С момента появления самых первых персональных компьютеров конкурентная борьба процессорных гигантов переживала множество обострений. Принято считать, что основным законодателем развития персоналок была компания Intel со своей архитектурой x86, хотя в те времена существовала масса других решений, многие из которых так или иначе дожили до наших дней.

Сейчас мы имеем относительно стабильную ситуацию: на рынке «больших» компьютеров правит архитектура x86, тогда как мобильные решения захвачены разработками концерна ARM. Так ждут ли нас перемены?

Вполне возможно. Развитие технологий и колебания рынка привели к ситуации, когда специалисты всерьез обсуждают возможность обострения конкуренции между процессорами ARM и x86.

Процессоры ARM впервые появились в 1978 году, когда была создана британская компания Acorn Computers. Под маркой Acorn выпускались несколько чрезвычайно популярных на местном рынке моделей персональных компьютеров на основе восьмибитных чипов MOS Tech 6502. Этот же ЦП, кстати, стоял в Apple I и II и Commodore PET.

Мобильное противостояние

Однако с появлением более совершенной модели 6510, которая в 1982 году стала устанавливаться в Commodore 64, линейка компьютеров Acorn, включая популярнейший образовательный BBC Micro, потеряла актуальность. Это подтолкнуло владельцев Acorn к созданию собственного процессора на базе архитектуры 6502, который позволил бы на равных конкурировать с машинами класса IBM PC.

Проект под названием Acorn RISC Machine (ARM) был создан в октябре 1983 года. Разработку возглавили Уилсон и Фербер — их основной целью было достижение низкой латентности обработки прерывания, как у MOS Technology 6502. Архитектура доступа к памяти, взятая от 6502, позволила разработчикам достичь хорошей производительности без использования дорогостоящего в реализации модуля DMA. Первый процессор был произведен компанией VLSI 26 апреля 1985 года — тогда он впервые заработал и был назван ARM1, а первые серийные процессоры под названием ARM2 стали доступны уже в 1986 году. Кристалл ARM2 состоял из 30 000 транзисторов, и эта компактность конструкции сопровождает нас до сих пор: у ARMv7 всего на 5000 транзисторов больше.

Мобильное противостояние

В отличие от Intel или AMD, корпорация сама ничего не производит, предпочитая продавать это право другим. Среди компаний, обладающих лицензиями, есть те же Intel и AMD, а также VIA Technologies, IBM, NVIDIA, Nintendo, Texas Instruments, Freescale, Qualcomm, Samsung и, конечно же, Apple.

До недавнего времени ARM-процессоры были 32-битными, и лишь в конце прошлого года был представлен первый процессор ARMv8, поддерживающий 64-разрядные вычисления. Он основан на ядре Cortex-A57/A53 и имеет следующие ключевые особенности: поддержка исполнения команд с изменением последовательности; 44-битная виртуальная адресация памяти; поддержка до 16 Тбайт ОЗУ (от LPDDR3 до DDR4); 48 Кбайт кеш-памяти L1 для инструкций и 32 Кбайт кеш-памяти L1 для данных; мультимедийный SIMD-движок NEON; от 128 Кбайт до 2 Мбайт кеш-памяти L2 (с поддержкой ECC); 128-бит CoreLink Interconnect (CCI-400 и CCN-504).

В отличие от процессоров ARM, основанных на базе архитектуры RISC (Reduced Instruction Set Computer), ЦПУ x86 используют CISC (Complex Instruction Set Computing, то есть полный набор инструкций), в котором каждая инструкция может выполнять сразу несколько низкоуровневых операций.

История возникновения семейства x86 началась в 1978 году, когда была представлена 16-разрядная модель Intel 8086. Сначала он работал на частоте 4,77 МГц, которая позднее была увеличена сперва до восьми, а затем до 10 МГц. Этот процессор изготавливался по 3-мкм технологии и имел 29 000 транзисторов.

Мобильное противостояние

Сейчас, говоря об архитектуре x86, мы подразумеваем процессоры Intel, хотя в те годы ситуация была далеко не столь проста. Дело в том, что эти чипы стали основой IBM PC, построенных по принципу открытой архитектуры. Соответственно, производить (и продавать) такие компьютеры хотели многие компании, процессоров на всех не хватало и, естественно, тут же нашлись специалисты, научившиеся копировать дефицитные микросхемы. Происходило это во всем мире, не исключая СССР – отечественные инженеры смогли создать чип КР1834ВМ86, не уступавший заокеанскому аналогу.

Мобильное противостояние

Впрочем, 32-битными процессоры x86 стали лишь в 1985 году, когда был представлен первый 80386. В 1989 году Intel выпустила скалярный (то есть выполняющий одну операцию за один такт) чип i486, в котором появились встроенная кэш-память и блок вычислений с плавающей запятой FPU. Процессоры Pentium, представленные в 1993 году, стали суперскалярными (то есть выполняющими несколько операций за такт) и суперконвейерными (в них было два конвейера).

Формально главным отличием линеек ARM и x86 является набор инструкций RISC и CISC. Однако начиная с модификации Intel 486DX, микросхемы x86, сохраняя совместимость со всеми предыдущими наборами команд, демонстрируют максимальную производительность лишь с ограниченным набором простых инструкций, который напоминает пресловутый набор RISC-команд. Впрочем, есть и другие отличия – так, сейчас x86 являются универсальными ЦПУ, имеющими множество блоков и модулей, предназначенных для реализации любых поставленных задач, начиная от обработки текстовых файлов и заканчивая работой с трехмерной графикой. В то же время ARM, ориентированные на использование в смартфонах, планшетах и других портативных устройствах имеют другие возможности и ориентированы на иные цели.

Разумеется, если сравнивать топовые модификации x86 и ARM, результат окажется плачевным для последних, ибо вычислительная мощность Core i7 существенно превосходит скромные возможности новейшего Apple A7. Однако на рынке мобильных устройств ситуация далеко не столь однозначна. Все, что может предложить Intel, это семейство процессоров Atom, тогда как ведущие компании успешно осваивают выпуск довольно мощных решений на ядре Cortex A-53 и A-57.

Мобильное противостояние

Интересно, что если большинство «настольных» процессоров Intel используют внеочередное выполнение команд, Atom работает по принципу последовательного исполнения инструкций. Неудивительно, ведь в его основе лежит модифицированное ядро, унаследованное от первых Pentium. Чип адаптировали под новый техпроцесс, добавили возможность исполнения 64-битного кода и мультимедийных инструкций, а также кэш-память второго уровня и поддержку многопоточного исполнения (SMT, аналог Hyper-threading). Однако как говорилось выше, для удешевления конструкции было решено отказаться от внеочередного исполнения команд, что не лучшим образом сказалось на производительности данного решения.

Переломным моментом может стать решение Intel, озвученное исполнительным директором корпорации Полом Отеллини (Paul Otellini) на ежегодной встрече с инвесторами в Санта Клара. По его словам, уже сейчас многие отраслевые специалисты интересуются, на какую долю рынка смартфонов и планшетов рассчитывает Intel. Соответственно, теперь основная задача компании сделать свои чипы привлекательными настолько, чтобы основные игроки рынка больше не смогли их игнорировать. Например, компания Apple использует процессоры Intel только в своих ноутбуках и настольных ПК, а в смартфонах и планшетах использует ARM-чипы собственной разработки. В Intel надеются, что в скором времени ситуация изменится в их пользу. Такая уверенность базируется на применении передовых технологий и огромном научно-производственном потенциале компании.

Конечно, это всего лишь слова – даже такой могущественной корпорации будет очень сложно догнать конкурентов, несколько десятилетий успешно работающих в сфере мобильных технологий. Однако оснований для оптимизма по завоеванию мобильного рынка у компании Intel более чем достаточно.

Преимущество может заключаться в том, что разрабатываемые Intel решения для мобильных устройств опираются на ту же архитектуру, что и в настольных процессорах, обеспечивая тем самым высокую производительность, а планируемый в этом году переход к 14-нм технологиям должен раз и навсегда решить проблему энергопотребления.

Мобильное противостояние

В то же время тайваньская компания MediaTek, известная недорогими решениями для смартфонов и планшетных компьютеров, анонсировала в этом году новую платформу для устройств указанных типов – MT6595. В новом чипсете используется концепция ARM big.LITTLTE, подразумевающая применение кластеров из процессорных ядер. В MT6595 предусмотрены четыре мощных ядра ARM Cotrex-A17, а также четыре экономичных ядра Cortex-A7. Судя по всему, все ядра могут работать параллельно – это одна их самых сложных реализаций ARM big.LITTLTE. За обработку графики в MT6595 отвечает ускоритель PowerVR Series 6 от Imagination Technologies.

Так стоит ли нам ожидать в ближайшее время обострение конкурентной борьбы между семействами процессоров ARM и x86? Вопрос довольно сложный. С одной стороны, Intel при желании, скорее всего, сможет модернизировать свои решения на базе Atom, доведя их до совершенства, с другой – не факт, что это сможет заинтересовать производителей популярных смартфонов и планшетов. Дело в том, что производственные мощности компании не безграничны, тогда как выпуск процессоров с ARM-архитектурой рассредоточен по всему миру. Рынок мобильных устройств, выпускаемых сейчас, исчисляется миллиардами, поэтому Intel, с ее нежеланием лицензировать свои решения, скорее всего, просто не сможет обеспечить требуемое количество процессоров – такая ситуация уже возникала в конце прошлого века.

 

3003