بررسی کامل معماری ARM و مقایسه با پردازنده های X86

سلام دوستان ، در این مقاله بصورت کامل به معرفی معماری ARM می پردازیم و انواع پردازنده های طراحی شده مبتنی بر این معماری را معرفی کرده و همینطور به صورت کامل و مفصل دو معماری ARM و X86 را باهم مقایسه میکنیم.

برای درک بهتر موضوع ابتدا باید به مفهوم معماری در پردازنده دقت کنیم. اصلا منظور از معماری چیست ؟

در فرآیند ساخت پردازنده ها هر پردازنده به توجه به نوع کاربری و اینکه قرار است در چه حجم و ابعادی با چه میزان مصرف انرژی بکار گرفته شود معماری خاص و مربوط به خود را خواهد داشت.

همانطور که می دانیم پردازنده ها از تعداد بسیار زیادی خازن و ترانزیستور و قطعاتیکه در فضای بسیار کوچک با ترتیب خاصی کنار هم قرار گرفته اند ساخته می شوند که ترتیب قرار گیری هر کدام از این قطعات به گونه ای است که در انتها جریان الکتریسیته عبوری از هر کدام منجر به انجام یک دستور العمل مشخص باشد. به طور مثال اگر به تصویر زیر دقت کنیم نحوه قرار گیری خازن ها و ترازیستور به گونه ایست که در نهایت با عبور جریان الکتریکی از دو کانال A   و B  میزان ولتاژ در انتهای مدار ضرب شده یا اصطلاحا عملیات AND یا همان ضرب صورت می پذیرد.

زمانی ما وارد یک اپلیکیشن می شویم یا هر عملیاتی مثل نوشتن یک کلمه در نرم افزار word ، حتی به حرکت در آوردن موس در کامپیوتر را انجام می دهیم در واقع تعداد بسیار زیادی از این عملیات مانند : ضرب ، جمع ، تفریق و تقسیم و ... با سرعت بسیار زیاد در لحضه توسط این ترازیستور ها و قطعاتی که کنار هم قرار گرفته اند انجام می شود و در نهایت از ادغام تمام آنها تحت الگویی خاص نتیجه حاصل خواهد شد . به عنوان مثال نوشتن یک کلمه در نرم افزار word .

اینکه دقیقا چه عملیاتی انجام شود توسط دستورالعمل ها مشخص می شود. به عنوان مثال در نرم افزار ورد تعیین شده که برای نوشتن کلمه "hello" در آدرس مشخص از سطر و ستون در نمایشگر 78 تا 100 عملیات جمع و تقسیم و .. انجام شود . که این دستور العمل ها ابتدا با زبان های برنامه نویسی سطح بالا مانند C ، C++ ، Rust ، جاوا ،  پایتون و ... توسط برنامه نویسان نوشته شده و در پوشه مشخصی از فایل نرم افزار قرار میگیرند .

بعد از نصب نرم افزار هنگام اجرا به این علت که هر نرم افزار مانند مایکروسافت ورد و .. ممکن است توسط یک زبان متفاوت سطح بالا نوشته شده باشد . نیاز است به یک زبان سطح پایین مانند اسمبلی ترجمه شود . یعنی در واقع همه نرم افزارها با هر زبان برنامه نویسی در نهایت به اسمبلی ترجمه خواهند شد .  در مرحله بعد کرنل اصلی سیستم عامل دستورات موجود در این زبان را به 0 و 1 تبدیل کرده و انواع عملیات منطقی ریاضی را توسط مدارهای تشکلیل شده از ترانزیستور و خازن و دیگر قطعات انجام خواهد داد.

نکته :

دلیل انتخاب اسمبلی به عنوان زبان مرجع سطح پایین بودن آن است . به این مفهوم که بیشترین نزدیکی به زبان ماشین را دارد و راحت تر به صفر و یک تبدیل می شود. چون پردازنده ها در نهایت 0 و 1 منطقی که همان ولتاژ صفر و مثبت 3 ولت هست را دریافت میکنند.

پس ما تا اینجا با مفهوم دستورالعمل به خوبی آشنا شدیم و میدانیم برای انجام هر فرآیند جریان الکتریکی باید از این مدارها بر طبق این دستورالعمل ها حرکت کنند تا نتیجه مربوطه حاصل شود.

خب حالا یک سوال مهم اینجا مطرح می شود که از کجا بدانیم این قطعات الکتریکی را چگونه کنار هم قرار دهیم تا این دستوالعمل ها به بهترین شکل ممکن با سرعت بیشتر انجام شوند.

دقیقا اینجاست که با مفهوم معماری آشنا می شویم. معماری پردازنده یعنی نحوه چینش قطعات الکترونیکی در کنار هم به گونه ای که پیچیده ترین دستورالعمل ها با سرعت بیشتر و مصرف انرژی ( عموما باتری ) کمتر صورت پذیرد.

از این توضیح می توانیم نتیجه بگیریم تعداد قطعات الکترونیکی بکار رفته در مدار پردازنده ها مانند ترانزیستور و ... به تعداد عملیات های منطقی ریاضی بستگی دارد که توسط دستورالعمل ها تعیین خواهند شد.  حالا هر چقدر دستورالعمل های ما محدودتر باشد از آن سمت عملیات ریاضی کمتر شده و تعداد قطعات بکار رفته در مدار کاهش می یابد. در اینجا این نوع معماری است که تعیین میکند :

1-     در هر پردازنده از چه تعداد دستور العمل پشتیبانی شود

2-     در هر پردازنده از چه تعداد قطعه خازن ، ترانزیستور و ... استفاده شود

3-     نحوه قرار گیری این قطعات کنار هم به چه صورتی باشد و از در مجموع کل پردازنده از چه واحد هایی تشکیل شود . ( مانند واحد های ALU  ، MAC و ... )

در کامپیوترها و دیگر لوازم الکترونیکی دارای سیستم عامل ابتدا از پردازنده های نسل اول که از ساختار CISC ( مخفف عبارت Complex Instruction Set Computer و به معنی مجموعه دستورات پیچیده تنظیمات کامپوتر هست ) استفاده میشد به دلیل پشتیبانی از تعداد بسیار زیادی دستور العمل نیازمند بکار گیری از میلیون ها ترانزیستور توسط پردازنده های ساخته شده بر اساس آن بود.

در سال 1974 فردی به نام جان کوکی از کمپانی IBM یک ایده جالب را مطرح کرد . به این معنا که در پردازنده ها تعداد بسیاری از دستورالعمل ها یعنی حدود 80 درصد آنها بیشتر در مواقعی کاربرد دارند که نیاز به انجام عملیات بسیار سنگین باشد و همچنین اکثر فعالیت ها و محاسبات انجام شده در CPU توسط 20 درصد از این دستورالعمل ها قابل انجام است . بنابر این می توان برای برخی از لوازم الکترونیکی ساده تر و یا قابل حمل ساختار جدا گانه ای تعریف کرد که تنها از همان 20 درصد پشتیبانی کرده و منجر به کاهش مصرف انرژی و افزایش سرعت در انجام این دستورات شود.

کمی بعد بر اساس همین ایده ساختار RISC توسط یک استاد دانشگاه کالیفرنیا به نام دیوید پترسون ایجاد شد. RISC مخفف عبارت Reduced instruction Set Computing به معنی مجموعه دستورات کاهش یافته است که در واقع همان فرآیندهای اصلی و پرکاربرد را شامل خواهد شد.

معماری ARM

ARM  مخفف Advanced RISC Machine و اولین معماری ارائه شده بر اساس ساختار دستورالعمل های RISC است که توسط شرکت بریتانیایی ARM Holding  حدودا در سال های 1993 تا 94 معرفی شد. Arm شرکتی است که معماری های پردازنده را برای دستگاه های مختلف از جمله تلفن های همراه طراحی و مجوز می دهد. اما خودش پردازنده‌ها را نمی‌سازد یا نمی‌فروشد، بلکه نقشه‌هایی را برای سایر شرکت‌ها جهت ساخت آنها طراحی می‌کند.

اولین بار به کمپانی نوکیا توصیه شد از طراحی سیستم مبتنی بر Arm از TI برای تلفن همراه GSM آینده خود استفاده کند. اولین گوشی GSM مجهز به Arm نوکیا 6110 بود و این یک موفقیت بزرگ بود. Arm7 به پرچم‌دار طراحی موبایل برای Arm تبدیل شد و از آن زمان توسط بیش از 165 دارنده مجوز استفاده شده  و از سال 1994 بیش از 10 میلیارد تراشه تولید کرده است.

به دلیل کاهش هزینه تولید و مصرف انرژی و همچنین افزایش سرعت در انجام محاسبات از آن پس پردازنده های ساخته شده بر اساس این معماری به محبوبترین گزینه برای ساخت اکثر لوازم الکترونیکی مختلف قرار گرفتند.  البته به جز کامپیوتر های رومیزی ، سرور ها ، و تجهیزات محاسبه گر قدرتمند که نیاز به پشتیبانی از همه دستور العمل ها داشتند و به دلیل استفاده از برق شهر مصرف انرژی مساله مهمی برای آنها به حساب نمی آمد .

تقریبا هر سیستمی که قابل حمل باشد یا از باتری به عنوان منبع تغذیه استفاده کند می تواند جزو اهداف پردازنده های َARM قرار گیرد. امروزه تقریبا تمام گوشی های موبایل ، ساعت های هوشمند ، بسیاری از ماشین حساب ها و اکثر ابزارهای دیجیتال مانند تلویزون ها که از سیستم عامل بهره مند هستند از این نوع cpu ها استفاده میکنند .

موفقیت Arm در بازار تلفن همراه تا حدودی به دلیل مدل صدور مجوز انعطاف پذیر آن است که به شرکای خود اجازه می دهد تا پردازنده های خود را برای برنامه ها و بازارهای مختلف سفارشی و بهینه کنند. Arm همچنین به طور مداوم معماری های خود را برای پاسخگویی به تقاضاهای در حال تغییر صنعت موبایل نوآوری و بهبود می بخشد. به عنوان مثال، در سال 2011، معماری ARMv8-A را معرفی کرد که در آن پشتیبانی از محاسبات 64 بیتی را اضافه کرد و عملکرد و ویژگی های امنیتی را افزایش داد. در سال 2020، معماری ARMv9 را معرفی کرد که هدف آن ارائه یادگیری ماشینی پیشرفته و قابلیت‌های پردازش سیگنال دیجیتال و همچنین برنامه‌های افزودنی امنیتی جدید است.

Arm نه تنها پیشرو در بازار تلفن همراه است، بلکه در شکل دادن به آینده محاسبات نیز پیشگام بوده و با ارائه راه‌حل‌های کارآمد و مقیاس‌پذیر برای دستگاه‌ها و پلتفرم‌های مختلف، شرکای خود را قادر می‌سازد تا محصولات شگفت‌انگیزی ایجاد کنند .

انواع سری های پردازنده های ARM

به صورت کلی به دو نوع 32 و 64 بیت تقسیم می شوند :

تفاوت اصلی بین پردازنده های 32 بیتی و 64 بیتی در میزان حافظه ای است که می توانند به آنها دسترسی داشته باشند. یک پردازنده 32 بیتی تنها می تواند تا 4 گیگابایت حافظه دسترسی داشته باشد، در حالی که یک پردازنده 64 بیتی می تواند به حافظه بسیار بیشتری، تا 16 اگزابایت دسترسی داشته باشد. یعنی یک پردازنده 64 بیتی می تواند برنامه های پیچیده تر و سخت تری را اجرا کند و مجموعه داده های بزرگ تری را نسبت به یک پردازنده 32 بیتی مدیریت کند.

تفاوت دیگر پردازنده های 32 بیتی و 64 بیتی تعداد رجیسترهایی است که آنها دارند. ثبات ها واحدهای ذخیره سازی کوچکی در داخل پردازنده هستند که می توانند داده ها یا دستورالعمل هایی را برای دسترسی سریع نگه دارند. یک پردازنده ARM 32 بیتی دارای 16 رجیستر همه منظوره است که هر کدام 32 بیت عرض دارند، در حالی که یک پردازنده ARM 64 بیتی دارای 31 ثبات همه منظوره است که هر کدام 64 بیت عرض دارند و می توانند عملیات بیشتری را به صورت موازی و با دسترسی کمتری به حافظه نسبت به یک پردازنده 32 بیتی انجام دهند.

چند نمونه از پردازنده های 32 بیتی ARM :

برخی از نمونه‌های پردازنده‌های ARM 64 بیتی عبارتند از :

اولین پردازنده ARM با پشتیبانی 64 بیتی Cortex-A53 بود که در سال 2012 به عنوان بخشی از معماری ARMv8-A معرفی شد. Cortex-A53 یک پردازنده کم مصرف و با کارایی بالا است که می تواند کدهای 32 بیتی و 64 بیتی را اجرا کند.

با این حال، اولین پردازنده ARM که منحصراً 64 بیتی بود، Cortex-R82 بود که در سال 2020 به عنوان بخشی از معماری ARMv8-R معرفی شد. Cortex-R82 یک پردازنده با کارایی بالا و قابلیت زمان واقعی است که می تواند تا 1 ترابایت حافظه را آدرس دهی کند. این برای برنامه هایی طراحی شده است که نیاز به پردازش سریع و قطعی دارند، مانند کنترلرهای ذخیره سازی، سیستم های خودرو و دستگاه های صنعتی .

ARM در گوشی های موبایل

برای بررسی کاربرد پردازنده های آرم در گوشی های موبایل ابتدا باید به توضیح SOC یا System On Chip بپردازیم.

سیستم روی تراشه (SoC) یک تراشه واحد است که اجزای متعددی از یک سیستم کامپیوتری مانند پردازنده، حافظه، گرافیک، مودم و غیره را یکپارچه می کند. در واقع در یک SOC تمام چیپست های اصلی و مهم که وظیفه انجام تمامی محاسبات پیچیده را دارند کنار هم قرار میگیرند و در قالب یک تراشه کلی عرضه می شوند. این تراشه که ابعادش حتی کوچکتر از  یک سکه دارد مانند یک کامپیوتر قادر به پردازش میلیون ها دستورالعمل در کسری از ثانیه است.

SoC ها به طور گسترده در تلفن های همراه استفاده می شوند زیرا عملکرد بالا و توان کم را در حجم و ابعاد بسیار کوچک ارائه می دهند.

اولین SoC در یک تلفن همراه سامسونگ S3C44B0 بود که در سال 2000 معرفی شد. این SoC تک هسته ای 66 مگاهرتزی مبتنی بر پردازنده ARM7 بود و توسط سازنده اسباب بازی Mattel در پخش کننده چند رسانه ای ارزان قیمت خود به نام Juice Box استفاده می شد. گوشی هوشمند Danger Hiptop که بعداً به T-Mobile Sidekick تغییر نام داد نیز از این تراشه  استفاده کرد.

از آن زمان، SoC های بسیاری دیگر توسط سازندگان مختلف مانند کوالکام، اپل، مدیاتک، هوآوی و غیره توسعه یافته و در تلفن های همراه استفاده شده اند.

تا قبل از سال 2013 تمام گوشی های موبایل از آرم در نسخه 32 بیت استفاده میکردند که سرعت انجام دستورات محدود بود و همینطور حافظه رم به حداکثر 4 گیگ محدود میشد.

اولین تلفن همراهی که از پردازنده 64 بیتی Arm استفاده کرد، آیفون 5s بود که در سال 2013 عرضه شد. آیفون 5s با تراشه Apple A7 مبتنی بر معماری ARMv8-A بوده و شامل یک CPU دو هسته ای با کلاک 1.3 گیگاهرتز که طبق گفته اپل، این تراشه دارای معماری کلاس دسکتاپ 64 بیتی، مجموعه دستورالعمل مدرن، 2 برابر ثبات عمومی، 2 برابر ثبت ممیز شناور و بیش از 1 میلیارد ترانزیستور است.

آیفون 5s اولین گوشی هوشمندی بود که از برنامه ها و سیستم عامل 64 بیتی پشتیبانی می کرد . عملکرد، امنیت و مدیریت حافظه در این مدل بهبود یافته اما در عین حال توانایی سازگاری با برنامه‌ها و کتابخانه‌های 32 بیتی را که در آن زمان هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار میگرفت را نیز حفظ کرد.

اولین گوشی اندرویدی که از پردازنده 64 بیتی Arm استفاده کرد HTC Desire 510 بود که در سال 2013 عرضه شد. CPU هسته با فرکانس 1.2 گیگاهرتز که با این حال، نسخه 64 بیتی اندروید را اجرا نمی کرد، بلکه نسخه 32 بیتی بود که نمی توانست از قابلیت های پردازنده به طور کامل استفاده کند.

بعد از آن تبلت Nexus 9 در سال 2014 عرضه شد و با بهره مندی از  SoC Nvidia Tegra K1 که بر اساس معماری ARMv8-A و دارای دو هسته CPU با فرکانس 2.3 گیگاهرتز بود با استفاده از نسخه اندورید Android Lollipop  توانست از سیستم عامل و برنامه های 64 بیتی برای اولین بار در اندروید استفاده کند.

از آن زمان، اکثر تلفن های همراه از پردازنده ها و سیستم عامل های 64 بیتی Arm استفاده کرده اند، زیرا عملکرد، امنیت و مدیریت حافظه بهتری نسبت به همتایان 32 بیتی خود ارائه می دهند. با این حال، برخی از تلفن های همراه هنوز هم به دلایل سازگاری با برنامه ها و کتابخانه های قبلی از نسخه 32 بیتی پشتیبانی می کنند.که ممکن است در آینده این فرآیند تغییر کند، زیرا Arm اعلام کرده است که CPU های موبایل آینده آن از سال 2023 از برنامه های 32 بیتی پشتیبانی نخواهند کرد.

همانطور که در این مقاله مطرح شد کمپانی آرم خودش پردازنده نمی سازد بلکه معماری ساخت پردازنده های مبتنی بر ساختار RISC را با عنوان لایسنس به شرکت های سازنده و تولید کننده لوازم دیجیتال میفروشد تا در محصولات خود از آنها استفاده کنند.

لایسنس های قابل ارائه توسط آرم به شرکت ها اکثرا در 3 نوع است و بسته به نیاز و اهداف مشتریان خود هرکدام را ارائه می دهد. که عبارتند از:

- مجوز پردازنده : این به مشتری اجازه می دهد تا از یک هسته پردازنده خاص طراحی شده توسط Arm مانند Cortex-A، Cortex-R یا Cortex-M استفاده کند. مشتری می تواند هسته را برای کاربرد خود سفارشی و بهینه کند، اما نمی تواند مجموعه دستورالعمل یا معماری را تغییر دهد. مشتری به ازای هر تراشه فروخته شده، هزینه اولیه و حق امتیاز پرداخت می کند.

- مجوز  POP: این مخفف Processor Optimization Pack است و یک افزونه برای مجوز پردازنده که امکان ارتقای IP فیزیکی مانند کتابخانه ها، حافظه ها و سلول های منطقی را فراهم میکند. این به مشتری کمک می کند تا عملکرد، قدرت و کارایی بهتری را به دست آورد. مشتری به ازای هر تراشه فروخته شده، هزینه اولیه و حق امتیاز اضافی می پردازد.

این مجوز با کاهش چرخه طراحی و ریسک، زمان رسیدن به بازار را سریعتر می کند و همچنین با کمک گرفتن از تخصص کمپانی آرم بهترین شیوه جهت ساخت پردازنده با عملکرد بالاتر و مصرف انرژی کمتر در این لایسنس ارائه خواهد شد.

برخی از این اطلاعات شامل دستورالعمل‌های پیاده‌سازی، اسکریپت‌ها و گزارش‌ها برای تسهیل فرآیند یکپارچه‌سازی است.

- مجوز معماری : این اجازه را به مشتری می دهد تا هسته پردازنده خود را بر اساس معماری Arm و مجموعه دستورالعمل طراحی کند. مشتری آزادی و انعطاف بیشتری برای ایجاد یک هسته سفارشی دارد که نیازهای خاص خود را برآورده کند، اما مسئولیت و پیچیدگی بیشتری نیز دارد. مشتری به ازای هر تراشه فروخته شده، هزینه اولیه و حق امتیاز بالاتری می پردازد.

 ARM به همراه گواهی‌نامه خود اطلاعات جامعی در مورد نحوه یکپارچگی قسمت‌های مختلف با هسته‌ها را ارائه می‌کند تا تولیدکنندگان به راحتی بتوانند از این معماری در SOC های خود بهره ببرند.

انواع دیگری از مجوزها نیز وجود دارد که Arm ارائه می دهد، مانند :

- مجوز دانشگاهی : این به طور موثر رایگان است و به مؤسسات دانشگاهی اجازه می دهد تا از Arm IP برای اهداف تحقیقاتی و آموزشی استفاده کنند. با این حال، مشتری نمی تواند هیچ محصولی را بر اساس IP بفروشد.

- لایسنس  DesignStart: این یک گزینه کم هزینه برای استارت آپ ها و شرکت های کوچکی است که می خواهند طرح های خود را بر اساس Arm IP نمونه اولیه و آزمایش کنند. با این حال، مشتری نمی تواند هیچ محصولی را بر اساس IP بدون ارتقاء به مجوز تجاری بفروشد.

- مجوز اشتراک : این اجازه را به مشتری می دهد تا به تمام مجموعه IP Arm's برای مدت زمان مشخصی دسترسی داشته باشد. این مشتری را قادر می سازد تا چندین پروژه را بدون نگرانی در مورد بودجه یا مسائل مربوط به مجوز شروع کند. مشتری به ازای هر تراشه فروخته شده، هزینه اولیه و حق امتیاز زیادی می پردازد.

پردازنده X86 و تفاوت آن با ARM

در مقابل معماری آرم یک رقیب قدرتمند با سابقه بیشتر به نام X86 وجود دارد که البته از برخلاف ARM از ساختار CISC یا همان دستورات پیچیده استفاده میکند.

این پردازنده ها عموما در سیستم های حجیم تر که از دستورات و عملیات ریاضی پیچیده پشتیبانی میکنند نظیر کامپیوترهای رومیزی ، سرورها ، ابر کامپیوتر ها و .. استفاده می شود.

پردازنده‌های X86 در ابتدا توسط شرکت اینتل و در سری 8086 و نوع 8088 آن توسعه یافتند و اصطلاح "x86" به این دلیل به وجود آمد که نام چند جانشین سازنده 8086 اینتل به "86" ختم می شد، مانند 80186، 80286، 80386 و 80486.

- آنها به طور خاص در رایانه های رومیزی و لپ تاپ و همچنین برخی از سرورها و دستگاه های تعبیه شده استفاده می شوند.

 از حالت های 16 بیتی، 32 بیتی و 64 بیتی پشتیبانی می کنند و برای حالت های قدیمی تر سازگاری دارند . همچنین دارای پسوندهایی مانند x87، IA-32، x86-64، MMX، SSE، AVX و غیره هستند.

اکثر کاربران این پردازنده ها را به واسطه تولیدات گسترده دو شرکت اینتل و ADM می شناسند اما شرکت های دیگری مانند Zhaoxin، Transmeta، Cyrix، VIA و غیره در طراحی، تولید و فروش آنها در تعداد محدودتر نقش دارند.

انواع پردازنده های اینتل

بسته به ویژگی ها، عملکرد و بخش بازار، انواع مختلفی از پردازنده های اینتل وجود دارد. برخی از انواع اصلی عبارتند از:

Intel Core : این خانواده پرچمدار پردازنده های دسکتاپ و لپ تاپ است که با مدل هایی مانند Core i3، i5، i7، i9 و X1 عرضه می شوند. آنها عملکرد بالا، بهره وری انرژی و ویژگی های پیشرفته ای مانند hyper-threading و Turbo Boost را ارائه می دهند.

Intel Xeon : این خانواده CPU ها برای سرورها و ایستگاه های کاری با مدل هایی مانند Xeon E، W، D و Scalable  تولید شده و  قابلیت اطمینان، مقیاس پذیری، امنیت و پشتیبانی از مقادیر زیادی حافظه و هسته را ارائه می دهند.

اینتل پنتیوم (Pentium) : این پردازنده‌ها در سیستم های دسکتاپ و لپ‌تاپ‌های سطح پایه، با مدل‌هایی مانند پنتیوم طلایی و نقره‌ای تولید شده و عملکرد اولیه، مصرف انرژی کم و پشتیبانی از برخی ویژگی ها مانند hyper-threading را ارائه می دهند.

اینتل  Celeron: کاربرد این سری از CPU ها برای دسکتاپ ها و لپ تاپ های مقرون به صرفه است، با مدل هایی مانند Celeron G و N. عملکرد کمتر، مصرف انرژی و ویژگی های کمتری نسبت به پردازنده های Pentium ارائه می شوند.

اینتل اتم (Atom) : این خانواده پردازنده‌های مرکزی برای دستگاه‌های کم مصرف مانند تبلت‌ها، تلفن‌های هوشمند و سیستم‌های تعبیه‌شده با مدل‌هایی مانند Atom Z، X، C و E دارای عملکرد بسیار پایین، مصرف انرژی بسیار کم و پشتیبانی از برخی از ویژگی ها مانند hyper-threading تولید می شوند.

مقایسه و بررسی تفاوت پردازنده های X86 و ARM

پردازنده های X86 از تعداد بسیار بیشتری ترانزیستور و قطعات الکترونیکی ساخته می شوند و تعداد دستورهای پشتیبانی شده توسط این پردازنده ها از خانواده ARM بسیار بیشتر است.

به دلیل عدم نیاز به باتری در اکثر مواقع و نداشتن محدودیت های خاص در حجم و ابعاد در سایزهای بسیار بزرگتر تولید شده و این موضوع تا حدی برای اینتل در حاشیه بوده که حتی به مدت چند سال تکنولوژی ساخت پردازنده های خود را از  10 نانومتر کاهش نداده است . در حالی که شرکت اپل در طراحی آخرین چیپست تلفن همراه خود  Apple bionic A16  تکنولوژی 4 نانومتری را ارائه کرده و همچنین دیگر شرکت های توسعه دهنده پردازنده های ARM نظیر کوالکام در این مسیر در حال پیشرفت هستند.

از طرفی دلیل اهمیت دادن کمپانی های توسعه دهنده ARM به ارتقا تکنولوژی ساخت و کاهش حجم و ابعاد کاملا مشخص است این پردازنده های در گوشی های همراه و تجهیزات در ابعاد کوچک مانند ساعت های هوشمند استفاده می شوند پس دو مساله بسیار مهم است یکی میزان مصرف باتری و دیگر سرعت و کارایی بیشتر بدون افزایش حجم و ابعاد.

البته این به این معنا نیست که تکنولوژی نانومتری در X86 اهمیت ندارد. چراکه آنها بجز کامپیوتر های رومیزی و سیستم های حجیم مانند ابر کامپیوتر ها در لپ تاپ ها و بسیاری از لوازم دیگر مورد استفاده قرار میگیرند . در لپ تاپ ها حجم و ابعاد و میزان مصرف انرژی مانند گوشی ها موبایل بسیار مهم است تا حدی که شرکت اپل تصمیم گرفته تا در مک بوک های خود از ARM استفاده کند. که در ادامه به توضیح بیشتر آن می پردازیم.

از این سو چیپست های موبایل  با استفاده از بکارگیری فناوری BigLittle قدرت و سرعت پردازش را بسیار افزایش دادند . در این فناوری عموما از 8 هسته یا حتی تعداد بیشتر در کنار هم استفاده میکنند و هر هسته بصورت جدا نقش یک پردازنده مستقل را دارد. 4 هسته قوی به منظور انجام محاسبات سنگین و 4 هسته ضعیف به منظور محاسبات سبک . مهمترین مزیت این تکنیک این است که در صورتی که نیازی نباشد 4 هسته قویتر بکار گرفته نخواهند شد و مصرف انرژی با تفکیک وظایف به هر هسته به شدت کاهش یافته است.

اما اینتل رویکرد مشابهی را برای نسل بعدی پردازنده های دسکتاپ خود به نام Alder Lake و Raptor Lake اتخاذ کرده است.

Alder Lake از خانواده پردازنده های Core نسل دوازدهم اینتل است که در 4 نوامبر 2021 عرضه شد. دارای طراحی هیبریدی با دو نوع هسته است .هسته های قوی بر اساس معماری Golden Cove که سریع و قدرتمند اند اما پر مصرف. و هسته های کارآمد بر اساس معماری Gracemont، که کندتر هستند با مصرف انرژی کمتر . پردازنده‌های Alder Lake، بسته به مدل و مصرف انرژی، پیکربندی‌های متفاوتی از هسته‌های قدرتمند و ساده دارند. به عنوان مثال، Core i9-12900K پرچمدار دارای هشت هسته قوی و هشت هسته ضعیفتر است، در حالی که Core i5-12600K دارای شش هسته قدرتمند و چهار هسته با قدرت کمتر است.

Raptor Lake از خانواده پردازنده‌های Core نسل سیزدهم اینتل است که انتظار می‌رود در اواخر سال 2022 عرضه شود. طراحی هیبریدی Alder Lake را با دو نوع هسته قدرتمند Raptor Cove که نسخه پیشرفته Golden Cove و هسته Enhanced Gracemont که نسخه بهبود یافته Gracemont هستند ارتقاع خواهد داد. پردازنده‌های Raptor Lake نیز تعداد هسته‌های بالاتری نسبت به پردازنده‌های Alder Lake دارند. به عنوان مثال، Core i9-13900K شایعه شده دارای 16 هسته عملکرد و 8 هسته کارآمد خواهد بود.

ARM در لپ تاپ های اپل

لپ‌تاپ‌های اپل که از پردازنده‌های ARM استفاده می‌کنند، دارای تراشه Apple M1 هستند که تراشه مبتنی بر ARM خود اپل برای لپ‌تاپ‌ها است. اپل در اواخر سال 2020 شروع به عرضه لپ‌تاپ‌هایی با تراشه M1 کرد که عبارتند از :

مک بوک ایر (اواخر 2020): این لپ تاپ سطح پایه اپل است، با صفحه نمایش 13.3 اینچی رتینا، حداکثر 16 گیگابایت حافظه، تا 2 ترابایت فضای ذخیره سازی و بدون فن. از 999 دلار شروع می شود.

مک بوک پرو (اواخر 2020): این لپ تاپ با کارایی بالا به همراه صفحه نمایش 13.3 اینچی رتینا، حداکثر 16 گیگابایت حافظه، 2 ترابایت فضای ذخیره سازی، فن خنک کننده و نوار لمسی. از 1299 دلار شروع می شود.

مک بوک پرو (اواخر 2021): این جدیدترین و قدرتمندترین لپ تاپ اپل است که دارای صفحه نمایش 14 یا 16 اینچی رتینا، حداکثر 64 گیگابایت حافظه، حداکثر 8 ترابایت فضای ذخیره سازی، فن خنک کننده، نوار لمسی و تراشه M1 Pro یا M1 Max. قیمت آن از 1999 دلار برای مدل 14

اینچی و 2499 دلار برای مدل 16 اینچی شروع می شود.      

خیلی ممنون که تا انتهای این مقاله با من همراه بودین لطفا نظر تجربیاتتون رو در مورد پردازنده ها در قسمت کامنتها با ما به اشتراک بگذارید