Процессор Apple A4 базируется на архитектуре ARM Cortex A8, а не более новой A9

Apple отказывается от процессоров Intel в пользу своих собственных. Почему это произошло и каковы возможные последствия для всего рынка ПК? Как случилось, что микроархитектура CPU, изначально появившаяся в безвестных британских домашних компьютерах в 1980-х годах, бросает вызов империи Intel? В этой статье мы рассмотрим специфику проектирования процессоров ARM, проследим за тем, как они совершенствовались с годами и как достигнутый прогресс отразился на тестах производительности, а также сопоставим полученные результаты с результатами тестов железа от Intel. Ещё порассуждаем о конкуренции на рынке ПО и как она сказывается на нас, потребителях. И хорошо ли для пользователей ПК иметь микроархитектуру, построенную на совершенно отличном от привычного набора инструкций.

Что представляет собой процессор от Intel? Что такое ПК? В те дни, когда компоненты для IBM поставляли различные производители, у неё (IBM) имелись собственные процессоры 801 RISC. Однако она отказалась от них в пользу более экономичных Intel 8088, и так повелось, что в любой совестимый ПК можно было поставить процессор с архитектурой x86.

В теории проектировать и производить x86-совместимые процессоры мог любой, однако по закону Intel обладала патентом на наборы команд CPU.Это означало, что всем желающим их приобрести, пришлось бы покупать лицензию.

Если сторонняя фирма и занималась разработкой или производством процессоров x86, то только потому, что Intel или суд дали на это разрешение.

С AMD дела обстоят иначе, поскольку она заключила соглашение о патентной лицензии с Intel, чтобы потом не судиться друг с другом до беспамятства.

Долгое время производством CPU на архитектуре x86 занималось несколько компаний: IBM с её линейкой 386-х и 486-х процессоров, AMD, Cyrix, VIA, NEC, Transmeta и др. Дизайн их CPU оставлял желать лучшего. Intel всегда была победителем, в то время как другие (за исключением AMD и IBM) были лишь рядовыми спортсменами.

Вы, конечно, могли бы возразить, что на рынке была конкуренция. Но считалась ли конкуренцией битва за отбросы? Суть в том, что у Intel не было достойного соперника – даже сегодня, учитывая, что дела у AMD идут хорошо, ей (AMD) принадлежит всего лишь 18% рынка.

Сам производитель заявлял в 2020-м году о том, что стремится заполучить 10% рынка серверов и снова достигнуть высот 2006 года, когда на долю Opteron приходилось 25% рынка.

Можно, конечно, сетовать на отсутствие конкуренции, но что можно изменить, чтобы положить конец создавшемуся положению вещей? Недавно Apple сделала громкое заявление о том, что она отказывается от процессоров на базе Intel и переводит всё своё железо на CPU собственной разработки. Речь идёт не только о лэптопах и низкопроизводительных iMacs, но даже о высокопроизводительных рабочих станциях на базе Intel Xeon. Планы, конечно, грандиозные, но как она собирается воплощать их в жизнь?

Старые добрые времена

Итак, Apple не собирается строить будущие процессоры на базе архитектуры x86. Ни для кого не секрет, что iPhone очень популярны. Кроме того, их причисляют к самым быстрым смартфонам на рынке мобильных устройств.

При желании компания могла бы задействовать любую микроархитектуру своих мобильных CPU для разработки настольных систем.

Опять же, кто проектировал эти процессоры? Сама Apple, используя архитектуру набора команд (ISA) по лицензии ARM.

Для справки: микроархитектура ARM использует сокращённый набор команд (RISC), в то время как микроархитектура x86 использует полный набор команд (CISC).

Пару слов о RISC. Принципами проектирования RISC-микропроцессора являются оптимизация набора команд и работы ядра, гарантия того, что инструкции можно выполнить за один цикл памяти, устранение ненужных команд. Со временем наборов инструкций стало больше, в основном за счёт отдельных криптографических/векторных/SIMD функций. Так что слово «сокращённый» не соответствует действительности.

Реализация подобных проектных решений влечёт за собой интересные последствия. Оптимизация набора инструкций сокращает число задействованных транзисторов и, как следствие, количество потребляемой энергии, требуемой для выполнения любых действий.

И потому x86 с её схемой CISC изначально требуется больше транзисторов для выполнения любой вычислительной работы и больше затрат энергии.

Для настольных ПК это обстоятельство большой проблемы не представляет, однако для ноутбуков и смартфонов каждый ватт на счету.

По этой причине нервная попытка Intel закрепиться на рынке смартфонов оказалась провальной.

Интелевская линейка микропроцессоров Atom на архитектуре x86 была слишком энергоёмкой и не очень быстрой, и это не выделяло смартфоны на её базе на фоне других моделей.

Применяй Intel более современную технологию, это была бы уже другая история, но по понятным причинам она хотела защитить свою основную деятельность.

Вступайте в ARMию

Далее мы проследим за тем, как архитектура ARM развивались с течением времени.

ARM – это компания, которая разрабатывает спецификации АСК (архитектуры системы команд) процессоров ARM и улучшает их с помощью новых технологий. В их число входит особый дизайн ядер – big.LITTLE, набор инструкций –  NEON SIMD и усовершенствованные математические сопроцессоры.

Как правило, каждому новому семейству CPU производитель присваивает своё имя. Так у Apple оно впервые появилось с выходом линейки процессоров ARM11 с 32-битной архитектурой. Впоследствии разработчики Apple создали собственную микроархитектуру на базе обновлений 64-битной ARMv8.

. Результаты тестов в Geekbench мобильных процессоров ARM

Первые iPhone работали на SoC от Samsung. Эта система на кристалле была построена на базе процессоров ARM11 с архитектурой ARMv6 2002-го года выпуска. Разработка и реализация iPhone осуществлялась в соответствии с нуждами, бытовавшими на заре появления смартфонов.

В них была представлена SIMD (вычислительная система с одиночным потоком команд и множественным потоком данных) для считывания MPEG-файлов, увеличенный кэш (всего лишь 32К) и восьмиступенчатый конвейер.

Так как функции изменения очерёдности команд и предсказания ветвлений были ограничены, то производительность первых iPhone иначе как слабой не назовёшь.iPhone 3GS стал первым удобным для пользования смартфоном от Apple (с точки зрения программных функций). Он всё ещё работал на SoC от Samsung, но теперь имел в составе улучшенное ядро Cortex-A8.

Результаты испытаний показали увеличение скорости на 107% – запишите это на счёт суперскалярного 13-ступенчатого конвейера и 10-ступенчатого конвейера NEON SIMD для ускорения медиаприложений. Помимо удвоенного кэша L1 в 3GS был впервые представлен кэш L2 на 256K, а также встроенный сопроцессор.

Двигаясь по пути наименьшего сопротивления, ARM и Apple без труда оптимизировали CPU на ранних стадиях, что привело к увеличению скорости работы процессоров в два раза.Apple A4 стала первой SoC собственной разработки Apple. Она дебютировала на оригинальном iPad с частотой 1 ГГц, однако позже использовалась в iPhone 4 при частоте 800 МГц.

Если бы у Apple была своя модель развития микропроцессоров «Тик-так», как у Intel, то это была бы стадия «так». Построенная на базе прежней архитектуры Cortex-A8 и того же 45-нм техпроцесса от Samsung она предлагала значительные улучшения за счёт увеличения частоты и удвоения кэша L2 до 512К и шины памяти до 64 бит.

Вместе с iPad 2 компания Apple представила свою принципиально новую однокристальную систему – Apple A5 с частотой 1 ГГц. Позже та же SoC была заявлена в iPhone 4S, только работала она при 800 МГц. Выпуск Apple A5 стал знаковым событием для Apple: теперь его ядра имели обновлённый дизайн Cortex-A9, а сам процессор стал двухъядерным.

45-нм техпроцесс от Samsung и тактовая частота остались прежними, зато быстродействие памяти выросло до 400 МГц, а кэш L2 снова удвоился до 1 Мб.

В Cortex-A9 также были представлены ключевые улучшения: 8-ступенчатый конвейер с упреждающим считыванием, способный выполнять команды с изменением их последовательности, улучшенный NEON SIMD и математический сопроцессор с увеличенной вдвое скоростью.

Релиз A6 случился тогда, когда Apple начала брать под контроль разработку своих смартфонов и внедрять собственные дизайнерские идеи в ARMv7. Apple A6 были последними процессорами от Apple, построенными на 32-битной архитектуре.

И хотя кэши L1 и L2 были те же, что и у А5, техпроцесс уменьшился до 32 нм, а тактовая частота выросла до 1,3 ГГц.

Благодаря грамотным решениям в архитектуре производительность значительно увеличилась, потребление энергии же сократилось.

Судя по всему, A6 построен на ядре Cortex-A9, однако в нём использованы компоненты улучшенного чипа Cortex-A15, включая тогда ещё новые v4 FPU и Advanced SIMD v2.

Анализ показывает, что в него было включено 5 функциональных модулей (2 арифметико-логических устройства (АЛУ), 2 математических сопроцессора/набора инструкций NEON и 1 модуль загрузки/сохранения).

И вот этот значительно улучшенный FPU, оптимизированный кэш, специально выделенный модуль для загрузки/сохранения – всё это привело к тому, что производительность памяти увеличилась втрое, а быстродействие – вдвое.

С этого времени дела у производителя пошли в гору, а его А7 и вовсе совершил прорыв, став первым 64-битным процессором, в то время как остальные производители отстали с его выпуском на год.

Благодаря архитектуре ARMv8-А на базе 28-нм техпроцесса от Samsung Apple добавила кэш L3 на 4 Мб, удвоила кэш L2 до 1 Мб и L1 до 128 Кб.

Фактически Apple удвоила разрядность за счёт 4-х АЛУ, 2-х модулей для загрузки/сохранения, 2-х блоков передачи управления, 3-х модулей FPU/NEON. А7 достиг отметки 1млрд. транзисторов, а производительность его увеличилась на 33% по сравнению с А6.

В то время Geekbench 2, изначально предназначенный только для замера производительности 32-битных систем, начал устаревать. Результаты же тестов в Geekbench 3 показали, что ядра А7 Cyclone превзошли своих конкурентов в два раза!

64-битное ядро Cyclone

Быстродействие Apple А8 остаётся под вопросом. Похоже, в то время Apple уделяла больше внимания графическому ускорителю.

Тогда же она разработала собственный пользовательский шейдер и, видимо, тогда же производитель начал переходить на новый 20-нм техпроцесс от TSMC.

Схожая ситуация и с выпуском Apple А9, однако благодаря внедрению 20-нм техпроцесса от TSMC и 14-нм техпроцесса от Samsung тактовая частота процессора выросла до 1,8 ГГц, а L2 увеличился втрое – до 3 Мб.

Появлению Apple А10 предшествовали два больших сдвига: внедрение технологии big.LITTLE от ARM, использующей высоко- и маломощные ядра для сбалансированного энергопотребления, и переход на уменьшенный до 16-нм техпроцесс от TSMC.

Лёгкой победой стало увеличение частоты до 2,3 ГГц, которого удалось добиться посредством двух маломощных ядер Zephyr. Они работали на частоте 1 ГГц и тем самым использовали лишь 20% мощности больших ядер. Тогда же состоялся переход на новую микроархитектуру ARMv8.

1-A, по сути являвшейся корректировочной версией прежней микроархитектуры. Эта система на кристалле от Apple была последней, проходившей тестирование в Geekbench 2.

Результаты испытаний показывали лишь увеличение тактовой частоты, в то время как в новых версиях Geekbench появились замеры производительности графического ускорителя. И, согласно этим результатам, скорость работы элементов GPU от Apple стабильно росла.

В Apple A11 были представлены 2 крупных (Monsoon) и 4 малых (Mistral) вычислительных ядра, причём последние были построены на базе ядер Apple A6 Swift.

В отличие от A10, малые ядра могли работать независимо от крупных ядер. Крупные ядра значительно улучшились: теперь они могли декодировать до 7 инструкций за такт вместо прежних 6.

В то же время число блоков ALU увеличилось на две единицы, и теперь общее их количество достигло 6.

Спроектированные в 2012-м году Apple Swift стали большим шагом вперёд

 A12 стал ещё одним шагом вперёд для Apple – он был первым доступным широкому кругу пользователей 7-нанометровым чипом. A12 сильно изменился в плане организации кэша, что в свою очередь способствовало уменьшению времени отклика и увеличению пропускной способности.

Кэш L3 был изъят в пользу системного кэша L2 на 8 Мб, а L1 был удвоен до 256 К. Чип содержал 2 крупных высокопроизводительных ядра Vortex и 4 малых энергоэффективных ядра Tempest на базе Apple A6 Swift. Крупные ядра имели однопоточный быстрый режим до 2,5 ГГц.

Микроархитектуры A11 и A12 были очень мощными, даже для десктопных процессоров.

Разработчики текущей модели A13 продолжили делать ставку на систему кэша. System Level Cache получила аж 16 Мб на обслуживание SoC. У малых ядер (Thunder) имеется 4Мб кэша L2, у крупных (Lightning) – 8Мб. В целом дизайн A13 похож на коммуникационный процессор с шириной декодирования 7 и улучшенным множителем.

Apple, несомненно, поборется с Intel за рынок настольных ПК. Дизайн CPU, как и всего ПК, у Apple в целом хорошо проработан. Однако важно помнить, что положение Apple отлично от остальных лицензиатов ARM.

Apple проектирует чипы с тем расчётом, чтобы продавать их в продуктах по премиальной цене.

Наверняка в её гаджетах будут мощные батареи и прочие свистелки-дуделки, а владелец будет знать, что его вложения окупятся.

Однако для сторонних производителей такая модель ведения бизнеса просто невозможна. Взять хотя бы AMD: ранее она не могла конкурировать с Intel, и с трудом делает это сейчас.

Так собирается ли производитель процессоров на базе ARM отнять рынок ПК (или даже лэптопов) у Intel и АMD?  Нет. Цены на рынке десктопов демократичны, а потребление электроэнергии не представляет проблемы.

И потому зацепиться на нём тому, кто производит продукцию на базе ARM, будет непросто.

Вот где системы ARM могут действительно составить конкуренцию x86-й архитектуре, так это в мобильном секторе. Взять хотя бы Lenovo Flex 5G, который работает на однокристальной системе Snapdragon 8cх.

Мы не будем приводить всех характеристик самого SoC, лишь упомянем, что он построен на микроархитектуре Cortex-A76, имеет 3 АЛУ, 2 модуля FPU/SIMD, 2 модуля загрузки/хранения, блок передачи управления.

Безусловно, такие характеристики указывают на высокую производительность чипа, однако это лишь часть того, что Apple вкладывает в свой CPU следующего поколения. Четырёхъядерный Snapdragon набрал 716 баллов в однопоточных тестах. Это меньше половины того, что показал Apple A13.

И пока Intel снова косячит со своим технологическим процессом, Apple по крайней мере удаётся грамотно проектировать чипы и за счёт этого увеличивать их производительность: лицензированные ядра ARM намереваются бросить вызов Intel Core i5. В то время как AMD выжимает все соки из рабочих станций, ARM завоёвывает позиции на прибыльном HPC (вычислениях на суперкомпьютерах) и на серверном поприще. Очевидно, Intel вытесняют по всем фронтам.

Хабы:

Apple A4 — Википедия

Apple A4Центральный процессор

Производство

с 2010 года

Разработчик

Apple

Производитель

• Apple

Потребляемая мощность

0,5—0,8 Вт

Технология производства

0.045 мкм

Микроархитектура

ARM Cortex-A8

Число ядер

1 + графич. ядро

L2-кэш

512 Kb

Разъём

Ядра

• S5L8930

• APL2298[d]

Apple A5

У этого термина существуют и другие значения, см. A4 (значения).

Apple A4 — микропроцессор фирмы Apple из серии Apple Ax, используемый в различных производимых ею устройствах. Содержит 250 млн транзисторов.

Технические характеристики

Анонсированная 27 января 2010 года модель микропроцессора работает на частоте 1 ГГц[1], имеет максимальную потребляемую мощность 500—800 мВт (приблизительная оценка на основе функциональных тестов), кэш L2 объёмом 512 Кбайт[2], основное ядро с модифицированной архитектурой ARM Cortex A8[3] и интегрированное графическое ядро PowerVR SGX 535[4] (такое же, как и в процессоре телефона iPhone 3GS). Производится по 45-нанометровому технологическому процессу[3][5]. Кристалл микропроцессора расположен вместе с двумя кристаллами оперативной памяти SDRAM в одном корпусе, исполненном по технологии Package on Package (PoP (англ.), «корпус на корпусе»)[6].

Процессор, представляющий из себя систему на кристалле (SoC), с высокой степенью вероятности разработан микропроцессорным подразделением Apple, сформированным из приобретённой корпорацией фирмы P.A. Semi, в состав которой позже также вошла поглощённая Apple фирма Intrinsity (англ.

)[7]. Конкретных заявлений на этот счёт, кроме общедоступной маркетинговой информации о собственной разработке/доработке компонента, со стороны Apple не было, равно как и какой-либо информации из достоверных источников, однозначно подтверждающей данное предположение.

Однако, отсутствие маркировки посторонних компаний на кристалле процессора (например, компании Samsung — как это было в остальной портативной продукции корпорации Apple), — выявленное при реверс-инжиниринге компонента, доказывает, что Apple осуществляла непосредственный контроль над его разработкой.

Ранее высказывавшиеся в сетевых СМИ предположения о возможном наличии в основе процессора ядра (или даже нескольких ядер) с модифицированной архитектурой ARM Cortex A9[8] не подтвердились. Результаты анализа геометрии чипа, а также программного обеспечения планшета Apple iPad указывают на наличие единственного ядра ARM Cortex A8[4][6].

Кроме того, было выявлено значительное сходство с ранее использовавшимся в iPhone соответствующим компонентом[6]. Эти факты косвенно подтверждают догадки некоторых источников[9] об истинных целях разработки компанией Apple собственного процессора. Очевидно, основная часть работы специалистов P.A. Semi над компонентом заключалась в оптимизации системы управления питанием.

Однако на фоне большого энергопотребления дисплея (ввиду его крупного размера) достигнутые преимущества такого плана не могут быть столь значительными.

Это может свидетельствовать о том, что намерения Apple были направлены не столько на разработку чипа специально для iPad, сколько на создание SoC, которая, помимо применения в планшете, может обеспечить гарантированные преимущества телефонам iPhone следующего поколения[9], в которых также используется данный процессор.

Интересные факты

• Производителем процессора является компания Samsung[3][5][10][11]. Несмотря на отсутствие какой-либо непосредственно подтверждающей это маркировки на кристалле, данный факт удалось установить в результате анализа внутренней структуры и технологических особенностей процессора. Кроме того, ранее во взломанной микропрограмме iPad было обнаружено указание на версию чипа — s5l8930, — соответствующую в равной степени как известному официальному обозначению процессора APL0398, так и маркировке других выпускаемых компанией Samsung процессоров[12]. Это неудивительно, учитывая предыдущие партнёрские отношения Apple и Samsung в области производства электронных компонентов и конкретно процессоров для мобильных устройств, а также приобретение корпорацией Apple компании Intrinsity, разработчика микропроцессорной техники, тесно сотрудничающей с Samsung. Кроме того, изначально некоторые эксперты были убеждены, что именно Intrinsity является разработчиком A4[11][13][14][15]. В этом плане интересен тот факт, что анонсированное в июле 2009 года[16] процессорное ядро Hummingbird с рабочей частотой 1 ГГц создавалось совместными усилиями специалистов Samsung и Intrinsity[17].

• Отдельные интернет-издания, опираясь на информацию, полученную от представителей самой компании Intrinsity ещё до её приобретения, подтвердили факт разработки данной фирмой процессора Apple A4 на основе ядра Hummingbird, а также участие её в разработке многоядерных процессоров на базе архитектуры ARM Cortex A9, предназначенных, возможно, для использования в будущих продуктах компании Apple[18][19].

• Основания для сомнений в разработке процессора исключительно специалистами P.A.Semi высказывались и ранее. Так, компания Apple объявила о поглощении P.A. Semi 23 апреля 2008 года, после чего в течение 1—2 месяцев должна была быть начата работа над новым процессором архитектуры ARM. Команда же инженеров P.A. Semi до этого разрабатывала процессоры с архитектурой POWER.

• Впервые процессоры Apple A4 были представлены публично в январе 2010 года, то есть всего через 1 год и 8 месяцев после поглощения P.A. Semi. Однако, запуск и наладка серийного производства нового поколения процессоров занимает от 6 месяцев. Отсюда следует, что команда инженеров P.A. Semi должна была практически с нуля, учитывая, что они раньше не занимались процессорами архитектуры ARM, разработать совершенно новый для них процессор примерно за 12 месяцев. Специалисты утверждают[20][21], что за такой срок сделать это практически невозможно.

• Позднее стало известно, что ядро процессора Apple A4 идентично таковому у процессора Samsung S5PC110A01, использующегося в смартфонах компании Samsung[2][10][22]. Этот факт, а также ряд других особенностей, выявленных при подробном анализе устройства компонента, заставляет большинство экспертов склоняться к мнению, что основным разработчиком его действительно является Intrinsity; специалисты P.A.Semi, скорее всего, также участвовали в разработке, но их роль была дополнительной в командной работе[23].

• Так или иначе, последние приобретения и действия Apple свидетельствуют о дальнейших планах корпорации по использованию в своей продукции компонентов собственной разработки[24].

• Название процессора напоминает о широко использовавшемся в прошлом в компьютерах Macintosh процессоре PowerPC G4.

Применение

Первым устройством, использующим процессор Apple A4, стал разработанный компанией Apple интернет-планшет Apple iPad, презентация которого состоялась 27 января 2010 года в Сан-Франциско, а старт продаж произошёл в Нью-Йорке на Пятой авеню 3 апреля 2010 года.[25]

Устройства, использующие процессор Apple A4

• iPad — январь 2010 — март 2011
• iPhone 4 — июнь 2010 — сентябрь 2013
• iPod touch 4G — сентябрь 2010 — сентябрь 2012
• Apple TV (второго поколения) — сентябрь 2010 — март 2012

См. также

• Apple A5X
• Apple A5
• Nvidia Tegra 3
• Nvidia Tegra 2
• Snapdragon

Примечания

1. ↑ Сайт Deepapple.com: «Процессор Apple A4: что это такое?» Архивная копия от 22 мая 2011 на Wayback Machine.
2. ↑ 1 2 UBM TechInsightsi: Apple A4 vs SEC S5PC110A01 (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 9 июня 2010. Архивировано 4 июля 2010 года.

3. ↑ 1 2 3 Analysis gives first look inside Apple’s A4 processor
4. ↑ 1 2 iPad Tech Specs: Cortex A8, 256MB Ram, PowerVR SGX 535 (неопр.). Дата обращения: 6 апреля 2010. Архивировано 7 апреля 2010 года.

5. ↑ 1 2 Chipworks Confirms Apple A4 iPad chip is fabbed by Samsung in their 45-nm process Архивировано 21 сентября 2010 года.
6. ↑ 1 2 3 Apple A4 Teardown (неопр.). Дата обращения: 6 апреля 2010. Архивировано 9 апреля 2010 года.
7. ↑ Ashlee Vance, Brad Stone (27 апреля 2010).

   Apple Buys Intrinsity, a Maker of Fast Chips Архивная копия от 1 июля 2017 на Wayback Machine. The New York Times.

8. ↑ Apple’s A4 chip could be Quadcore — Cortex A9 based (неопр.). Дата обращения: 30 января 2010. Архивировано 4 февраля 2010 года.
9. ↑ 1 2 The A4 and the A8: secrets of the iPad’s brain (неопр.).

   Дата обращения: 28 сентября 2017. Архивировано 4 марта 2010 года.

10. ↑ 1 2 UBM TechInsights verifies that the Samsung Wave S8500 features the same ARM core as the Apple iPad (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 9 июня 2010. Архивировано 10 июля 2012 года.

11. ↑ 1 2 UBM TechInsightsi: Pad Analysis Reports Архивировано 10 июля 2010 года.
12. ↑ True Identity of iPad’s A4 Processor Revealed? Архивировано 14 апреля 2010 года.
13. ↑ Willie Teng. Breaking down the rumors of iPhone 4G: Q&A with Digitimes Research senior analyst Ming-Chi Kuo (неопр.

    ) (недоступная ссылка) (26 мая 2010). Дата обращения: 4 июня 2010. Архивировано 28 января 2012 года.

14. ↑ Evidence for Intrinsity in the iPad (неопр.). Дата обращения: 21 апреля 2010. Архивировано 23 апреля 2010 года.

15. ↑ Intrinsity Gets Sold: Did Apple Acquire The iPad’s ARM Design Gold? (недоступная ссылка)
16. ↑ SAMSUNG and Intrinsity Jointly Develop the World’s Fastest ARM Cortex-A8 Processor Based Mobile Core in 45 Nanometer Low Power Process Архивировано 1 апреля 2010 года.
17. ↑ [http://web.archive.org/web/20100405184128/http://www.macrumors.com/2010/04/02/apple-appears-to-have-acquired-intrinsity/ Архивная копия от 5 апреля 2010 на Wayback Machine Apple Appears to Have Acquired Intrinsity [Updated]]
18. ↑ Forecasting Apple’s Intrinsity Acquisition (неопр.). Дата обращения: 4 мая 2010. Архивировано 1 мая 2010 года.
19. ↑ Apple purchase of Intrinsity confirmed (неопр.). Дата обращения: 28 сентября 2017. Архивировано 28 апреля 2010 года.
20. ↑ The A4 and the A8: secrets of the iPad’s brain (неопр.). Дата обращения: 28 сентября 2017. Архивировано 4 мая 2012 года.
21. ↑ What’s In the Apple A4? Архивировано 14 апреля 2010 года.
22. ↑ EE Times: Samsung supplied ARM core in Apple iPad
23. ↑ Paul Boldt, Don Scansen, Tim Whibley (17 июня 2010). Apple’s A4 dissected, discussed… and tantalizing Архивная копия от 18 января 2012 на Wayback Machine. EE Times.
24. ↑ Inside Apple’s iPad: the A4 processor (неопр.). Дата обращения: 6 апреля 2010. Архивировано 5 апреля 2010 года.
25. ↑ [[vesti.ru]]: iPad выходит в народ (неопр.). Дата обращения: 2 сентября 2010. Архивировано 10 июня 2010 года.

Ссылки

• Apple iPad Website
• Фотография процессора A4

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Apple_A4&oldid=122046958

Процессоры ARMv8: в чем преимущества 64-битной архитектуры?

В 2011 году компания ARM Limited анонсировала новое семейство процессоров под названием ARMv8.

А в 2013 году компания Apple выпустила первый ARMv8-процессор – однокристальную систему А7, которая применяется в iPhone 5S, iPad Air и iPad mini Retina.

Архитектура ARMv8 получила 64-битный набор команд, но это далеко не единственное её преимущество над предшественницей ARMv7. Как устроены и какими бывают 64-битные процессоры ARMv8, читайте в статье.

Об истории архитектуры ARM, специфике деятельности компании ARM Limited и поколениях процессоров ARMv5, ARMv6 и ARMv7 вы можете прочитать в статье «Процессоры ARM: особенности архитектуры, отличия и перспективы».

А про популярные модели ARMv7-чипов производства Qualcomm, NVIDIA, Samsung, Apple, MediaTek и др. подробно рассказано в статьях «Процессоры ARM: производители и модели» и «Процессоры ARM: обновление модельного ряда».

Нововведения ARMv8

Обновленную архитектуру процессоров семейства ARMv8 окрестили именем AArch64. Она получила 64-битный набор инструкций и возможность работать с большим объемом оперативной памяти (4 Гбайт и больше). Само собой, предусмотрена совместимость с 32-битными приложениями (AArch32). Другими важными нововведениями ARMv8 стали:

  Boot Device Not Found: Исправить ошибку при включении ПК

— 31 регистр общего назначения, каждый длиной 64 бита, тогда как SP и PC не являются регистрами общего назначения. Чем выше разрядность регистров, тем больше числа можно в них хранить.

А чем больше количество регистров, тем больше данних в них помещается одновременно.

Как результат, за одну инструкцию можно обработать больший объем данних и весь алгоритм выполнится быстрее; — трансляция виртуальных адресов из 48-битного формата работает с помощью механизмов LPAE, позаимствованных у ARMv7; — новый набор инструкций с фиксированной длинной.

Инструкции имеют размер 32 бита и многие совпадают с командами AArch32, хотя условных инструкций стало меньше; — увеличено с 16 до 32 количество 128-битных регистров (совместимы с 64-битными регистрами), доступных сопроцессорам SIMD NEON и VFP, а также добавлены новые криптографические инструкции AES и SHA.

Набор инструкций SIMD NEON ускоряет работу приложений, отвечающих за обработку медиаданных и сигналов. В свою очередь VFP отвечает за малоэнергозатратные вычисления над числами с плавающей запятой; — поддержка вычислений над числами с плавающей запятой двойной точности и стандарта IEEE 754, который является общепринятым форматом представления чисел с плавающей запятой, используемый в программных реализациях арифметических действий.

Что такое архитектура?

Процессор — это основной компонент любого вычислительного устройства, будь то смартфон или компьютер. От его производительности зависит то, насколько быстро будет работать устройство и сколько оно сможет работать от батареи.

Если говорить просто, то архитектура процессора — это набор инструкций, которые могут использоваться при составлении программ и реализованы на аппаратном уровне с помощью определенных сочетаний транзисторов процессора.

Именно они позволяют программам взаимодействовать с аппаратным обеспечением и определяют каким образом будут передаваться данные в память и считываться оттуда.

На данный момент существуют два типа архитектур: CISC (Complex Instruction Set Computing) и RISC (Reduced Instruction Set Computing).

Первая предполагает, что в процессоре будут реализованы инструкции на все случаи жизни, вторая, RISC — ставит перед разработчиками задачу создания процессора с набором минимально необходимых для работы команд. Инструкции RISC имеют меньший размер и более просты.

Референсные ядра ARM Limited

Первыми процессорными ядрами ARMv8, разработанными непосредственно компанией ARM Limited, стали Cortex-A53 и A57.

Ядро A53 является среднеуровневым решением с производительностью 2,3 DMIPS/МГц, что находится примерно по середине между нынешними Cortex-A7 (1,9 DMIPS/МГц) и A9 (2,5 DMIPS/МГц).

Тогда как A57 занимает верхний сегмент, ведь его быстродействие (4,1 DMIPS/МГц) превосходит показатели обеих 32-битных флагманов: Cortex-A15 (3,5 DMIPS/МГц) и А17 (4 DMIPS/МГц).

Помимо лицензирования референсных процессорных ядер компания ARM Limited продает расширенные лицензии, позволяющие чипмейкерам по своему усмотрению модифицировать архитектуру ARM. Такие лицензии есть, к примеру, у Apple, Qualcomm и NVIDIA. Поэтому ничто не мешает производителям процессоров создавать собственные решения на базе ARMv8, существенно отличающиеся от референсных Cortex-A53 и A57.

Программное обеспечение

Проводить сравнение по этому параметру довольно трудно, поскольку оба бренда очень популярны в своих кругах. Устройства, которые основываются на процессорах arm-архитектуры, прекрасно работают с мобильными операционными системами (Android и прочее).

Машины под управлением процессоров от Intel способны работать с платформами наподобие Windows и Linux. К тому же оба семейства микропроцессоров дружат с приложениями, написанными на языке Java.

Разбирая различия архитектур, можно однозначно сказать одно – процессоры ARM главным образом управляют энергопотреблением мобильных устройств. Задача же настольных решений большего всего заключается в обеспечении высокой производительности.

Apple A7

Первым и пока единственным 64-битным ARM-процессором, который уже применяется в смартфонах и планшетах, является Apple A7. Построен он на фирменной архитектуре Apple Cyclone, совместимой с ARMv8. Это вторая разработанная внутри компании процессорная архитектура; первой же была Swift (чипы A6 и A6X, семейство ARMv7).

Процессорных ядер у однокристальной системы A7 только два (частота до 1,4 ГГц), но присутствует графический ускоритель PowerVR G6430 с четырьмя кластерами ядер. Быстродействие чипа A7 в процессорозависимых задачах выросло примерно в полтора раза по сравнению с А6, тогда как в различных графических тестах прирост составляет от двух до трех раз.

  Как восстановить Windows, если нет точек восстановления

А вот теоретическую возможность работать с большим объемом оперативной памяти благодаря 64-битной архитектуре процессора A7 устройства под управлением iOS пока не ощущают. У iPhone 5s, iPad Air и iPad mini Retina всего лишь 1 Гбайт оперативки; и вряд ли в новом поколении мобильных устройств Apple объем ОЗУ вырастит больше чем вдвое.

Ядра Cortex

ARM разрабатывает несколько семейств ядер, которые используются для различных задач. К примеру, процессоры, основанные на Cortex-Mx и Cortex-Rx (где “х” — цифра или число, обозначающее точный номер ядра) используются во встраиваемых системах и даже бытовых устройствах, к примеру, роутерах или принтерах.

Cortex

Подробно на них мы останавливаться не будем, ведь нас, в первую очередь, интересует семейство Cortex-Ax — чипы с такими ядрами используются в наиболее производительных устройствах, в том числе смартфонах, планшетах и игровых консолях. ARM постоянно работает над новыми ядрами из линейки Cortex-Ax, но на момент написания этой статьи в смартфонах используются следующие из них:

Qualcomm Snapdragon 410, 610, 615, 808 и 810

Вслед за Apple свои 64-битные ARM-процессоры поспешила анонсировать компания Qualcomm, причем сразу пять моделей. Правда, пока ни одна из них в коммерческих смартфонах или планшетах не применяется. Скорее всего, расцвет эпохи 64-битных Android-устройств состоится в начале 2020 года на выставках CES и MWC.

Однокристальная система Snapdragon 410 (MSM8916) – младшая из анонсированной 64-битной линейки Qualcomm.

Она включает в себя четыре ядра Cortex-A53 с частотой от 1,2 ГГц, графический ускоритель Adreno 306 и, что интереснее всего, навигационный модуль с поддержкой спутниковых сетей GPS, ГЛОНАСС и даже китайской Beidou.

Применять Snapdragon 410 планируют в недорогих смартфонах на базе Android, Windows Phone и Firefox OS.

Те же четыре ядра Cortex-A53, что у 410-того, содержит чип Snapdragon 610 (MSM8936), вот только графика у него улучшенная Adreno 405. Тогда как Snapdragon 615 (MSM8939) схож с 610-тым графикой, но процессорных ядер Cortex-A53 у него вдвое больше – восемь Cortex-A53.

В отличие от 410, 610, 615 моделей, выполненных по 28-нм техпроцессу, чипы Snapdragon 808 (MSM8992) и 810 (MSM8994) будут производиться по передовым 20-нм технологическим нормам. Они оба строятся по схеме big.

LITTLE: два (модель 808) или четыре (810) мощных ядра Cortex-A57 и четыре энергоэффективных Cortex-A53. Графика представлена Adreno 418 и Adreno 430 соответственно.

Кроме того, старший Snapdragon 810 имеет встроенный контроллер оперативной памяти стандарта LPDDR4.

Но главный вопрос: когда именно компания Qualcomm представит собственную процессорную архитектуру на основе ARMv8, как это было со Scorpion и Krait (модифицированные ARMv7)?

www.MobiMS.ru

ARM Процессоры, характеристики ARM-процессоров.

Процессоры ARM в компьютерах Apple: почему это важно и что изменится — Железо на DTF

{«id»:158539,»gtm»:null}

На конференции WWDC 2020 Apple официально представила собственные процессоры для компьютеров на MacOS. По словам Тима Кука это «прорыв» и «крупнейший» шаг вперёд, сопоставимый с переходом с PowerPC на Intel. Разбираем, зачем это нужно и какие последствия могут быть у этого решения.

Семейство чипов пока что существует только под общим названием Apple Silicon — компания не раскрывает точные спецификации и пока не рассказала о том, в каких устройствах они будут применять.

Конструктивно процессоры Apple для десктопов аналогичны тем, которые используются в смартфонах и планшетах компании.

Apple самостоятельно проектирует свои процессоры, лицензируя архитектуру и технологии британской компании ARM Limited. Производством занимается тайваньская TSMC.

По такому же принципу работают Qualcomm, Mediatek, Samsung и Huawei — по сути, каждая из этих компаний создают свои процессоры из «конструктора», детали для которого предоставляет ARM, а потом производит готовые чипы у TSMC и на собственных заводах (Samsung).

Актуальное поколение процессоров Apple производится по 7-нм техпроцессу, но известно, что TSMC уже готовится к переходу на ещё более эффективную 5-нм технологию.

Говоря простым языком, чем меньше цифра в названии, тем мельче получается один транзистор, и тем большей плотности элементов можно добиться на кристалле.

А чем кристалл меньше, тем эффективнее он расходует энергию и тем меньше тепла производит.

Потенциально Apple может возглавить революцию, сопоставимую с выпуском iPhone. Застоявшийся рынок процессоров для компьютеров не переживал ничего подобного уже лет двадцать — если ARM-чипы примут, то позиции Intel и AMD в потребительском сегменте серьёзно пошатнутся, а компании вроде Qualcomm, Huawei и Samsung попытаются освоить новую нишу.

Это приведёт к росту конкуренции и глобальному изменению ладшафта рынка — ноутбуки могут превратиться из «младшего брата» настольных ПК в «планшеты на стероидах», а границы между десктопными и мобильными ОС начнут всё больше размываться.

ARM-архитектура более современна, энергоэффективность таких процессоров выше, а тепловыделение — ниже, чем у процессоров на x86. Вне температурных ограничений смартфонов и планшетов SoC на ARM сравнительно просто масштабировать.

Например, самый мощный суперкомпьютер в мире Fugaku работает именно на ARM.

Наглядная разница между серверным AMD EPYC и мобильным ARM-процессором Qualcomm Snapdragon 855

Процесс разработки «классических» кристаллов для десктопных ПК и ноутбуков идёт в другую сторону.

Сначала компании вроде Intel, AMD и NVIDIA создают огромные, горячие, «прожорливые» но очень мощные серверные чипы, а потом начинают постепенно упрощать компоновку и сокращать функциональность, чтобы «втиснуть» продукт в температурные или ценовые ограничения потребительских продуктов. Именно поэтому х86-чипы начального уровня в текущем виде едва ли смогут конкурировать с «прокачанными» ARM-решениями.

Intel, AMD и NVIDIA будут вынуждены ускорить развитие своих мобильных платформ, или со временем окажутся оттеснены в Hi-End сегмент игровых, профессиональных и серверных решений.

Для демонстрации возможностей новых чипов Apple использовала девкит на основе Apple A12Z Bionic, который установлен в iPad Pro (2020). Это 64-разрядная SoC (система-на-чипе) с интегрированной графикой. Apple утверждает, что этот процессор мощнее «большинства ноутбуков на Windows», но конкретики не приводит.

Разработчики уже могут получить девкит с чипом A12Z Bionic в корпусе Mac mini за 779 долларов (53,5 тысячи рублей), но потом его необходимо будет вернуть Apple.

В рамках презентации девкит на A12Z быстро справился с обработкой фото в Lightroom, монтажом в Final Cut и даже «потянул» версию Shadow of the Tomb Raider для Mac OS через встроенный эмулятор (пусть и не на максимальных настройках). Для мобильного процессора это впечатляющий результат.

Но не стоит ожидать от первых систем на чипах Apple «профессиональной» производительности. Стационарный Mac Pro ещё сравнительно молод, поэтому первым делом компания будет переводить на новую платформу «печатные машинки».

К тому же, именно в этом сегменте превосходство над существующими моделями будет наиболее очевидным.

Даже если поместить процессор от iPad Pro в ноутбук вообще без изменений, то (при должной оптимизации) этого более чем хватит для работы с документами, общения в соцсетях, обработки фото и лёгкого любительского монтажа. Но при этом время автономной работы будет ощутимо выше, а корпус тоньше и холоднее, чем у устройств на Intel.

Едва ли на первых порах ARM-процессоры смогут соревноваться с топовыми MacBook Pro и iMac Pro на Core i7 и i9. Разница в уровне производительности с мобильными чипами Apple слишком велика.

Сложнее всего с графической подсистемой.

8 видеоядер A12Z оказались достаточно мощными для запуска Tomb Raider на средне-низких настройках, но это далеко не уровень Vega 8, встроенной в мобильные Ryzen 4000 или тем более полноценной дискретной видеокарты. Скорее всего, к релизу производительность увеличат, но едва ли Apple, новичок на этом рынке, сможет мгновенно догнать и перегнать AMD, Intel и NVIDIA.

Главной проблемой Mac на ARM процессоре станет не производительность, а оптимизация. Любая программа пишется для конкретной ОС и предназначена для работы только на ней. То есть, при «переезде» на новую аппаратную платформу совместимость с библиотекой софта для старых устройств потеряется.

В конце 2019 года Microsoft представила Surface X — главного конкурента iPad Pro. Лёгкий, компактный планшет с высокой автономностью, пером и клавиатурой, который при этом работает на полноценной Windows 10. А внутри — кастомный ARM-чип от Qualcomm.

На бумаге идея была отличной, но на деле устройство стоимостью больше тысячи долларов оказалось практически бесполезным.

Microsoft не смогла убедить достаточное количество разработчиков заняться портированием программ, и в итоге большая часть софта либо не работает совсем, либо запускается через встроенный эмулятор.

Малочисленные адаптированные программы вроде пакета Microsoft 360 работают быстро и без нареканий, но в том же Adobe Lightroom эмуляция «сжирает» большую часть производительности и превращает даже обработку фото в пытку.

Microsoft продаёт порядка 600 тысяч Surface в квартал, это ничтожно мало в сравнении с лидерами рынка. А экспериментальный Surface Pro X и вовсе оказался штучным товаром.

Поддержка такого продукта экономически невыгодна — большинство разработчиков программ работают по чётко составленному графику, и не станет срочно искать время, ресурсы и сотрудников для портирования под нужды ничтожно малого процента пользователей.

Ежегодно Apple реализует более 20 миллионов Mac. В 2018 году Apple занимала чуть меньше 10% рынка ноутбуков — это очень много, учитывая высокую цену и очень ограниченный модельный ряд по сравнению с Lenovo или HP.

Кроме того, компании удалось превратить свои продукты в целую культуру. Так что если кому-то и под силу протолкнуть подобную инициативу, то только Apple.

На WWDC 2020 Тим Кук отметил, что компания серьёзно подходит к вопросу совместимости и оптимизации. Все программы от Apple, Microsoft Office и пакет Adobe уже сейчас нативно работают на A12Z на MacOS Big Sur.

Для портирования достаточно внести незначительные изменения и перекомпилировать код в программе Xcode — по официальной версии, на это потребуются считанные дни. Apple также обновила бинарный переводчик Rosetta, который впервые появился в MacOS X для смягчения перехода с Power PC на Intel.

Для большинства потребителей MacBook переход скорее всего окажется безболезненным и плавным, так как все наиболее популярные программы уже успешно портировали.

У остальных разработчиков есть ещё как минимум полгода на то, чтобы разобраться в технической документации. С реальными трудностями скорее всего столкнутся только продвинутые пользователи, привыкшие к сравнительно непопулярным, узкоспециализированным приложениям.

Apple отдельно остановилась на том, что теперь большинство устройств компании будут работать на процессорах с одной архитектурой. Это позволит ввести полную совместимость ещё и на уровне софта.

На MacOS Big Sur можно будет свободно запускать любые приложения из App Store для iPhone и iPad.

Apple пообещала представить первые устройства на собственных процессорах до конца 2020 года, и значительно расширить линейку в 2021 году. При этом Тим Кук обмолвился, что на Intel у компании также заготовлено несколько анонсов, так что переход определённо не произойдёт в один момент.

Наиболее вероятно, что в первой волне компания представит сравнительно недорогие ноутбуки вроде 12-дюймового MacBook — сверхкомпактный компьютер с большой автономностью, но без заявки на профессиональный уровень производительности.

Тогда же, возможно, поступит в продажу аналог Mac mini на ARM-процессорах — самое доступное устройство на новой архитектуре, «входной билет» в экосистему Apple.

Если судить по производительности, заявленной для девкита на A12Z Bionic, такие «маломощные» устройства могут оказаться намного практичнее и мощнее, чем те же MacBook 12 — благодаря неплохому встроенному графическому ядру, на них можно будет без проблем заниматься не только офисными делами и потреблением контента, но и обработкой фото и лёгким монтажом в Final Cut.