Olá nossos queridos leitores. Hoje falaremos sobre a arquitetura do processador Cortex a53.

Você nem percebe quantos dos seus gadgets funcionam graças a este processador. Poucas pessoas conhecem as características dos núcleos tecnológicos e o que os distingue uns dos outros. Neste artigo você aprenderá sobre os recursos de um Cortex a53 popular em particular.

Características

Esses processadores podem ter de 1 a 8 núcleos, sistema de memória L1 e cache L2 compartilhado. Para entender o que distingue o principal componente de quase todos os equipamentos deste modelo dos demais, é necessário conhecer suas vantagens:

• Alto desempenho (suporta uma ampla gama de aplicações móveis, DTV, veículos aeroespaciais, armazenamento e outros equipamentos similares);
• Arquitetura Army8-A de alta qualidade para projetos autônomos de nível básico;
• Universalidade (pode ser emparelhado com qualquer processador, como Cortex-A72, Cortex-A57 e outros);
• Um produto de qualidade com grande capacidade de carga.

Estes são os principais pontos fortes deste produto, mas não todas as suas vantagens. O núcleo desta marca desempenha muitas funções:

• Suporta até 64 bits e as versões de arquitetura mais recentes;
• Tecnologia de segurança TrustZone;
• Extensões DSP e SIMD;
• Transportador de 8 estágios com duas saídas e inteiro melhorado;
• Pode operar em frequências a partir de 1,5 GHz;
• Suporte para virtualização de hardware.

Este é um conjunto padrão de funções para este componente técnico, mas estas não são todas as funções que este mecanismo complexo executa.

Onde é mais usado?

Processadores deste tipo são encontrados não apenas em smartphones de classe média (Xiaomi redmi 4, Redmi 3s, Meizu m3/m5 Note, etc.), mas também nas seguintes tecnologias:

• Engenharia aeroespacial;
• Líquido;
• Armazenamento de dados (como HDD, SDD);
• Sistema de infoentretenimento para automóveis;

Características adicionais

• Pipeline, responsável pelo baixo consumo de energia;
• Alto rendimento, que permite executar vários comandos simultaneamente;
• Recursos avançados de economia de energia.

O processador está associado a diferentes IPs

Esta técnica é usada em SoCs, bem como em tecnologias Arm, IP gráfico, IP de sistema e IP físico. Fornecemos uma lista completa de ferramentas nas quais o núcleo desta marca pode ser usado :

• Mali-T860/Mali-T880;
• Mali-DP550;
• Mali-V550;
• CoreLink;
• Controlador de memória;
• Controlador de interrupção;
• Estúdio de Desenvolvimento DS-5;
• Compilador ARM;
• Conselhos de desenvolvimento;
• Modelos rápidos.

Existem 2 tipos de processadores Cortex a53:

• AArch64 – permite instalar e usar aplicativos de 64 bits;
• AArch32 – torna possível usar apenas aplicativos Armv7-A existentes.

Por que você precisa de todas essas informações técnicas?

Se você não entende nada de tecnologia e características, então, em termos mais simples, o Cortex a53 oferece desempenho muito maior do que seus antecessores com um nível mais alto de eficiência energética. O desempenho central é ainda superior ao da marca Cortex-A7, encontrada em muitos smartphones populares.

A arquitetura Armv8-A é o que determina a funcionalidade das tecnologias. Esta marca de kernel possui processamento de dados de 64 bits, endereçamento virtual estendido e registros de uso geral de 64 bits. Todos esses recursos fizeram deste processador o primeiro projetado especificamente para fornecer processamento de 64 bits com baixo consumo de energia.

Assim, você entende que o processador Cortex a53 é justamente o componente técnico que você não deve ignorar na hora de escolher o equipamento. Se o seu smartphone possui esse processador usando essa arquitetura, você não precisa se preocupar em ficar sem memória ou em esgotar rapidamente o telefone. Todos esses problemas estão no passado.

Esperamos que nosso artigo tenha sido útil para você. Se sim, inscreva-se em nossos grupos nas redes sociais e fique atento a novos artigos que também podem ser úteis para você. Não se esqueça do nosso canal no YouTube.

A grande maioria dos gadgets modernos usa processadores baseados na arquitetura ARM, desenvolvida pela empresa de mesmo nome ARM Limited. Curiosamente, a própria empresa não produz processadores, mas apenas licencia suas tecnologias para fabricantes de chips terceirizados. Além disso, a empresa também desenvolve núcleos de processador Cortex e aceleradores gráficos Mali, que com certeza abordaremos neste material.

A empresa ARM, na verdade, é monopolista em seu campo, e a grande maioria dos smartphones e tablets modernos em vários sistemas operacionais móveis usa processadores baseados na arquitetura ARM. Os fabricantes de chips licenciam núcleos individuais, conjuntos de instruções e tecnologias relacionadas da ARM, e o custo das licenças varia significativamente dependendo do tipo de núcleos de processador (isso pode variar de soluções de orçamento de baixo consumo de energia até quad-core de última geração e até mesmo oito núcleos). chips) e componentes adicionais. O relatório anual de lucros de 2006 da ARM Limited mostrou receita de US$ 161 milhões com o licenciamento de cerca de 2,5 bilhões de processadores (acima dos 7,9 bilhões em 2011), o que se traduz em aproximadamente US$ 0,067 por chip. No entanto, pelo motivo exposto acima, este é um valor muito médio devido à diferença de preços das diversas licenças, e desde então o lucro da empresa deveria ter crescido muitas vezes.

Atualmente, os processadores ARM são muito difundidos. Chips baseados nesta arquitetura são usados ​​em todos os lugares, incluindo servidores, mas na maioria das vezes o ARM pode ser encontrado em sistemas embarcados e móveis, desde controladores para discos rígidos até smartphones, tablets e outros dispositivos modernos.

ARM desenvolve diversas famílias de núcleos que são usados ​​para diferentes tarefas. Por exemplo, processadores baseados em Cortex-Mx e Cortex-Rx (onde “x” é um dígito ou número que indica o número exato do núcleo) são usados ​​em sistemas embarcados e até mesmo em dispositivos de consumo, como roteadores ou impressoras.

Não vamos nos alongar sobre eles, porque estamos interessados ​​​​principalmente na família Cortex-Ax - chips com esses núcleos são usados ​​​​nos dispositivos mais produtivos, incluindo smartphones, tablets e consoles de jogos. A ARM está constantemente trabalhando em novos núcleos da linha Cortex-Ax, mas no momento em que escrevo este artigo, os seguintes são usados ​​em smartphones:

Córtex-A5;
Córtex-A7;
Córtex-A8;
Córtex-A9;
Córtex-A12;
Córtex-A15;
Córtex-A53;

Quanto maior o número, maior será o desempenho do processador e, consequentemente, mais cara será a classe de dispositivos em que é utilizado. Porém, vale ressaltar que nem sempre essa regra é observada: por exemplo, chips baseados em núcleos Cortex-A7 apresentam desempenho superior aos baseados em Cortex-A8. No entanto, se os processadores baseados no Cortex-A5 já são considerados quase obsoletos e quase não são usados ​​​​em dispositivos modernos, então as CPUs baseadas no Cortex-A15 podem ser encontradas nos principais comunicadores e tablets. Não muito tempo atrás, a ARM anunciou oficialmente o desenvolvimento de novos núcleos Cortex-A53 e Cortex-A57, mais poderosos e, ao mesmo tempo, com baixo consumo de energia, que serão combinados em um chip usando a tecnologia ARM big.LITTLE e suportarão o ARMv8. conjunto de instruções (“versão de arquitetura”), mas atualmente não são usados ​​em dispositivos de consumo convencionais. A maioria dos chips Cortex-core pode ser multi-core, e os processadores quad-core são comuns nos smartphones de última geração de hoje.

Grandes fabricantes de smartphones e tablets costumam usar processadores de fabricantes de chips conhecidos como Qualcomm ou soluções próprias que já se tornaram bastante populares (por exemplo, Samsung e sua família de chipsets Exynos), mas entre as características técnicas dos gadgets da maioria das pequenas empresas muitas vezes você pode encontrar uma descrição como “processador baseado em Cortex-A7 com clock de 1 GHz” ou “Cortex-A7 dual-core com clock de 1 GHz”, o que não significa nada para o usuário médio. Para entender quais são as diferenças entre tais núcleos, vamos nos concentrar nas principais.

Córtex-A5

O núcleo Cortex-A5 é usado em processadores de baixo custo para os dispositivos mais econômicos. Esses dispositivos destinam-se apenas a executar uma gama limitada de tarefas e executar aplicativos simples, mas não são projetados para programas que consomem muitos recursos e, especialmente, para jogos. Um exemplo de gadget com processador Cortex-A5 é o Highscreen Blast, que recebeu um chip Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 contendo dois núcleos Cortex-A5 com clock de 1,2 GHz.

Córtex-A7

Os processadores Cortex-A7 são mais poderosos que os chips Cortex-A5 e também são mais comuns. Esses chips são fabricados com tecnologia de processo de 28 nanômetros e possuem um grande cache de segundo nível de até 4 megabytes. Os núcleos Cortex-A7 são encontrados principalmente em smartphones econômicos e dispositivos de segmento médio de baixo custo, como o iconBIT Mercury Quad, e também, como exceção, no Samsung Galaxy S IV GT-i9500 com processador Exynos 5 Octa - este chipset usa tecnologia de economia de energia ao executar tarefas pouco exigentes.

Córtex-A8

O núcleo Cortex-A8 não é tão difundido quanto seus vizinhos, Cortex-A7 e Cortex-A9, mas ainda é usado em vários gadgets básicos. A velocidade de clock operacional dos chips Cortex-A8 pode variar de 600 MHz a 1 GHz, mas às vezes os fabricantes fazem overclock dos processadores para frequências mais altas. Uma característica do núcleo Cortex-A8 é a falta de suporte para configurações multi-core (ou seja, os processadores nesses núcleos só podem ser single-core), e eles são executados usando uma tecnologia de processo de 65 nanômetros, que já é considerada obsoleto.

Córtex-A9

Apenas alguns anos atrás, os núcleos Cortex-A9 eram considerados a melhor solução e eram usados ​​​​tanto em chips tradicionais de núcleo único quanto em chips de núcleo duplo mais poderosos, como Nvidia Tegra 2 e Texas Instruments OMAP4. Atualmente, os processadores Cortex-A9 fabricados com tecnologia de processo de 40 nanômetros não estão perdendo popularidade e são usados ​​​​em muitos smartphones do segmento intermediário. A frequência operacional de tais processadores pode ser de 1 a 2 ou mais gigahertz, mas geralmente é limitada a 1,2-1,5 GHz.

Córtex-A12

Em junho de 2013, a ARM apresentou oficialmente o núcleo Cortex-A12, que é fabricado usando uma nova tecnologia de processo de 28 nanômetros e foi projetado para substituir os núcleos Cortex-A9 em smartphones do segmento médio. O desenvolvedor promete um aumento de 40% no desempenho em relação ao Cortex-A9 e, além disso, os núcleos Cortex-A12 poderão participar da arquitetura ARM big.LITTLE como produtivos junto com o Cortex-A7 de economia de energia, que permitirá fabricantes a criar chips baratos de oito núcleos. É verdade que, no momento em que este artigo foi escrito, tudo isso estava apenas nos planos, e a produção em massa de chips Cortex-A12 ainda não foi estabelecida, embora a RockChip já tenha anunciado sua intenção de lançar um processador Cortex-A12 quad-core com uma frequência de 1,8GHz.

Córtex-A15

A partir de 2013, o núcleo Cortex-A15 e seus derivados são a solução de ponta e são usados ​​em chips comunicadores carro-chefe de vários fabricantes. Entre os novos processadores fabricados com tecnologia de processo de 28 nm e baseados no Cortex-A15 estão Samsung Exynos 5 Octa e Nvidia Tegra 4, e esse núcleo muitas vezes atua como plataforma para modificações de outros fabricantes. Por exemplo, o processador A6X mais recente da Apple usa núcleos Swift, que são uma modificação do Cortex-A15. Os chips baseados em Cortex-A15 são capazes de operar em uma frequência de 1,5-2,5 GHz, e o suporte para muitos padrões de terceiros e a capacidade de endereçar até 1 TB de memória física possibilitam o uso de tais processadores em computadores (como não se lembra de um minicomputador do tamanho de um cartão bancário Raspberry Pi).

Série Cortex-A50

No primeiro semestre de 2013, a ARM lançou uma nova linha de chips chamada série Cortex-A50. Os núcleos desta linha serão feitos de acordo com uma nova versão da arquitetura, ARMv8, e suportarão novos conjuntos de instruções, passando também a ser de 64 bits. A transição para uma nova profundidade de bits exigirá otimização de sistemas operacionais e aplicativos móveis, mas, é claro, o suporte para dezenas de milhares de aplicativos de 32 bits permanecerá. A Apple foi a primeira a mudar para a arquitetura de 64 bits. Os dispositivos mais recentes da empresa, por exemplo, o iPhone 5S, rodam exatamente neste processador Apple A7 ARM. Notavelmente, ele não utiliza núcleos Cortex – eles são substituídos pelos núcleos do próprio fabricante, chamados Swift. Um dos motivos óbvios para a necessidade de migrar para processadores de 64 bits é o suporte de mais de 4 GB de RAM e, além disso, a capacidade de lidar com números muito maiores no cálculo. Claro que por enquanto isso é relevante, antes de tudo, para servidores e PCs, mas não ficaremos surpresos se daqui a alguns anos surgirem no mercado smartphones e tablets com tanta quantidade de RAM. Até o momento, nada se sabe sobre os planos de produção de chips na nova arquitetura e smartphones que os utilizem, mas é provável que os carros-chefe recebam exatamente esses processadores em 2014, conforme a Samsung já anunciou.

Córtex-A53

A série abre com o núcleo Cortex-A53, que será o “sucessor” direto do Cortex-A9. Os processadores baseados no Cortex-A53 são visivelmente superiores aos chips baseados no Cortex-A9 em desempenho, mas ao mesmo tempo mantêm baixo consumo de energia. Tais processadores podem ser utilizados individualmente ou em configuração ARM big.LITTLE, sendo combinados no mesmo chipset com um processador Cortex-A57

Os processadores Cortex-A57, que serão fabricados com tecnologia de processo de 20 nanômetros, deverão se tornar os processadores ARM mais poderosos em um futuro próximo. O novo núcleo é significativamente superior ao seu antecessor, Cortex-A15, em vários parâmetros de desempenho (você pode ver a comparação acima), e, de acordo com a ARM, que está visando seriamente o mercado de PCs, será uma solução lucrativa para computadores comuns. (incluindo laptops), não apenas dispositivos móveis.

Como solução de alta tecnologia para o problema de consumo de energia dos processadores modernos, a ARM oferece a tecnologia big.LITTLE, cuja essência é combinar diferentes tipos de núcleos em um chip, geralmente o mesmo número de economia de energia e alto desempenho uns.

Existem três esquemas para operar diferentes tipos de núcleos em um chip: big.LITTLE (migração entre clusters), big.LITTLE IKS (migração entre núcleos) e big.LITTLE MP (multiprocessamento heterogêneo).

big.LITTLE (migração entre clusters)

O primeiro chipset baseado na arquitetura ARM big.LITTLE foi o processador Samsung Exynos 5 Octa. Ele usa o esquema original big.LITTLE “4 + 4”, o que significa combinar em dois clusters (daí o nome do esquema) em um chip quatro núcleos Cortex-A15 de alto desempenho para aplicativos e jogos que consomem muitos recursos e quatro núcleos de energia. economizando núcleos Cortex-A7 para o trabalho diário com a maioria dos programas, e apenas um tipo de kernel pode funcionar por vez. A alternância entre grupos de núcleos ocorre quase instantaneamente e despercebida pelo usuário em modo totalmente automático.

Uma implementação mais complexa da arquitetura big.LITTLE é a combinação de vários núcleos reais (geralmente dois) em um virtual, controlado pelo kernel do sistema operacional, que decide quais núcleos usar - eficientes em termos de energia ou produtivos. Claro, também existem vários núcleos virtuais - a ilustração mostra um exemplo do esquema IKS, onde cada um dos quatro núcleos virtuais contém um núcleo Cortex-A7 e Cortex-A15.

O esquema big.LITTLE MP é o mais “avançado” - nele cada núcleo é independente e pode ser ativado pelo kernel do sistema operacional conforme necessário. Isso significa que se forem usados ​​quatro núcleos Cortex-A7 e o mesmo número de núcleos Cortex-A15, um chipset construído na arquitetura ARM big.LITTLE MP será capaz de rodar todos os 8 núcleos simultaneamente, mesmo sendo de tipos diferentes. Um dos primeiros processadores desse tipo foi o chip de oito núcleos da empresa, que pode operar a uma frequência de clock de 2 GHz, além de gravar e reproduzir vídeo em resolução UltraHD.

Futuro

De acordo com as informações atualmente disponíveis, num futuro próximo a ARM, em conjunto com outras empresas, planeia lançar a próxima geração de chips big.LITTLE, que utilizarão os novos núcleos Cortex-A53 e Cortex-A57. Além disso, a fabricante chinesa MediaTek vai produzir processadores econômicos baseados em ARM big.LITTLE, que operarão no esquema “2+2”, ou seja, utilizarão dois grupos de dois núcleos.

Além dos processadores, a ARM também desenvolve aceleradores gráficos da família Mali. Assim como os processadores, os aceleradores gráficos são caracterizados por muitos parâmetros, por exemplo, o nível de anti-aliasing, interface de barramento, cache (memória ultrarrápida usada para aumentar a velocidade operacional) e o número de “núcleos gráficos” (embora, como escrevemos no artigo anterior, este indicador, apesar da semelhança com o termo usado para descrever a CPU, praticamente não tem efeito no desempenho ao comparar duas GPUs).

O primeiro acelerador gráfico ARM foi o agora não utilizado Mali 55, que foi usado no telefone touch LG Renoir (sim, o celular mais comum). A GPU não era usada em jogos - apenas para renderizar a interface, e tinha características primitivas para os padrões atuais, mas se tornou a “ancestral” da série Mali.

Desde então, o progresso percorreu um longo caminho e agora as APIs e os padrões de jogos suportados são de considerável importância. Por exemplo, o suporte para OpenGL ES 3.0 agora é anunciado apenas nos processadores mais poderosos como Qualcomm Snapdragon 600 e 800, e, se falarmos de produtos ARM, o padrão é suportado por aceleradores como o Mali-T604 (foi o primeiro GPU ARM feita na nova microarquitetura Midgard), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 e alguns outros chips com características semelhantes. Esta ou aquela GPU, via de regra, está intimamente relacionada ao kernel, mas, mesmo assim, é indicada separadamente, o que significa que se a qualidade dos gráficos nos jogos é importante para você, então faz sentido olhar o nome do acelerador nas especificações do smartphone ou tablet.

A ARM também possui aceleradores gráficos para smartphones de segmento médio em sua linha, sendo os mais comuns Mali-400 MP e Mali-450 MP, que diferem de seus irmãos mais velhos pelo desempenho relativamente baixo e por um conjunto limitado de APIs e padrões suportados. Apesar disso, essas GPUs continuam a ser utilizadas em novos smartphones, por exemplo, Zopo ZP998, que recebeu o acelerador gráfico Mali-450 MP4 (uma modificação melhorada do Mali-450 MP) além do processador MTK6592 de oito núcleos.

Presumivelmente, smartphones com os mais recentes aceleradores gráficos ARM deverão aparecer no final de 2014: Mali-T720, Mali-T760 e Mali-T760 MP, que foram lançados em outubro de 2013. O Mali-T720 está previsto para ser a nova GPU para smartphones de baixo custo e a primeira GPU neste segmento a suportar Open GL ES 3.0. O Mali-T760, por sua vez, se tornará um dos mais poderosos aceleradores gráficos móveis: pelas características declaradas, a GPU possui 16 núcleos computacionais e possui um poder computacional verdadeiramente enorme, 326 Gflops, mas, ao mesmo tempo, quatro vezes menos consumo de energia do que o Mali-T604 mencionado acima.

O papel das CPUs e GPUs da ARM no mercado

Apesar de a ARM ser a autora e desenvolvedora da arquitetura de mesmo nome, que, repetimos, hoje é utilizada na grande maioria dos processadores móveis, suas soluções na forma de núcleos e aceleradores gráficos não são populares entre os principais smartphones. fabricantes. Por exemplo, acredita-se, com razão, que os principais comunicadores no sistema operacional Android devem ter um processador Snapdragon com núcleos Krait e um acelerador gráfico Adreno da Qualcomm. Os chipsets da mesma empresa são usados ​​​​em smartphones no Windows Phone, e alguns fabricantes de gadgets, por exemplo,; Apple, desenvolva seus próprios núcleos. Por que esta situação existe atualmente?

Talvez alguns dos motivos sejam mais profundos, mas um deles é a falta de um posicionamento claro das CPUs e GPUs da ARM entre os produtos de outras empresas, fazendo com que os desenvolvimentos da empresa sejam percebidos como componentes básicos para uso em B dispositivos de marca, smartphones baratos e a criação de soluções mais maduras. Por exemplo, a Qualcomm repete em quase todas as apresentações que um de seus principais objetivos ao criar novos processadores é reduzir o consumo de energia, e seus núcleos Krait, sendo núcleos Cortex modificados, apresentam consistentemente resultados de desempenho mais elevados. Afirmação semelhante vale para os chipsets Nvidia, que são voltados para jogos, mas quanto aos processadores Exynos da Samsung e série A da Apple, eles têm mercado próprio devido à instalação em smartphones das mesmas empresas.

O que foi dito acima não significa de forma alguma que os desenvolvimentos da ARM sejam significativamente piores do que os processadores e núcleos de empresas terceirizadas, mas a concorrência no mercado, em última análise, só beneficia os compradores de smartphones. Podemos dizer que a ARM oferece alguns espaços em branco, através da aquisição de uma licença para a qual os fabricantes podem modificá-los de forma independente.

Conclusão

Microprocessadores baseados na arquitetura ARM conquistaram com sucesso o mercado de dispositivos móveis devido ao seu baixo consumo de energia e poder de computação relativamente alto. Anteriormente, outras arquiteturas RISC competiam com ARM, por exemplo, MIPS, mas agora resta apenas um concorrente sério - a Intel com a arquitetura x86, que, aliás, embora esteja lutando ativamente por sua participação no mercado, ainda não é percebida seriamente pelos consumidores ou pela maioria dos fabricantes, especialmente dada a virtual ausência de carros-chefe baseados nele (o Lenovo K900 não pode mais competir com os smartphones topo de linha mais recentes em processadores ARM).

Como garantir o crescimento contínuo da produtividade em dispositivos com restrição de energia, como smartphones ou tablets? É possível criar uma microarquitetura com maior eficiência energética, mas isso só é possível até certo ponto. Você pode mudar para um processo de produção mais avançado, mas mesmo esta etapa hoje não oferece mais as mesmas vantagens. Anteriormente, as empresas dependiam de ambas as abordagens, mas hoje isso já não é suficiente. A indústria está gradualmente a avançar para a computação heterogénea: colocando núcleos de alto desempenho ao lado de homólogos de baixo consumo mas energeticamente eficientes, e alternando entre eles, se necessário.

A NVIDIA apresentou recentemente a arquitetura de processador Tegra 3 (Kal-El). A empresa disse que o sistema no chip possui 5 núcleos de computação Cortex-A9, mas apenas 4 deles são visíveis para o sistema operacional. Ao executar tarefas simples em segundo plano, apenas um núcleo Cortex A9 com eficiência energética está em execução e os núcleos de alto desempenho são desativados. Assim que o sistema requer desempenho, as tarefas são redirecionadas para núcleos poderosos e os com eficiência energética são desligados.

A solução da NVIDIA depende de núcleos idênticos, mas usando transistores diferentes (LP e G), mas a abordagem não é muito diferente se você também usar arquiteturas de núcleo diferentes. Quando a NVIDIA estava desenvolvendo seu chip, a ARM não conseguia oferecer um núcleo com eficiência energética adequado que pudesse ser usado sozinho ou como núcleo complementar em um sistema no chip Cortex A15. Agora existe esse núcleo e é chamado Cortex A7.

Começando com o Cortex A9, o ARM passou para o resequenciamento (as instruções podem ser reordenadas para melhorar o paralelismo), uma transição que a arquitetura x86 fez durante a era Pentium Pro. O Cortex A15 continua esta tendência enquanto expande o número de instruções executadas por clock. O Cortex A7, ao contrário, é um retrocesso: é mais um núcleo que executa comandos em uma determinada sequência e é capaz de executar até duas instruções simultaneamente. A descrição é semelhante à do Cortex A8, mas o A7 é diferente em muitas áreas.

O núcleo A8 é um desenvolvimento muito antigo - o trabalho de design começou em 2003. Embora a ARM oferecesse versões do núcleo facilmente sintetizadas, para atingir frequências mais altas ao longo do tempo, os fabricantes tiveram que usar sua própria lógica adicional. A criação de um design separado não apenas prolongou o tempo de lançamento no mercado, mas também aumentou os custos de desenvolvimento. O Cortex A7 permanece totalmente sintetizável, ao mesmo tempo que oferece um bom nível de desempenho. A ARM levou em consideração os mais recentes processos de fabricação no desenvolvimento da arquitetura, alcançando um bom equilíbrio entre velocidades de clock e desempenho, e também revisou a arquitetura para reduzir o tempo e o custo de trazer soluções ao mercado.

O núcleo do Cortex A7 usa um pipeline de 8 estágios que processa duas instruções por clock (no entanto, o A7, ao contrário do A8, executa algumas instruções complexas em uma por modo de clock). O bloco de operações inteiras no A7 é semelhante ao A8, mas o coprocessador matemático possui uma organização totalmente pipeline e é mais compacto, embora um tanto simplificado.

Alguma simplificação da arquitetura permitiu reduzir significativamente o tamanho do kernel. A ARM afirma que um único núcleo Cortex A7 ocupará apenas 0,5 mm2 usando o processo de 28 nm. Com o mesmo processo de fabricação, os clientes ARM poderão instalar um núcleo A7 em uma área tão pequena quanto 1/3 a 1/2 do tamanho de um núcleo Cortex A8. O design do núcleo padrão do A9 corresponde à área do A8, enquanto o A15 possui uma área maior que ambos.

Apesar de sua capacidade limitada de executar instruções complexas, a ARM espera que a arquitetura Cortex A7 forneça desempenho superior ao Cortex A8. Isso é conseguido em parte por um mecanismo aprimorado de previsão de ramificações e um pipeline menor que reduz a probabilidade de previsões incorretas de ramificações. O Cortex A7 apresenta algoritmos de busca de instruções aprimorados e memória cache L2 mais rápida, o que também melhora a eficiência geral da computação.

Porém, devido a algumas limitações em determinadas tarefas, o desempenho do Cortex A7 estará no mesmo nível do Cortex A8 ou até inferior a este último. A classificação de desempenho DMIPS/MHz esperada para vários núcleos ARM é assim:

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

Mais importante ainda, os núcleos do Cortex A7 são 100% compatíveis com ISA com o Cortex A15, ou seja, suportam novas instruções de virtualização e endereçamento de memória de 40 bits. Como resultado, qualquer código escrito para Cortex A15 pode ser executado no Cortex A7, apenas mais lentamente. Esta é uma característica muito importante que permite aos fabricantes projetar sistemas em um chip equipado com núcleos Cortex A7 e Cortex A15, alternando entre eles dependendo da tarefa. ARM chama isso de configuração big.LITTLE.

A arquitetura Cortex A15 será um avanço significativo em termos de desempenho para arquiteturas ARM. O objetivo é competir com chips x86 básicos. Os núcleos Cortex A15 aparecerão em futuros smartphones e tablets, substituindo gradativamente o Cortex A9 em soluções de ponta. Para tarefas exigentes, espera-se que os Cortex A15s sejam mais eficientes em termos de energia do que os A9s.

No entanto, tarefas básicas e simples em smartphones às vezes não exigem tal desempenho, e sua execução no poderoso núcleo A15 não é muito eficiente em termos de consumo de energia. É aqui que o A7 ganha destaque. Embora o Cortex A7 possa ser usado como núcleos de computação autônomos (e, é claro, serão usados ​​como tal em dispositivos de baixo custo), os parceiros ARM podem integrar núcleos Cortex A7 junto com o Cortex A15 em uma configuração big.LITTLE.

Como o A7 e o A15 podem executar as mesmas instruções, os sistemas em um chip equipado com núcleos de ambas as arquiteturas podem alternar tarefas de eficiência energética para alto desempenho, dependendo da necessidade. A consistência do conteúdo do cache é garantida pela comunicação CCI-400. A ARM afirma que o chip pode alternar entre clusters com núcleos diferentes em 20 milissegundos.

Se tudo funcionar como o ARM descreve, tal arquitetura será completamente transparente para o sistema operacional, como é o caso do Tegra 3, e nenhuma otimização de software será necessária para aumentar a eficiência energética. No entanto, os fabricantes, como observa a ARM, poderão informar o sistema operacional sobre o número real de núcleos de computação se precisarem de tal abordagem.

Baseados no Cortex A7, será possível criar processadores equipados com 1 a 4 desses núcleos, tanto autônomos quanto em configuração com A15. A ARM espera que os primeiros chips de 40 nm baseados no A7 sejam lançados no início do próximo ano. Eles serão usados ​​em smartphones dual-core baratos que custam até US$ 100 e em smartphones single-core ainda mais baratos. Também no próximo ano devem aparecer chips de 28 nm que combinam os núcleos Cortex A7 e A15 em um único chip.

Assim, o Cortex A7 é uma excelente arquitetura que pode não apenas fornecer uma relação desempenho-preço muito maior em comparação com o A8, mas também melhorar significativamente a vida útil da bateria dos smartphones, tanto de última geração quanto de nível básico. A era da computação heterogênea, como a próxima fase do desenvolvimento de microprocessadores, está se aproximando rapidamente.

O processador ARM é um processador móvel para smartphones e tablets.

Esta tabela mostra todos os processadores ARM atualmente conhecidos. A tabela de processadores ARM será complementada e atualizada à medida que novos modelos aparecerem. Esta tabela usa um sistema condicional para avaliar o desempenho da CPU e GPU. Os dados de desempenho do processador ARM foram obtidos de diversas fontes, principalmente com base nos resultados de testes como: Marca de passagem, Antutu, GFXBench.

Não reivindicamos precisão absoluta. Classificar e classificar com absoluta precisão avaliar o desempenho dos processadores ARM impossível, pela simples razão de que cada um deles tem vantagens em alguns aspectos, mas em alguns aspectos fica atrás de outros processadores ARM. A tabela de processadores ARM permite ver, avaliar e, o mais importante, compare diferentes SoCs (System-On-Chip) soluções. Usando nossa tabela, você pode comparar processadores móveis e basta descobrir exatamente como está posicionado o coração ARM do seu futuro (ou presente) smartphone ou tablet.

Aqui comparamos os processadores ARM. Analisamos e comparamos o desempenho da CPU e GPU em diferentes SoCs (Sistema no Chip). Mas o leitor pode ter várias dúvidas: Onde os processadores ARM são usados? O que é um processador ARM? Como a arquitetura ARM difere dos processadores x86? Vamos tentar entender tudo isso sem entrar muito em detalhes.

Primeiro, vamos definir a terminologia. ARM é o nome da arquitetura e ao mesmo tempo o nome da empresa que lidera seu desenvolvimento. A abreviatura ARM significa (Advanced RISC Machine ou Acorn RISC Machine), que pode ser traduzida como: máquina RISC avançada. Arquitetura ARM combina uma família de núcleos de microprocessadores de 32 e 64 bits desenvolvidos e licenciados pela ARM Limited. Gostaria de observar desde já que a empresa ARM Limited está exclusivamente envolvida no desenvolvimento de kernels e ferramentas para eles (ferramentas de depuração, compiladores, etc.), mas não na produção dos próprios processadores. Empresa ARM Limitado vende licenças para a produção de processadores ARM a terceiros. Aqui está uma lista parcial de empresas licenciadas para fabricar processadores ARM hoje: AMD, Atmel, Altera, Cirrus Logic, Intel, Marvell, NXP, Samsung, LG, MediaTek, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, nVidia, Freescale... e muitos mais outros.

Algumas empresas que receberam licença para produzir processadores ARM criam suas próprias versões de núcleos baseadas na arquitetura ARM. Os exemplos incluem: 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 e HiSilicon K3.

Hoje eles trabalham em processadores baseados em ARM praticamente qualquer aparelho eletrônico: PDA, telefones celulares e smartphones, players digitais, consoles de jogos portáteis, calculadoras, discos rígidos externos e roteadores. Todos eles contêm um núcleo ARM, então podemos dizer que ARM - processadores móveis para smartphones e comprimidos.

Processador ARM representa um SoC, ou "sistema em um chip". Um sistema SoC, ou “sistema em um chip”, pode conter em um chip, além da própria CPU, as partes restantes de um computador completo. Isso inclui um controlador de memória, um controlador de porta de E/S, um núcleo gráfico e um sistema de geoposicionamento (GPS). Também pode conter um módulo 3G e muito mais.

Se considerarmos uma família separada de processadores ARM, digamos Cortex-A9 (ou qualquer outra), não podemos dizer que todos os processadores da mesma família tenham o mesmo desempenho ou estejam todos equipados com um módulo GPS. Todos esses parâmetros dependem fortemente do fabricante do chip e do que e como ele decidiu implementar em seu produto.

Qual é a diferença entre os processadores ARM e X86?? A própria arquitetura RISC (Computador com conjunto de instruções reduzido) implica um conjunto reduzido de instruções. O que, consequentemente, leva a um consumo de energia muito moderado. Afinal, dentro de qualquer chip ARM há muito menos transistores do que seu equivalente da linha x86. Não se esqueça que em um sistema SoC todos os dispositivos periféricos estão localizados dentro de um único chip, o que permite que o processador ARM seja ainda mais eficiente em termos energéticos. A arquitetura ARM foi originalmente projetada para calcular apenas operações inteiras, ao contrário do x86, que pode funcionar com cálculos de ponto flutuante ou FPU. É impossível comparar claramente essas duas arquiteturas. De certa forma, o ARM terá uma vantagem. E em algum lugar é o contrário. Se você tentar responder à pergunta em uma frase: qual é a diferença entre os processadores ARM e X86, então a resposta será esta: o processador ARM não sabe o número de comandos que o processador x86 conhece. E aqueles que sabem parecem muito mais baixos. Isso tem seus prós e contras. Seja como for, ultimamente tudo sugere que os processadores ARM estão começando a se atualizar lenta mas seguramente e, de certa forma, até superar os processadores x86 convencionais. Muitos declaram abertamente que os processadores ARM substituirão em breve a plataforma x86 no segmento de PCs domésticos. Como já sabemos, em 2013, várias empresas mundialmente famosas abandonaram completamente a produção de netbooks em favor de tablet PCs. Bem, o que realmente vai acontecer, o tempo dirá.

Iremos monitorar os processadores ARM já disponíveis no mercado.

Este artigo discutirá a arquitetura do processador.. Produtos semicondutores baseados nele podem ser encontrados em smartphones, roteadores, tablet PCs e outros dispositivos móveis, onde até recentemente ocupava posição de liderança neste segmento de mercado. Agora ele está sendo gradualmente substituído por soluções de processador mais novas e atualizadas.

Breves informações sobre a empresa ARM

A história da ARM remonta a 1990, quando foi fundada por Robin Saxby. A base para sua criação foi uma nova arquitetura de microprocessador. Se antes a posição dominante no mercado de CPU era ocupada por x86 ou CISC, depois da formação desta empresa surgiu uma alternativa válida na forma de RISC. No primeiro caso, a execução do código do programa foi reduzida a 4 etapas:

Recebendo instruções da máquina.

Execute a conversão de microcódigo.

Recebendo microinstruções.

Execução passo a passo de microinstruções.

SOBRE a ideia básica da arquiteturaRISC era que o processamento do código do programa pode ser reduzido a 2 etapas:

Recibo RISC- instruções.

Tratamento RISC- instruções.

PARA Tanto no primeiro como no segundo caso existem vantagens e desvantagens significativas. O x86 conquistou com sucesso o mercado de computadores eRISC ( Incluindo, lançado em 2011) - o mercado de dispositivos móveis.

A história da arquitetura Cortex A7. Características principais

A base para “Cortex A7” foi “Cortex A8”. A ideia principal dos desenvolvedores neste caso era aumentar o desempenho e melhorar significativamente a eficiência energética da solução do processador. Foi exatamente isso que os engenheiros da ARM conseguiram. Outra característica importante neste caso foi que se tornou possível criar CPUs com tecnologia big.LITTLE. Ou seja, o cristal semicondutor poderia incluir 2 módulos de computação. Um deles visava resolver os problemas mais simples com mínimo consumo de energia e, via de regra, os núcleos Cortex A7 desempenhavam esse papel. O segundo destinava-se a executar os softwares mais complexos e baseava-se nas unidades computacionais Cortex A15 ou Cortex A17. Oficialmente, o “Cortex A7” foi apresentado, conforme observado anteriormente, em 2011. Bem, o primeiro processador ARM Cortex A7 foi lançado um ano depois, ou seja, em 2012.

Tecnologia de produção

Inicialmente, os produtos semicondutores baseados em A7 foram produzidos de acordo com os padrões de tecnologia de 65 nm. Agora esta tecnologia está irremediavelmente desatualizada. Posteriormente, mais duas gerações de processadores A7 foram lançadas de acordo com os padrões de tolerância de 40 nm e 32 nm. Mas agora eles se tornaram irrelevantes. Os últimos modelos de CPU baseados nesta arquitetura já são fabricados de acordo com os padrões de 28 nm, e são estes que ainda podem ser encontrados à venda. É improvável que seja esperada uma nova transição para padrões mais novos, com novos padrões de tolerância e arquitetura desatualizada. Os chips baseados no A7 ocupam hoje o segmento mais orçamentário do mercado de dispositivos móveis e estão gradativamente sendo substituídos por gadgets baseados no A53, que, com quase os mesmos parâmetros de eficiência energética, apresentam um nível de desempenho superior.

Arquitetura central do microprocessador

1, 2, 4 ou 8 núcleos podem ser incluídos em CPUs baseadas em ARM Cortex A7. Características os processadores neste último caso indicam que o chip consiste essencialmente em 2 clusters de 4 núcleos.Por 2 a 3 anos, os produtos de processador básicos foram baseados em chips com 1 ou 2 módulos de computação. O nível médio foi ocupado por soluções de 4 núcleos. Bem, o segmento premium era para chips de 8 núcleos. Cada núcleo do microprocessador baseado nesta arquitetura incluía os seguintes módulos:

B unidade de processamento de ponto flutuante (FPU).

Cache de nível 1.

Bloquear NÉONpara otimizar o desempenho da CPU.

Módulo de computaçãoARMv7.

Havia também os seguintes componentes comuns para todos os núcleos da CPU:

Dinheiro L2.

Unidade de controle central CoreSight.

Controlador de barramento de controle de dados AMBA com capacidade de 128 bits.

Frequências possíveis

A frequência máxima de clock para uma determinada arquitetura de microprocessador pode variar de 600 MHz a 3 GHz. Deve-se notar também que este parâmetro, que indica o impacto máximo no desempenho do sistema computacional, muda. Além disso, a frequência é influenciada por três fatores ao mesmo tempo:

O nível de complexidade do problema que está sendo resolvido.

O grau de otimização de software para multithreading.

O valor atual da temperatura do cristal semicondutor.

Como exemplo, considere o algoritmo de operação do chip MT6582, que é baseado no A7 e inclui 4 unidades computacionais, cuja frequência varia de 600 MHz a 1,3 GHz. No modo inativo, este dispositivo processador pode ter apenas uma unidade de cálculo e opera na frequência mais baixa possível de 600 MHz. Uma situação semelhante ocorrerá quando um aplicativo simples for iniciado em um dispositivo móvel. Mas quando um brinquedo com uso intensivo de recursos otimizado para multithreading aparecer na lista de tarefas, todos os 4 blocos de processamento de código do programa a uma frequência de 1,3 GHz começarão a funcionar automaticamente. À medida que a CPU esquenta, os núcleos mais quentes diminuem a velocidade do clock ou até desligam. Por um lado, esta abordagem garante eficiência energética e, por outro, um nível aceitável de desempenho do chip.

Memória cache

Apenas 2 níveis de cache são fornecidos no ARM Cortex A7. Características cristal semicondutor, por sua vez, indica que o primeiro nível é necessariamente dividido em 2 metades iguais. Um delesdeve armazenar dados e o outro - instruções. Tamanho total cache no nível 1de acordo com as especificações pode ser igual 64KB. Como resultado, obtemos 32 KB para dados e 32 KB para código.O cache de segundo nível irá travar neste caso e dependendo do modelo específico da CPU. Seu menor volume pode ser de 0 MB (ou seja, ausente) e o maior pode ser de 4 MB.

Controlador de RAM. Suas características

Qualquer processador ARM Cortex A7 vem com um controlador de RAM integrado. As características do plano técnico indicam que ele foi projetado para funcionar em conjunto com RAM padrão LPDDR3. As frequências de memória operacional recomendadas neste caso são 1066 MHz ou 1333 MHz. O tamanho máximo de RAM que pode ser encontrado na prática para este modelo de chip é de 2 GB.



Gráficos integrados

Como esperado, esses dispositivos microprocessadores possuem um subsistema gráfico integrado. O fabricante ARM recomenda o uso de uma placa gráfica proprietária Mali-400MP2 em combinação com esta CPU. Mas seu desempenho geralmente não é suficiente para desbloquear o potencial de um dispositivo microprocessador. Portanto, os desenvolvedores de chips usam adaptadores mais potentes em combinação com este chip, por exemplo, Power VR6200.

Recursos de software

Três tipos de sistemas operacionais são direcionados aos processadores ARM:

Android do gigante das buscas Google.

iOS da APPLE.

Windows Mobile da Microsoft.

Todos os outros softwares de sistema ainda não foram amplamente distribuídos. Como você pode imaginar, a maior fatia do mercado desse tipo de software é ocupada pelo Android. Este sistema possui uma interface simples e intuitiva, e os dispositivos básicos baseados nele são muito, muito acessíveis. Até a versão 4.4 inclusive, era de 32 bits, e a partir da 5.0 passou a suportar computação de 64 bits. Este sistema operacional é executado com sucesso em qualquer família de CPUs de arquitetura RISC, incluindo ARM Cortex A7. O menu de engenharia é outro recurso importante deste software de sistema. Com sua ajuda, você pode reconfigurar significativamente os recursos do sistema operacional. Este menu pode ser acessado através de um código individual para cada modelo de UCP.

Outra característica importante deste sistema operacional é que todas as atualizações possíveis são instaladas automaticamente. Portanto, até novidades podem aparecer em chips da família ARM Cortex A7. O firmware pode adicioná-los. O segundo sistema é voltado para dispositivos móveis da APPLE. Esses dispositivos ocupam principalmente o segmento premium e possuem níveis correspondentes de desempenho e custo. O sistema operacional mais recente, o Windows Mobile, ainda não se espalhou. Existem dispositivos baseados nele em qualquer segmento de gadgets móveis, mas a pequena quantidade de software aplicativo neste caso é um fator limitante para sua disseminação.



Modelos de processador

Os mais acessíveis e menos produtivos neste caso são os chips de núcleo único. O mais utilizado entre eles é o MT6571 da MediaTek. Um degrau acima estão as CPUs ARM Cortex A7 Dual Core dual-core. Um exemplo é o MT6572 do mesmo fabricante. Um nível de desempenho ainda maior foi fornecido pelo Quad Core ARM Cortex A7. O chip mais popular desta família é o MT6582, que agora pode ser encontrado até em dispositivos móveis básicos. Bem, o mais alto nível de desempenho foi fornecido pelos processadores centrais de 8 núcleos, aos quais pertencia o MT6595.

Perspectivas de desenvolvimento adicionais

Você ainda pode encontrar nas prateleiras das lojas dispositivos móveis baseados em um dispositivo com processador semicondutor baseado em 4X ARM Cortex A7. Estes são MT6580, MT6582 e Snapdragon 200. Todos esses chips incluem 4 unidades de computação e possuem um excelente nível de eficiência energética. Além disso, o custo neste caso é muito, muito modesto. Mas ainda assim, os melhores tempos desta arquitetura de microprocessador já ficaram para trás. O pico de vendas de produtos baseados nele caiu em 2013-2014, quando praticamente não havia alternativa no mercado de gadgets móveis. Além disso, neste caso estamos falando de dispositivos econômicos com 1 ou 2 módulos de computação e de dispositivos principais com CPU de 8 núcleos. No momento, ele está sendo gradualmente substituído no mercado pelo Cortex A53, que é essencialmente uma versão modificada de 64 bits do A7. Ao mesmo tempo, manteve inteiramente as principais vantagens do seu antecessor e o futuro certamente pertence a ele.



Opinião de especialistas e usuários. Revisões reais de chips baseados nesta arquitetura. Vantagens e desvantagens

É claro que um evento significativo para o mundo dos dispositivos móveis foi o surgimento da arquitetura de dispositivos com microprocessador ARM Cortex A7. A melhor prova disso é que dispositivos baseados nele já são vendidos com sucesso há mais de 5 anos. É claro que agora os recursos de uma CPU baseada em A7 não são mais suficientes nem mesmo para resolver problemas de nível médio, mas o código de programa mais simples nesses chips ainda funciona com sucesso até hoje. A lista desses softwares inclui reproduzir vídeos, ouvir gravações de áudio, ler livros, navegar na web e até os brinquedos mais simples serão lançados neste caso sem problemas. É exatamente nisso que os principais especialistas desse tipo e os usuários comuns se concentram nos principais portais temáticos dedicados a gadgets e dispositivos móveis. A principal desvantagem do A7 é a falta de suporte para computação de 64 bits. Pois bem, suas principais vantagens incluem a combinação ideal de eficiência energética e desempenho.



Resultados

Claro, Cortex A7 - Esta é toda uma era no mundo dos dispositivos móveis. Foi com o seu advento que os dispositivos móveis se tornaram acessíveis e bastante produtivos. E o facto de ter sido vendido com sucesso há mais de 5 anos é mais uma confirmação disso. Mas se no início os gadgets baseados nele ocupavam os segmentos médio e premium do mercado, agora apenas a classe econômica fica atrás deles. Esta arquitetura está desatualizada e gradualmente se tornando uma coisa do passado.