее команды в заданной последовательности и способное выполнить до двух инструкций одновременно. Описание напоминает Cortex A8, однако A7 отличается во многих областях.

Ядро A8 является очень старой разработкой — работы над дизайном начались ещё в далёком 2003 году. Хотя ARM предлагала легко синтезируемые версии ядра, для достижения более высоких частот со временем производителям пришлось использовать собственную дополнительную логику. Создание отдельного дизайна не только удлиняло время вывода решений на рынок, но и увеличивало затраты на разработку. В Cortex A7 остаётся полностью синтезируемым, но при этом предлагает хороший уровень производительности. ARM при разработке архитектуры учла последние процессы производства, добившись хорошего соотношения тактовых частот и производительности, а также пересмотрела архитектуру, дабы уменьшить время и стоимость вывода решений на рынок.

В ядре Cortex A7 применяется 8-ступенчатый конвейер, обрабатывающий по две инструкции за такт (впрочем, некоторые сложные инструкции A7, в отличие от A8 исполняет в режиме одну за такт). Блок целочисленных операций в A7 аналогичен A8, а вот математический сопроцессор имеет полностью конвейерную организацию и более компактен, хотя и несколько упрощён.

Некоторое упрощение архитектуры позволило существенно сократить размер ядра. ARM утверждает, что одно ядро Cortex A7 будет занимать всего 0,5 мм 2 при использовании 28-нм техпроцесса. При одном и том же процессе производства клиенты ARM смогут разместить ядро A7 на площади всего в 1/3—1/2 ядра Cortex A8. Стандартный дизайн ядер A9 по площади соответствует A8, тогда как площадь A15 больше, чем у обоих.

Несмотря на ограниченные возможности в выполнении сложных инструкций, ARM ожидает, что архитектура Cortex A7 обеспечит более высокую производительность по сравнению с Cortex A8. Это частично достигается благодаря усовершенствованному модулю предсказания ветвлений и уменьшенному конвейеру, сокращающему вероятность неправильного предсказания перехода. Cortex A7 отличается улучшенными алгоритмами выборки команд и более скоростной кеш-памятью L2, что также позволяет увеличить общую эффективность вычислений.

Впрочем, из-за некоторых ограничений в определённых задачах производительность Cortex A7 будет находиться на уровне с Cortex A8 или даже уступать последнему. Рейтинг ожидаемой производительность DMIPS/МГц для различных ядер ARM выглядит так:

• ARM11 — 1,25 DMIPS/МГц;
• ARM Cortex A7 — 1,9 DMIPS/МГц;
• ARM Cortex A8 — 2 DMIPS/МГц;
• ARM Cortex A9 — 2,5 DMIPS/МГц;
• Qualcomm Scorpion — 2,1 DMIPS/МГц;
• Qualcomm Krait — 3,3 DMIPS/МГц.

Важнее же всего то, что ядра Cortex A7 является на 100% ISA-совместимыми с Cortex A15, то есть поддерживают новые инструкции виртуализации и 40-битную адресацию памяти. В результате любой код, написанный для Cortex A15, может исполняться на Cortex A7, только медленнее. Это очень важная характеристика, которая позволяет производителям проектировать системы на чипе, оснащённые как ядрами Cortex A7, так и Cortex A15, переключаясь между ними в зависимости от задачи. ARM называет это конфигурацией big.LITTLE.

Архитектура Cortex A15 станет значительным шагом вперёд с точки зрения производительности архитектур ARM. Она нацелена на противостояние с чипами x86 начального уровня. Ядра Cortex A15 появятся в будущих смартфонах и планшетах, постепенно вытесняя Cortex A9 в решениях высокого класса. В сложных задачах Cortex A15, как ожидается, будут более энергоэффективными, чем A9.

Однако фоновые и простейшие задачи на смартфонах подчас не нуждаются в такой производительности, и их исполнение на мощном ядре A15 не очень эффективно с точки зрения потребления энергии. Здесь-то и выходит на первый план A7. Хотя Cortex A7 можно применять в качестве самостоятельных вычислительных ядер (и, конечно, они и будут так использоваться в дешёвых аппаратах), партнёры ARM могут интегрировать ядра Cortex A7 наряду с Cortex A15 в конфигурации big.LITTLE.

Так как A7 и A15 могут исполнять одни и те же инструкции, системы на чипе, оснащённые ядрами обеих архитектур, могут переключать задачи с энергоэффективных на высокопроизводительные, в зависимости от необходимости. Непротиворечивость содержания кешей обеспечивается связью CCI-400. ARM сообщает, что чип может переключаться между кластерами с различными ядрами за 20 миллисекунд.

Если всё будет работать так, как описывает ARM, такая архитектура окажется полностью прозрачной для ОС, как и в случае с Tegra 3, и не понадобится никаких программных оптимизаций для увеличения энергоэффективности. Впрочем, производители, как отмечает ARM, смогут ставить ОС в известность о реальном числе вычислительных ядер, если им будет необходим такой подход.

На базе Cortex A7 можно будет создавать процессоры, оснащённые от 1 до 4 таких ядер, как самостоятельных, так и в конфигурации с A15. ARM ожидает, что уже в начале следующего года выйдут первые 40-нм чипы, основанные на A7. Они будут применяться в дешёвых 2-ядерных смартфонах стоимостью до $100 и ещё более дешёвых одноядерных. Также в следующем году должны появиться и 28-нм чипы, объединяющие как ядра Cortex A7, так и A15 на едином кристалле.

Таким образом, Cortex A7 является отличной архитектурой, способной не только обеспечить гораздо более высокое соотношение производительности и цены по сравнению с A8, но и значительно увеличить время автономной работы смартфонов, как высокого класса, так и начального уровня. Эра неоднородных вычислений, как следующая фаза развития микропроцессоров, быстро приближается.

ARM процессор - мобильный процессор для смартфонов и планшетов.

В этой таблице представлены все известные на сегодняшний день ARM процессоры. Таблица ARM процессоров будет дополнятся и модернизироваться по мере появления новых моделей. В данной таблице используется условная система оценки производительности CPU и GPU. Данные о производительности ARM процессоров были взяты из самых разных источников, в основном исходя из результатов таких тестов, как: PassMark , Antutu , GFXBench .

Мы не претендуем на абсолютную точность. Абсолютно точно ранжировать и оценить производительность ARM процессоров невозможно, по той простой причине, что каждый из них, в чем-то имеет преимущества, а в чем-то отстает от других ARM процессоров. Таблица ARM процессоров позволяет увидеть, оценить и, главное, сравнить различные SoC (System-On-Chip) решения. Воспользовавшись нашей таблицей, Вы сможете сравнить мобильные процессора и достаточно точно узнать, как позиционируется ARM-сердце Вашего будущего (или настоящего) смартфона или планшета.

Вот мы провели сравнение ARM процессоров. Посмотрели и сравнили производительность CPU и GPU в различных SoC (System-оn-Chip). Но у читателя может возникнуть несколько вопросов: Где используются ARM процессора? Что такое ARM процессор? Чем отличается архитектура ARM от x86 процессоров? Попробуем разобраться во всем этом, не сильно углубляясь в подробности.

Для начала определимся с терминологией. ARM - это название архитектуры и одновременно название компании, ведущей ее разработку. Аббревиатура ARM расшифровывается как (Advanced RISC Machine или Acorn RISC Machine), что можно перевести как: усовершенствованная RISC-машина. ARM архитектура объединяет в себе семейство как 32, так и 64-разрядных микропроцессорных ядер, разработанных и лицензируемых компанией ARM Limited. Сразу хочется отметить, что компания ARM Limited занимается сугубо разработкой ядер и инструментария для них (средства отладки, компиляторы и т.д), но никак не производством самих процессоров. Компания ARM Limited продает лицензии на производство ARM процессоров сторонним фирмам. Вот неполный список компаний, получивших лицензию на производство ARM процессоров сегодня: AMD, Atmel, Altera, Cirrus Logic, Intel, Marvell, NXP, Samsung, LG, MediaTek, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, nVidia, Freescale ... и многие другие.

Некоторые компании, получившие лицензию на выпуск ARM процессоров, создают собственные варианты ядер на базе ARM архитектуры. Как пример можно назвать: DEC StrongARM, Freescale i.MX, Intel XScale, NVIDIA Tegra, ST-Ericsson Nomadik, Qualcomm Snapdragon, Texas Instruments OMAP, Samsung Hummingbird, LG H13, Apple A4/A5/A6 и HiSilicon K3.

На базе ARM процессоров сегодня работают фактически любая электроника: КПК, мобильные телефоны и смартфоны , цифровые плееры, портативные игровые консоли, калькуляторы, внешние жесткие диски и маршрутизаторы. Все они содержат в себе ARM-ядро, поэтому можно сказать, что ARM - мобильные процессоры для смартфонов и планшетов.

ARM процессор представляет из себя SoC , или "систему на чипе". SoC система, или "система на чипе", может содержать в одном кристалле, помимо самого CPU, и остальные части полноценного компьютера. Это и контроллер памяти, и контроллер портов ввода-вывода, и графическое ядро, и система геопозиционирования (GPS). В нем может находится и 3G модуль, а также многое другое.

Если рассматривать отдельное семейство ARM процессоров, допустим Cortex-A9 (или любое другое), нельзя сказать, что все процессоры одного семейства имеют одинаковую производительность или все снабжены GPS модулем. Все эти параметры сильно зависят от производителя чипа и того, что и как он решил реализовать в своем продукте.

Чем же отличается ARM от X86 процессоров ? Сама по себе RISC (Reduced Instruction Set Computer) архитектура подразумевает под собой уменьшенный набор команд. Что соответственно ведет к очень умеренному энергопотреблению. Ведь внутри любого ARM чипа находится гораздо меньше транзисторов, чем у его собрата из х86 линейки. Не забываем, что в SoC-системе все периферийные устройства находится внутри одной микросхемы, что позволяет ARM процессору быть еще более экономным в плане энергопотребления. ARM архитектура изначально была предназначена для вычисления только целочисленных операций, в отличии от х86, которые умеют работать с вычислениями с плавающей запятой или FPU. Нельзя однозначно сравнивать эти две архитектуры. В чем-то преимущество будет за ARM. А где-то и наоборот. Если попробовать ответить одной фразой на вопрос: в чем разница между ARMи X86 процессорами, то ответ будет таким: ARM процессор незнает того количества команд, которые знает х86 процессор. А те, что знает, выглядят гораздо короче. В этом его как плюсы, так и минусы. Как бы там ни было, в последнее время все говорит о том, что ARM процессора начинают медленно, но уверенно догонять, а кое в чем и перегонять обычные х86. Многие открыто заявляют о том, что в скором времени ARM процессоры заменят х86 платформу в сегменте домашних ПК. Как мы уже , в 2013 году уже несколько компаний с мировым именем полностью отказались от дальнейшего выпуска нетбуков в пользу планшетных пк. Ну а что будет на самом деле, время покажет.

Мы же будем отслеживать уже имеющиеся на рынке ARM процессоры.

Компания ARM представила энергоэффективный процессор Cortex-A7, предназначенный для совместного использования с Cortex-A15 в рамках гетерогенной многоядерной технологии управления потреблением.

A7 - процессор с одновременным запуском двух команд и восьмиступенчатым конвейером, который оптимизирован по энергоэффективности, но поддерживает ту же виртуализацию и расширенную адресацию, что и А15. ARM рассчитывает на то, что ее партнеры воспользуются комбинацией ядер А7 и А15 для поддержки разных приложений для обеспечения энергоэффективных решений. В качестве альтернативного варианта можно использовать А7 в одно- или двухъядерной реализации в недорогих смартфонах.

ARM ожидает, что в 2013 г. в смартфонах будут установлены многоядерные кристаллы, представляющие собой комбинацию двухъядерного процессора А15 и двухъядерного А7.

Стратегия совместного использования двух разных ядер увеличивает срок службы батарей за счет гибкого управления энергопотреблением. Динамическое переключение ядер можно сделать прозрачным для прикладных программ и ПО промежуточного слоя, которые запускаются на процессорах, поддерживаемых новой спецификацией AMBA 4 ACE Coherency Extensions. Перемещение задач между ядрами А7 и А15 осуществляется с помощью той же самой системы, которая управляет динамическим напряжением и частотным масштабированием.

Поскольку процессор А7 изготовлен по 28-нм технологии, его размеры в пять раз меньше 45-нм Cortex-A8. При этом А7 характеризуется большей производительностью и намного большей энергоэффективностью. Двухъядерный процессор А7 расходует на 70% меньше электроэнергии, чем 40-нм двухъядерный процессор А9.

По словам представителя ARM, спрос на процессор А7 со стороны лицензедержателей очень велик. К компаниям, готовым поддержать новую технологию на аппаратном уровне, относятся Broadcom, Freescale, HiSilicon, Samsung, ST-Ericsson и Texas Instruments, а среди разработчиков программного обеспечения находятся Compal, LG Electronics Linaro, OK Labs, QNX, Redbend и Sprint.

Площадь 28-нм процессора Cortex-A7 составляет менее 0.5 кв.мм. Он работает на тактовой частоте 1.2 ГГц в одно- и многоядерной конфигурациях. Как автономный процессор Cortex-A7 будет использоваться в смартфонах стоимостью менее 100 долл. в 2013-2014 гг., обеспечивая производительность на уровне нынешних смартфонов стоимостью 500 долл.

Технология совместного функционирования A7 и А15 позволит применять эти компоненты в потребительской электронике с большой вычислительной мощностью и высокой энергоэффективностью.

Производство процессоров A7 начнется в первой половине 2012 г.